基于FANUC31i的精密卧式加工中心伺服系统优化技术

0 引言

　　随着制造业的进步和飞速发展对加工母机和装备的精度提出了更高要求。数控机床作为装备制造业的典型产品其高速工况下具有较高的加工精度逐渐成为机床生产厂家的共同要求。伺服参数匹配及优化设置对于提高数控机床精度充分发挥并保证数控机床的良好的动静态性能具有十分重要的意义但对于伺服参数的优化设置目前尚缺乏系统的方法因而使数控机床难以达到最优性能。本文针对THM46100精密卧式加工中心通过对伺服驱动系统参数进行整定优化实现降低机床误差并提高加工精度的目标。

1 THM46100精密卧式加工中心简介

　　THM46100精密卧式加工中心，沈机集团，昆明机床股份有限公司在国家机床重大专项支持下最新开发的四轴精密卧式加工中心可广泛应用于复杂箱体类零件、盘类及模具等零件的加工。如图1所示该机床由X、Y、Z方向的直线进给轴和绕B轴的回转工作台构成为提高系统刚度而采用了“箱中箱”的独特结构如图2所示并且为了保证X方向具有较大的驱动能力而采用了X1、X2双轴驱动的模式。由于该加工中心FANUC31i数控系统具有丰富的控制功能因此此加工中心配置了FANUC31i数控系统以实现对X、Y、Z直线位移及B轴回转位移的高速高精度控制。

2 伺服驱动系统参数整定方法研究

　　为提高数控机床的刚度、稳定性及高速加工性能，需要对其控制系统的参数进行调试，一方面使得机械传动系统和运动系统更好地匹配，另一方面补偿由于机械系统的缺陷而引起的误差。本文基于FANUC31i-MA，通过PI控制器参数整定和轮廓误差抑制两方面研究提高机床加工精度的方法。

　　2.1 三环PI控制器参数整定

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图3控制系统三环控制结构

　　如图3所示，FANUC31i-MA伺服驱动系统可简化为传统的电流环、速度环、位置环三环控制结构方式，分别通过位置控制环节(比例P控制器)、速度控制环节(比例积分P1控制器)、电流控制环节(比例积分Pi控制器)等实现系统的精确控制。对数控系统三环控制器PI参数的调节，对于提高机床的精度具有较为重要的意义。

　　由于内环性能的优劣直接影响着外环的控制性能，因此在P1参数调节过程中，通常采用从内环到外环，即电流环、速度环、位置环的调试顺序，分别对系统的力矩、速度、位置进行控制，以保证整个伺服系统性能的充分发挥。FANUC31i提供了以下可供调节的伺服参数。

　　1)电流环控制器;No2040-电路环积分增益和No2041-电流环比例增益。

　　2)速度环控制器:No2043-速度环积分增益和No2044一速度环比例增益。

　　3)位置环控制器:No1825-位置环路增益。