(新)FANUC-0i系统高速、高精度机床参数调整方法及步骤_

高速、高精度机床参数调整方法及步

骤

系统：FANUC-0i

版本：Ver：1.00

编制：sea

来自https://www.wendangku.net/doc/155382409.html, 中国最大的资料库下载

威海华东数控有限公司

系统研发中心

2003年12月12日

一、概述来自https://www.wendangku.net/doc/155382409.html, 中国最大的资料库下载

使用铣床或加工中心机床加工高精度零件（如模具）时，应根据实际机床的机械性能对CNC系统（包括伺服）进行调整。下面根据FANUC的AC 电机的参数说明书和有关资料总结其调试一般步骤和方法如下，供实际应用中参考。

对于数控车床，可以参考此调整方法。但是车床CNC 系统无G08和G05功能，故车床加工精度（如车螺纹等）不佳时，只能调整HRV参数和伺服参数。Cs控制时还可调整主轴的控制参数。

影响加工精度的因素有：CNC控制单元、进给伺服、主轴单元、机床的机械部分和加工程序。下面调整虽说是综合调整，但有时必须调整机床，特别是有关传动链部分（包括测量元件的安装）。因为CNC系统对机械性能的校正与补偿是有限度的，特别是有时为了价格方面的考虑，系统及伺服的选择不恰当。影响伺服性能（当然也就是加工与定位精度）的机械因素除了人们熟知的之外，主要还有两个：机械的运动惯量和测量元件的安装（安装位置、安装的耦合情况、刚性等）。选购系统时，常常只注意电机的转数、转矩、功率而忽略了电机与机械的惯量匹配，要求机械惯量应小于电动机惯量的3倍（折算后），当然理论上比这一要求要严格的多。

另外，加工是实时的，所以调整时应考虑整个系统（包括机械）的动态性能。至于加工程序的影响，这是加工工艺和

使用的编程软件的问题。

二、伺服调整画面

在进行伺服驱动前必须先要对伺服参数进行初始化，即根据马达类型、系统类型、脉冲编码器类型、机床螺距等确定机床驱动控制的基本参数。

初始化时先置系统于急停状态下！设定参数NO.3111#0=1，显示伺服参数设定画面。设定如下参数：

初始设定位：参数 2000 初始化时全设0，初始化成功后#1自动为1；来自https://www.wendangku.net/doc/155382409.html, 中国最大的资料库下载

电动机号：参数2020 查阅电机规格手册；

AMR ：参数2001 设0；

CMR ：参数1820 设2；

进给变比.：参数2084, 2085 由丝杆螺距等因素决定，如10mm设1/100；

移动方向.：参数2022 电机旋转方向；

速度脉冲数：参数2023 设8192；

位置脉冲数.：参数2024 设12500；

参考计数器：参数1821 由丝杆螺距等决定，如10mm设10000；

注：伺服参数初始化后，是FANUC一个标准参数，一般

加工没问题，若加工模具等精度高的场合，需要结合机床特点调整相关参数，如负载惯量比，背隙等等。

再进入伺服调整画面：[SYSTEM]—[ ]—[SV-TUN] 来自https://www.wendangku.net/doc/155382409.html, 中国最大的资料库下载

常用于伺服调整的参数有：

①功能位②回路增益⑤积分增益⑥比例增益⑦滤波增

益⑧速度增益

常用于伺服状态诊断的参数有：

14．伺服环路增益的实际值显示；

15．位置误差诊断：在静止时或以恒定速度移动机床，若

位置误差一会大一会小说明系统在振

动；

16．电流值的%比：以恒定速度移动机床，电流值一会大

一会小，可能丝杆有松紧；空载X、Y

轴电流在20~25%属正常，若超过35%

属机械装配不好，对于Z轴电流%比达

50%以上都属正常；

17．显示当前实际速度。

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三、一般调试方法和步骤

1、先调反向间隙

只有先补上间隙，其他伺服调整才有效。不同的运行速度，

其间隙是不一样的，因此常快速和工进分开补偿，即设参数NO.1800#4=1，则参数NO.1851为工进背隙，NO.1852为快速背隙。

工进背隙补偿方法是：用千分表实测，先回参考点，工进到测量点，对好表，将机床朝一个方向移动，然后用手轮朝反方向一个um一个um的移动，表针突然动了，则手轮移动的值即机床背隙量。应置工作台或主轴于常用加工区测量背隙，同时也置于丝杆不同处测量，取一合理值。

快速背隙补偿方法：用千分表实测，先回参考点，快进到测量点，对好表，编一个程序将机床继续朝同方向移动，然后以同样速度回到测量点，则表针变化量即背隙量。

将实测值设于CNC的系统参数中，并使用“反向间隙（补偿的）加速功能”消除机床的反向间隙。反向间隙意味着系统控制的非线性，补偿不好，会引起系统的振荡，甚至无法调整。当然，反向间隙补偿不好，机床的定位精度、加工精度或回零都会有问题。有时，调整过程中设了不可思议的非常大的位置增益值时，多一半是因为未补偿好反向间隙。另外，应该把反向间隙补偿看作动态问题来处理，只用千分表测量是不够的，应该用伺服调试软件观察刀具的运动轨迹，运行加工圆的程序时，在调试软件的XY方式应观察到运动轨迹接近一个正圆。无伺服调试软件时，必须通过实际加工来观察运动轨迹。若运动轨迹的圆度不好，须按情况修改间补量。此外，机床的反向间隙与移动速度是有关的，测试程序中应编写常用的加工速度。一般机床间隙也就十几个um左右，若间隙量大于30um，应是装配不合理！

2、单脉冲调整

在手轮进给等的单脉冲进给中发生过冲（移动2个脉冲退回1个脉冲）时使用此功能。

单脉冲进给时的动作如下：

在积分增益PK1V稳定的范围内尽可能取大值。这样从给出1个脉冲进给的指令到机床移动的响应将提高。根据机床的静摩擦和动摩擦值，确定是否发生过冲：机床的动摩擦①大于电动机的保持转矩时，不发生过冲；机床的动摩擦②小于电动机的保持转矩时，发生过冲。

●使用不完全积分PK3V

使用不完全积分PK3V调整1个脉冲进给移动结束时电动机的保持转矩。

设定以下参数

NO.2003#6 = 1 使用过冲补偿；

NO.2045 速度环增益（PK3V），设定32300左右；

NO.2077 不完全积分次数（OSCTP），设定50左右。

●调整参数

若因电动机的保持转矩大，用上述设定值仍不足以克服过冲时，可以增加参数2077的

设定值，每次增加10。

若发生停止不稳定，是由于电动机的刚度(保持转矩)太低，可以用10刻度减小参数2077的值。

3、Vcmd偏移功能

是提高单脉冲进给精度的功能。

●单脉冲进给的动作：首先给出1个脉冲的移动指令

时，机床起动；在输入位置反馈信号

时，机床停止。注：发生过冲时，请参看“防过冲功能”。

把Vcmd错开0.5个脉冲，可停在栅格上。

●参数：使用Vcmd偏移功能时，设定参数NO.2003#7

= 1

4、间隙补偿加速功能

在机械系统上，机床的间隙和摩擦阻力等的影响大时，电动机反转时机械系统会产生滞后，是造成圆弧切削产生像限突起的原因。此功能是在方向逆转时给移动指令和速度指令增加补偿数据，以改善像限突起的功能。它可以简化间隙加速功能的设定，并且即使摩擦和切削条件变化，也可进行最佳补偿。使电动机反转时的间隙加速量按指数函数变化，不多也不少，只按所需要的量进行加速。

●相关参数

NO.1851：间隙补偿量；

NO.2003#5：=1用速度控制改善间隙补偿，=0不使用；

NO.2009#7：=1使用间隙加速停止功能，=0 不使用；

NO.2009#6：=1间隙加速仅切削进给有效，=0 一直有效；

NO.2009#2：=1使用新型间隙补偿加速，=0 不使用；

NO.2048 间隙加速量（BLCMP）：α系列伺服电动机设定500左右；

NO.2070补偿的定时(ERBLM)：位置偏差量与参数设定值相等时开始补偿，通常设定“0”；

NO.2071间隙加速次数(PBLCT)：通常设定50～100；

NO.2082间隙加速停止量(BLEND)：α系列伺服电动机设定20左右；

＋/－方向负载转矩不同时...

垂直轴等因移动方向不同所需要的转矩不同时，可使用转矩偏置功能，步骤如下：

首先显示伺服调整画面。(参数 3111#0:SVS=1)；再沿正、负方向以足够慢的速度驱动机床；此时在伺服调整画面上，读取实际电流(%)；把下式的计算结果设定在参数2087上：

NO.2087新型间隙加速的转矩偏置

设定值＝(参数2086的值)×（正向电流＋负向电流）/ 200。

5、前馈功能

圆弧切削时的半径方向误差△r:

加入前馈控制后：

Ta：时间常数；

Ts：伺服时间常数；

R：圆弧半径；

V：切削速度；

●相关参数

NO.2003#3：=1速度控制为PI控制；

NO.2005#1：=1使用前馈功能；

NO.2068 前馈系数α：

设定值＝前馈系数(α)×100% ；

NO.2069设定速度控制前馈系数VFF：设定值=（负载惯量＋转子惯量）/转子惯量*100%；

NO.1800#3：=1前馈对于切削进给和快速进给均有效，=0仅对切削进给有效；

●调整目的在通常无前馈控制的位置控制回路中，按下式输出速度指令：（位置偏差）×（位置环增益）。这就

是说，只有在机床的指令位置和实际位置有误差时机床才能移动。例如，当位置增益为30[1/s]，进给速度为10 m/min时，其位置偏差为5.56 mm。对于直线插补，位置偏差不会造成零件的形状误差。但在加工圆弧或拐角时，就会造成大的形状误差。消除位置偏差的有用功能是位置前馈。前馈功能是将CNC的位置指令变为有补偿功能的速度指令。前馈可减小位置偏差（理论上为0），因此，可使圆弧或拐角的形状误差大大减小。但是，伺服响应性能的改善，有可能使机床出现冲击，为避免这一情况，必须同时使用插补前的加/减速功能

调整方法

前馈系数的调整（加工圆弧R10/进给F4000）（参数2068）

理论上，前馈系数100%时的位置偏差为0，消除了形状误差。但是，实际上，有速度环的响应时滞。所以，稍小于100%的值可加工出指令的形状。通常，最佳值为95%--99%（设9500--9900）。默认值为9800。

首先在加工圆弧时进行观察调整前馈系数（开始调整前先设速度环前馈系数为50%）。

[实际调整]编制加工圆（R10/F4000）的左边程序，用调试软件RD测量加工时的刀具运动轨迹。程序中的G08P1和P08P0是16系统的起动和结束预读控制的G代

码。

在图(a)中，前馈系数不足，造成了径向误差约5μm （减小）。而且速度增益低，造成形状变形且有过象限突起。调整前馈系数后，如图(b)所示，径向误差可减小接近于0。

图(a) 前馈调整图(b) 前馈调整

图(a) 前馈调整图图(b) 前馈调整

速度增益：100% 速度增益：100%

预读前馈系数：95% 预读前馈系数：98% FAD时间常数：24ms（线性）FAD时间常数：24ms

（线性）

上图中，使用的速度环增益低。若使用高增益，如图(c)，变形和过象限的突起将减小。将速度增益增加到极限值的70%--80%，微调前馈系数，且使用过象限突起补偿功能（反向间隙的加速功能），以减小过象限的突起，从而改善正圆度(d)。

图(c) 速度环增益的效果图 (d) 速度

环增益的效果

速度环增益： 200% 速度环增益：

300%

预读前馈系数：98% 预读前馈系数：

99%

FAD时间常数：24ms FAD时间常数：

24ms

速度环前馈系数的调整（用4角有1/4圆弧的方形工件）（参数2069）

[调整步骤] 前馈可减小位置偏差和加工形状误差。若速度环对速度指令的响应低，速度控制就不能按指令速度所要求的大的加速度运行，因此造成了加工形状误差。速度环的响应可用增加速度环增益和调整速度环前馈系数来改善。速度前馈是将速度指令的一部分（速度指令乘以适当的系数）送给电流环对转矩指令进行补偿。在速度环（PI控制），只是在指令速度与实际速度不同时（有速度偏差）才有补偿转矩。另外，速度前馈是根据以前指定的加速度值进行转矩指令的补偿。速度前馈可以减小由于速度环的时滞造成的形状误差。

[前馈系数值的调整方法] 用下列公式。但在实际调整中，开始时的速度前馈系数用100。

（速度环的前馈系数）＝ 100×（电机的转子惯量＋负载惯量）／电机的转子惯量

[实际调整]用4角有圆弧（半径5mm）的方形工件进行速度前馈系数的调整。调整时，应使按圆弧半径箝制进给速度的功能无效（该功能无效后，或如下例，要保证进给速

度等于或高于可以指定的F4000）。图(e) 程编形状

当预读前馈无效时,在加工形状有几百μm的形状误差。但是，如果预读前馈生效，

形状误差即减小。

图(g) 速度前馈系数图(h) 速度前馈

系数

速度环增益：200%速度环增益：

100%

预读前馈系数：99%预读前馈系数：

99%

FAD时间常数：24ms（线形）FAD时间常数：

24ms（线形）

速度前馈系数：0%速度前馈系数：

X100%

在图(g)中未指令速度前馈系数，所以，在加速度大的地方轴的运动就有时滞。其结果，在直线与圆弧的相交处有过象限突起；在圆弧与直线的相交处有缺口。在图(h)上，只在X轴设定了速度前馈系数，X轴的响应得到了改善。可以看到，沿X轴加速度变化大的地方加工形状得到了改善。

图(i)中指定了过大的速度前馈系数，因此，图(g)中的

突起变为缺口；缺口变为突起。这就是说，的确存在最佳的速度前馈系数，其值小于图(i)的设定值。图(j)表示了设定最佳值的实际结果。图(k)是为了显示目的而将误差放大后的图形。

图(i) 前馈调整图(j) 前馈调整

速度增益：100%速度增益：100% 预读前馈系数：99%预读前馈系数：99% FAD时间常数：24ms（线性）FAD时间常数：

24ms（线性）

速度增益系数：X200%，Y200% 速度增益系数：

X120%，Y180%

在放大后的图形上可以看到，机床在圆弧部分有振荡。为了减小这种振荡，可以使用两种方法。一种是增加速度环的增益（此方法不能用在速度增益已加大到振荡极限的增益）；另一方法是减小按圆弧半径箝制进给速度功能的圆弧部分的进给速度，如下节中所述。

图(k) 速度前馈的调整

圆弧区域的变形可以用增加速度增益值使其变小（图(l)）。但是，在直线与圆弧相交处的形状误差不能完全消除。变形还可以用细调速度的前馈系数或使用按圆弧半径箝制

进给速度功能（下节中叙述）进一步减小。

图(l) 速度前馈的调整

速度增益：300%

预读前馈系数：99%

FAD时间常数：24ms（线性）

速度增益系数：X120%，Y180%

按圆弧半径的进给速度箝制参数的调整

[调整目的] 如前所述，速度环前馈系数的调整可以改善速度环的响应延时，从而减小了加速度变化大的区域的形状误差。但是，只靠速度前馈不能完全消除加工的形状误差。而且，如果机床的刚性低，机床可能由于加速度的变化而振动。为了减小加速度大的区域的加速度的变化，应减小目标方向的指令进给速度。加工时（预读控制），按圆弧半径箝制进给速度的功能可实现对进给速度的控制（减小）。对该功能的参数进行调整，可以找到机床允许的垂直方向的加速度值。如下所述，该值可用于设定高精度轮廓控制（连续小程序段）中“根据加速度降低进给速度”的参数的基准。上图中，R是圆弧半径，F是进给速度。则垂直方向（径向）的加速度为F2/R。按半径箝制进给速度功能指定R和F做为确保径向方向的加速度不超过指令值的参数。

例如，指令R=5mm，F=4000 mm/min作为按圆弧半径箝

制进给速度功能的参数，则圆弧的径向加速度为：F2/R = (4000/60)2 / 5 = 889mm/sec2

当用高精度轮廓控制时，要设定同样的加速度值作为小程序段按加速度限制进给速度功能的参数。上例中，若切削的进给速度为F4000（mm/min），则要求达到这一速度的时间计算如下：4000/60/889*1000 = 75 msec

当用圆弧半径箝制进给速度功能减小了沿圆弧的进给速度时，加工的形状精度就可以得到改善。

[调整值的设定建议]

经验上，设定下列值是适当的。参数号请见响应CNC 的参数说明书。

高刚性小型机床：拐角圆弧R5时，设F4000（889mm/sec2）

刚性相对高的中型和小型加工中心机床：拐角圆弧R5时，设F3000（500mm/sec2）

大型机床：拐角圆弧R5时，设F2500（347mm/sec2）

高刚性的大型机床：拐角圆弧R5时，设F2000（222mm/sec2）

用进给速度差限制拐角加速度功能的允许速度差的调整[调整目的] 在各程序段的交接处各轴的进给速度变化非常大。高速高精度的CNC系统，加工时CNC对编程形状进行预读。若在程序段的交接处进给速度变化，为了减小机

械冲击和加工的形状误差，CNC可以降低进给速度使其不超过用参数设定的允许值。加/减速根据插补前的加/减速时间常数进行。拐角时进给速度减小的越多，所需的加工时间就越长。根据要求的形状误差，设定尽可能高的进给速度允许值。

[设定建议]

具体的参数号，请见相应的CNC说明书。

高刚性的小型机床：F400

相对高刚性的中型和小型加工中心：F300

大型机床：F200

6、N脉冲抑制功能

是抑制机床停止中的振荡功能：机床停止时电动机受外部干扰而振荡时，使用单脉冲抑制功能把速度反馈信号的方向反向后的N脉冲换算为位置脉冲，使N脉冲不进入比例项(PK2V)，以抑制停止时的振荡。

参数：NO.2003#4=1：抑制速度控制反向时的脉冲；

NO.2099脉冲抑制电平(ONEPSL)：

设定值= 4000000/电动机1转的位置反馈脉冲数；标准设定400左右。

7、250us加速度反馈功能

电动机与机床为弹性联结、负载惯量大于电动机惯量、发生50～150Hz左右的振动时，该功能有效。该功能是把加速度反馈增益乘以电动机的速度反馈信号的微分值，通过补偿转矩指令Tcmd，以抑制速度环振荡的功能。

●参数调整方法

NO.2066使用250μs加速度反馈功能：α系列伺服电动机:设定-10～-20左右；

NO.2067设定转矩指令滤波器：如抑制100Hz震动设2158。

8、垂直轴防止坠落功能

此功能用于在急停或伺服报警时防止垂直轴下落；对于水平轴，则用于减小停止距离。

●时间图

●参数

NO.2005#6 =1使用垂直轴制动控制功能；

NO.2083 垂直轴制动控制定时器；

使用制动控制功能时，需要把伺服放大器的急停信号常时接通，延时断开；施加制动控制时，由于速度指令Vcmd为0，所以停止距离可比动力制动的小；设定了制动控制的轴发生伺服报警时，对该轴不施加制动控制；对其他轴施加制动控

制，使用2、3轴放大器时，对该放大器控制的全部轴进行制动控制的设定。

9、速度回路增益的设定

使用尽可能高的速度环增益，可以获得以下效果：改善伺服的刚性；改善伺服的响应；

在正常进给加工时，只要不出现振荡，高的速度环增益会改善表面精度和加工形状精度；

高的速度环增益可改善高速、高精度加工以及高速定位的性能；

No.2017#7 =1：使速度环的比例项高速处理功能生效；

NO.2021 速度增益值（在伺服调整画面上的增益）调整：以初始值150%逐渐增加增益值，设到振点的70%为止。

吴海苗

2003-12-12