HNC8型系统刚性攻丝调试技术

简介：本文主要针对HNC818系统刚性攻丝调试做出分析。首先，了解HNC8型系统中有关于刚性攻丝的参数。再利用HNC8型专用的SSTT软件，对主轴与攻丝轴同步误差进行测量。根据检测的图形进行参数调节，达到高速、高精、高效刚性攻丝。最后，我们得出一套完整的刚性攻丝调整方案。

关键词：

       刚性，同步误差

软件版本：

      系统软件：ncu110及以上；

      伺服版本：2.2及以上

一、 影响刚性的参数

       刚性攻丝前，先指定主轴的转速“S”，然后调用固定循环G84，进行以“S”为C轴转速的刚性攻丝动作，Z轴的进给速度“F”由C轴转速“S”计算出来，因此，此时8型系统中影响刚性攻丝刚性的参数如下：

C轴参数（5号轴）

 1) 参数号105038：加工加减速时间常速

      该参数单位为毫秒，指定了C轴由0弧度/分加速到1000弧度/分或由1000弧度/分减速到0弧度/分所应用的时间。

      因为1弧度= 180/π 度≈ 57.296度，电机每转一圈为360度，因此在没有主轴减速比设计的机床中，该参数相当于设定了主轴由0转/分加速到57.296*1000/360 ≈159转/分所用的时间。

     由于8型所配置的标准主轴电机由0加速到3000转/分需要用时300毫秒，该参数的理想值为19，但由于电机在极限设置下不够稳定，应稍微偏大，因此该参数在刚性攻丝时候设置为32。

 2) 参数号105039：加工加减速捷度时间常速

      该参数单位为毫秒，指定了轴加工运动（G01、G02等）时加速度从0增加到1弧度/或从1弧度/减小到0的时间。该参数默认值为16，刚性攻丝时适度加大该参数来达到更好的效果。

驱动器中影响刚性攻丝刚性的参数如下：

C轴驱动器参数

 1） 参数号105200：位置控制比例增益

       功能及设置：

       ①定C轴模式下位置环调节器的比例增益。

       ②设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调。

       ③参数数值由具体的主轴驱动单元型号和负载情况确定。

 2） 参数号105242：位置控制方式速度比例增益

        功能及设置：

        ①设定C轴模式下速度调节器的比例增益。

        ②设置值越大，增益越高，刚度越大。参数数值根据具体的主轴驱动系统型号和负载值情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。

        ③在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的值。

Z轴驱动器参数

 1） 参数号102200：位置比例增益

        功能及设置：同C轴105200参数

 2）参数号102202：速度比例增益

       功能及设置：同C轴105242参数

 3）参数号102232：转矩指令滤波时间常数

       功能及设置：

       增大102202速度比例增益后，如果机床产生震动，可适当增加该参数来消除震动。

二、刚性攻丝的调整方向

      在机床不震动的情况下将Z轴驱动器102200及102202号参数尽可能调大，产生震动后可调节102232滤波参数来消除震动。将Z轴调整到最刚时，将C轴参数调整到与Z轴相搭配，如果C轴无法达到Z轴的状态，则将Z轴稍微调软来配合C轴，将同步误差调到最小。

三、华中8型伺服调整工具SSTT的应用

 采集刚性攻丝的同步误差的步骤：

 1） 单击按钮连接到NC。

 2） 单击按钮弹出采样设置窗口。

 3） 增加Z轴的实际位置采样为通道1，如图：

 4） 增加C轴的实际位置采样为通道2，注意填入螺距。

 5） 通道添加完成，如下图：

 6） 单击按钮弹出曲线设置窗口。

 7） 设置曲线1类型为同步误差，输入1和输入2分别为通道1和通道2，如下图：

 8） 单击开始采样（请确保此时NC正在运行刚性攻丝程序），得到刚性攻丝同步误差图如下：

四、华中8型刚性攻丝调整步骤

 1) 位置比例增益的调整（同步误差）

      位置比例增益参数设置越大，则电机的跟随性越好，既跟踪误差越小。刚性攻丝时，同步误差由以下公式得出：

      同步误差=Z轴实际位置–C轴实际位置*（螺距/360）——公式1

      不难看出，当Z轴与C轴实际位置与指令位置的差值，既跟踪误差满足如下公式时，同步误差最小

      Z跟踪误差=C跟踪误差/360*螺距——公式2

      按照以上公式先调整Z轴与C轴的位置比例增益参数，使同步误差达到最小的状态，如下所示：

图1-同步误差稍大

      如图1所示，同步误差显示最大值为0.007mm。

      由于测试机床主轴反馈值取反，M3丝锥螺距为0.5，因此图中所示波形可根据公式1验证，该同步误差是由于C轴快于Z轴所致，通过加大Z轴位置比例增益后，同步误差得到改善，如下图所示：

图2-同步误差得到改善

      刚性攻丝时，一般情况下，Z轴及C轴该参数设定的值大小相同，或相差不多。

 2) 速度比例增益的调整

      该参数设置值越大，增益越高，刚度越大。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的值。

      图1及图2中出现的正旋波为Z轴电机特性，与电机的极对数相关，电机每转一圈产生极对数个正旋波，该正旋波的幅值也可通过加大速度比例增益减小。

      加大速度比例增益参数后的图形如下：

图3-Z轴特征赋值得到改善

 3) 刚性攻丝的调整

     1：Z轴

      加大Z轴的位置比例增益及速度比例增益将Z轴调整到相对较刚的状态，调整时，先将Z轴位置比例参数设置到800左右，如不发生震动，则将速度比例增益设置分次增加，如发生震动，则适当增加转矩指令滤波时间常数的值来消除震动（一般设置值不超过5），如震动无法消除，则适当降低Z轴速度比例增益参数的值，消震后，分次调高Z轴位置比例增益值到1200左右，如发生震动，则适当降低Z轴位置比例增益，消除震动为止。

      2：C轴

      Z轴设置完成后，将C轴的位置比例增益参数设置成与Z轴相同值，速度比例增益适当增加到与Z轴速度比例增益相同大小，如发生震动或啸叫，则减小C轴速度比例增益值。

      3：过冲的的调整

      按照如上步骤进行参数配置后，进行高速（s3000）刚性攻丝空跑测试，如果C轴出现过冲现象，需修改系统参数中的加减速时间常数来调整。适当加大C轴加减速时间常数可以明显改善过冲现象。按照8型配置的标准主轴电机特性，该值推荐设置为32。

      4：加工加减速捷度时间常数

      在运动规划方式1下，适当加大C轴加工加减速捷度时间常数，可以使刚性攻丝在孔底反向加速时更加平滑，没有速度突变现象，该参数推荐值为32，可适度增加。

通过上述调整过程，我们得到一个相对完美的刚性攻丝同步误差图形，如图4：

图4-刚性攻丝同步误差

      图中同步误差的最大值为0.002mm，Z轴电机特性正旋波幅值被控制在0.001mm以内。

五、结束语

 综上所述，使用华中8型伺服调整软件进行刚性攻丝调试，调试效率高，调试结果准确。调试后的数控机床能实现高速、高效和高精度刚性攻丝。