2017年5月23日

T5鉆攻中心的高速切削技術研究與優化

鉆攻中心憑借其高速、高精度的加工特點,備受市場青睞，是蘋果、三星等3C產品零件的制造關鍵設備。為了提高我國制造裝備技術水平，從“中國制造” 向“中國創造”轉變，T5鉆攻中心通過系列攻關,解決了鉆攻中心高速切削的關鍵技術問題，總體技術指標已接近日本FANUC和 BROTHER公司的鉆削中心的水平，并廣泛用于企業生產。本文主要從系統研究鉆攻中心的高速切削技術，充分提高加工效率，從而提高用戶的單位時間產值,提高產品的競爭力。T5 鉆攻中心采用 FANUC-3I-MATED 精工系統，主軸與主軸電動機采用聯軸器直連方式，采用pil 6/10 000主軸電動機，主電機功率5. 5/7.5 kW, 主電動機扭矩35/47 N • m;采用X、F、Z這3個伺服軸，其中X、Y坐標軸為移動工作臺,Z坐標軸帶動主軸垂直運動，三個軸均采用線性導軌、16 mm大螺距絲杠傳動,X軸、Y軸采用pis 12/3000伺服電動機，進給軸電動機12 N • m,Z軸采用pis 22/3 000,進給軸電機22 N*m。通過對基本參數設定，坐標軸移動速度提高、剛性攻絲優化等方面進行研究與優化，機床的效率有了大幅提高，同時保證了加工零件的精度,滿足了用戶需求。1基本參數設定1.1進給軸電機初始化由于數字伺服控制是通過軟件方式進行運算控制的，而控制軟件是存儲在伺服ROM中。通電時精工系統根據所設定的電動機規格號、齒輪傳動比、檢測倍乘比、電動機方向等其他適配參數，加載所需的伺服數據到工作存儲區（伺服ROM中寫有各種規格的伺服控制數據），而初始化設定正是進行電動機規格號和其他適配參數的設定。伺服電動機初始化參數設定見表1所示。 FANUC精工系統默認的檢測單位為0. 001 mm, 則設置值為2即可，為了提高機床的控制精度,現將系統的檢測精度提高一個等級，采用檢測單位為0. 000 1 mm,即參數No. 1820設置值為20;伺服軸均采用聯軸器直連方式,絲杠桿螺距為16 mm。根據柔性齒輪比計算公式N/M =電動機一轉絲桿移動的距離（檢測單位為:0. 1 pm) /1 000 000,對于螺距為16 mm的軸，其柔性齒輪比為：No. 2084/ No. 2085 =16 x10 000/1 000 000 =4/25;參考計數器容量 No. 1821 =16 x10 000 = 160 000。表2主軸電動機初始化參數設定對于導入標準參數的機臺，用戶在進行伺服電動機初始化設置時,只需要根據電動機型號及進給軸方向，對參數No. 2020、No. 2022進行設定后，斷電重啟即可。該設備伺服電動機初始化參數具體設定見表1。表1伺服電動機初始化參數設定設定項參數號設定值控制軸數 8130 3 伺服初始化設定 2100#1 0 伺服電動機代碼 2020 496、496、313 任意倍乘比AMR 2001 00 000 000 指令倍乘比CMR 1820 20 柔性齒輪比 2084 4 2085 25 方向設定 2022 111、-111,111 速度反饋脈沖數 2023 8 192 位置反饋脈沖數 2024 12 500 參考計數器容量 1821 16 000 1. 2主軸電動機初始化設定主軸電動機控制接口為主軸串行輸出，串行輸出中輸出到主軸的命令值為數字數據，同時使用外接位置編碼器與CNC相連，用于檢測主軸的位置。正確進行主軸電動機初始化設定,保證主軸定向、定向停等功能的實現。主軸電動機初始化參數設定見表2。主軸電動機的最低/高鉗制速度計算為：P3735 =(主軸電動機所要獲得的最低鉗制轉速/ 主軸電動機的最高轉速P4020的值） x 4 095P3736 =(主軸電動機所要獲得的最高鉗制轉速/ 主軸電動機的最高轉速P4020的值） x 4095 主軸電動機的最高轉速為P4020的值，該值在主軸電動機初始化后自動設定；由于鉆削中心主軸與主軸電動機采用聯軸器直連結構，故設置主軸最高轉速值 P3741 與 P4020 —樣。參數P4002設置主軸傳感器的種類。鉆削中心主軸采用電動機編碼器進行位置反饋，即P4002#0 = 1 即可。用戶在進行主軸初始化時，首先需要根據主軸電動機的型號對參數P4133進行設置，通過參數P4019# 7設置為1后斷電重啟，完成主軸初始化，最后根據表 2說明對參數P3741和P4002進行設置。具體主軸電動機初始化參數設定見表2。設定項參數號設定值串行主軸控制 3716#0 1 主軸控制放大器號 3717 1 主軸初始化設定位 4019#7 1 主軸電動機代碼 4133 333 主軸電動機最低鉗制速度 3735 0 主軸電動機最高鉗制速度 3736 4 095 每檔主軸最高轉速 3741 10 000 電動機最高轉速 4020 10 000 電機編碼器設置 4002 00 000 001 1.3其他重要參數設定進給軸和主軸完成初始化設定后，需要通過修改參數P1815#4、#5,完成機床原點設定。在原點設置成功后，通過參數P1320、P1321的設置，對機床各軸軟限位設定。由于采用夾臂式刀庫換刀，換刀時Z軸要向正方向移動，換刀時將G7. 6激活,存儲行程極限I有效，行程限位使用參數P1326、P1327設定值，換刀結束后，回到正常加工時行程限位。其他重要參數設定見表 3。設定項參數號設定值無擋塊返回參考點 1005#1 1 直線軸設定 1006#0 0 參考點返回方向 1006#5 0 使用絕對編碼器 1815#5 1 設定機床原點 1815#4 1 位置環增益 1825 5 000 到位寬度 1826 2 000 移動中位置誤差 1828 400 000 停止時位置誤差 1829 2 000 正向軟限位設定 1320 500. 5、0. 5、0 負向軟限位設定 1321 -0.5、-400.5、-300.5 正向存儲行程極限I 1326 500. 5、0. 5、157. 5 負向存儲行程極限I 1327 -0.5、-400.5、-300.5 高速高精功能開啟下軸的 ******切削進給速度 1432 10 000 2坐標軸移動速度提高2.1快速進給速度及各軸增益的提高以X軸調整為例，根據機床配置要求，結合機床伺服電動機、滾珠絲杠、線性導軌的承載能力，將G00 快速進給速度提高到48 m/min未更改速度環增益響應頻率響應圖形如圖1所示。通過提高各軸的速度環增益P2021從200調整到350,調整時結合濾波器功能消除各軸的高頻振動點，然后再逐步提高伺服的速度環增益，最終設定速度環增益為極限值70%? 80%,即圖1中幅頻曲線開始下降的地方對應的頻率接近10 dB,在1 000 Hz附近的幅值應低于-20 dB。更改后頻率響應圖形，如圖2所示。對應各軸速度環增益提高之后，再提高各軸位置環增益P1825,將各軸位置環增益從3 000提高到 5 000,提高各軸的伺服剛性，并通過測定各軸TCMD 波形，保證各軸運行平穩。提高位置環增益后，各軸 TCMD波形如圖3所示。2.2各軸快速移動加速度的調整各軸增益調整完成后，為進一步提高各軸速度，各軸的最高移動速度是一個決定因素，其中各軸的****** 加速度也直接決定了機床的加工速度。TCMD曲線調整要求是在加速和減速段（斜線段）過渡平滑，無過沖現象;恒速度（直線段）電流粗細一致，中間沒有波動； TCMD曲線電流******值不超過放大器電流******值的80%。減小G00時間常數，同時確認加減速時的電流輸出，在機械部件能承受的范圍下，盡量提高加減速時的電流，使加減速時電流盡量接近對應放大器的****** 輸出電流,此時為最優快速加速時間常數設定。通過測定，將G00加減速時間常數P1620、P1621分別設定為100、0。同時將P1601#4設為“1”，開啟了快速移動程序段重疊功能，將P1722設為“50”，設定快速移動程序段重疊時減速比為50;將P2212#6設為“1”，切削/快速進給位置環分開控制P2201#1設為“1”，將 P1825快速進給位置環增益改為300,切削時速度增益倍率由200減小到150。更改之后對應各軸TCMD波形如圖4。2.3其他參數的更改將P1801#4設為“1”使用快速進給與切削進給分開控制，將快速進給到位寬度P1826從20增加到 2 000,切削進給到位寬度P1827從0增加到20。測試空行程程序運行時間為28 s,比調整增益、加減速時間常數后減少9 s。更改先行前饋系數從7 000到9 000、插補前加/ 減速的每個軸的允許******加速度從200到600。更改完成之后,測定空行程程序運行時間為21 s,比調整增益、加減速時間常數后減少16 s。3剛性攻絲的優化提高機床各坐標軸移動速度后，對換刀、鉆孔、攻絲速度的提高有一定的影響，但只是單純從移動速度上的提高。對于剛性攻絲，還有其他參數對其有較大的影響，對參數設定數值進行更改，對比其對剛性攻絲速度、沖擊、誤差的影響，最終設定******的數據。未對參數進行更改優化時的剛性攻絲圖形如圖5所示。3.1主軸速度環前饋系數的調整通過逐漸提高P4037主軸速度環前饋系數，且保持主軸前饋和攻絲軸Z的前饋系數設定一致。分別測試參數P4037為“0”與“200”時，執行剛性攻絲程序,運行時間減少1 s,但攻絲時主軸沖擊聲明顯增大，且攻絲誤差變大。故此參數保持為0。3. 2剛性攻絲中主軸和攻絲軸的位置控制的環路增益的調整剛性攻絲中主軸和攻絲軸的位置控制的環路增益,初始值設定為2 000。分別將剛性攻絲時的攻絲軸的位置增益P5280與伺服方式/主軸同步控制時的主軸的位置增益P4065?P4068設定為“3 000 ”與 “5 000”分別測試運行剛性攻絲程序，查看剛性攻絲誤差診斷參數453。將位置環增益改為“3 000”后，時間減少0. 4 s,無較大的沖擊，但攻絲誤差減小;將位置環增益改為“5 000”后，剛性攻絲誤差超出筆者公司規定。故剛性攻絲參數設定為3 000,對應剛性攻絲圖形如圖6所示。3.3剛性攻絲加/減速時間常數的調整剛性攻絲加/減速時間常數的調整，在設定好固定攻絲******速度下，逐步減小加/減速時間常數，保證剛性攻絲誤差在允許范圍之內。通過觀察剛性攻絲圖形及診斷參數，逐漸減小加減速時間常數，最終設定為 300。運行剛性攻絲程序，時間減少9 s，剛性攻絲誤差在筆者公司規定范圍之內。對應剛性攻絲圖形如圖7 所示。3.4伺服方式/主軸同步控制時電動機電壓的調整據相關資料表明，伺服方式/主軸同步控制時電動機電壓初始設定值P4085為“30”此參數對剛性攻絲效率影響較大，建議將此參數設定為“100”試驗過程中，先后將此參數設定為50、80、100,通過對攻絲程序運行時間、攻絲誤差、攻絲聲音比較，發現電動機電壓升高之后，對攻絲時間及攻絲誤差影響不大,但攻絲時聲音明顯增加。所以此參數設定為30。通過對剛性攻絲有關參數的單獨更改測試,最終將主軸速度環前饋系數P4037設定為“0” ；剛性攻絲中主軸和攻絲軸的位置控制的環路增益P5280、P4065?4068 設定為“3 000”剛性攻絲加/減速時間常數P5261? 5263設定為“300” ；伺服方式/主軸同步控制時電動機電壓P4085)設定為“30”。參數調整完成之后，運行剛性攻絲程序，時間減少9 s,對應剛性攻絲圖形如圖8 所示。4結語通過對鉆攻中心基本參數設置、進給軸移動速度提高、剛性攻絲的優化，機床的效率有了大幅提高，同時保證了加工零件的精度，滿足了用戶需求。本文由海天精工整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！

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