T5钻攻中心的高速切削技术研究与优化

 凭借其高速、高精度的加工特点,备受市 场青睐  ，是苹果、三星等3C产品零件的制造关键设 备 。为了提高我国制造装备技术水平  ，从“中国制造” 向“中国创造”转变  ，T5钻攻中心通过系列攻关,解决了钻攻中心高速切削的关键技 术问题  ，总体技术指标已接近日本FANUC和 BROTHER公司的钻削中心的水平  ，并广泛用于企业 生产  。本文主要从系统研究的高速切削技 术  ，充分提高加工效率  ，从而提高用户的单位时间产 值,提高产品的竞争力 。

 采用 FANUC-3I-MATED 数控系统  ，主轴与主轴电动机采用联轴器直连方式  ，采 用pil 6/10 000主轴电动机  ，主电机功率5. 5/7.5 kW, 主电动机扭矩35/47 N • m;采用X、F、Z这3个伺服 轴  ，其中X、Y坐标轴为移动工作台,Z坐标轴带动主 轴垂直运动  ，三个轴均采用线性导轨、16 mm大螺距丝 杠传动,X轴、Y轴采用pis 12/3000伺服电动机  ，进给 轴电动机12 N • m,Z轴采用pis 22/3 000,进给轴电 机22 N*m 。通过对基本参数设定  ，坐标轴移动速度提高、刚性攻丝优化等方面进行研究与优化  ，机床的效 率有了大幅提高  ，同时保证了加工零件的精度,满足了用户需求 。
1基本参数设定
1.1进给轴电机初始化
  由于数字伺服控制是通过软件方式进行运算控制 的  ，而控制软件是存储在伺服ROM中 。通电时数控 系统根据所设定的电动机规格号、j9九游会平台传动比、检测倍 乘比、电动机方向等其他适配参数  ，加载所需的伺服数 据到工作存储区（伺服ROM中写有各种规格的伺服 控制数据）  ，而初始化设定正是进行电动机规格号和 其他适配参数的设定 。伺服电动机初始化参数设定见 表1所示 。
  FANUC数控系统默认的检测单位为0. 001 mm, 则设置值为2即可  ，为了提高机床的控制精度,现将系 统的检测精度提高一个等级  ，采用检测单位为0. 000 1 mm,即参数No. 1820设置值为20;伺服轴均采用联轴 器直连方式,丝杠杆螺距为16 mm 。
  根据柔性j9九游会平台比计算公式N/M =电动机一转丝 杆移动的距离（检测单位为:0. 1 pm) /1 000 000,对于 螺距为16 mm的轴  ，其柔性j9九游会平台比为：No. 2084/ No. 2085 =16 x10 000/1 000 000 =4/25;参考计数器 容量 No. 1821 =16 x10 000 = 160 000 。
表2主轴电动机初始化参数设定
  对于导入标准参数的机台  ，用户在进行伺服电动 机初始化设置时,只需要根据电动机型号及进给轴方 向  ，对参数No. 2020、No. 2022进行设定后  ，断电重启 即可 。该设备伺服电动机初始化参数具体设定见 表1 。 

表1伺服线束电动四轮机起始化技术参数设制

快速设置项

性能号

更改值

调整轴数

8130

3

台达伺服电机初始状态化快速设置

2100#1

0

伺服电机直流电驱力编码

2020

496、496、313

任意尺寸倍乘比AMR

2001

00 000 000

标志位倍乘比CMR

1820

20

软性传动j9九游会平台比

2084

4

2085

25

放向确定

2022

111、-111,111

进程汇报电脉冲数

2023

8 192

地段报告脉冲造成的数

2024

12 500

学习运算器功率

1821

16 000
1. 2主轴电动机初始化设定
  主轴电动机控制接口为主轴串行输出  ，串行输出 中输出到主轴的命令值为数字数据  ，同时使用外接位 置编码器与CNC相连  ，用于检测主轴的位置 。正确进 行主轴电动机初始化设定,保证主轴定向、定向停等功 能的实现 。主轴电动机初始化参数设定见表2 。
  主轴电动机的最低/高钳制速度计算为：
 P3735 =(主轴电动机所要获得的最低钳制转速/
      主轴电动机的最高转速P4020的值） x 4 095
 P3736 =(主轴电动机所要获得的最高钳制转速/
      主轴电动机的最高转速P4020的值） x 4095
  主轴电动机的最高转速为P4020的值  ，该值在主 轴电动机初始化后自动设定；由于钻削中心主轴与主 轴电动机采用联轴器直连结构  ，故设置主轴最高转速 值 P3741 与 P4020 —样 。
  参数P4002设置主轴传感器的种类 。钻削中心主 轴采用电动机编码器进行位置反馈  ，即P4002#0 = 1 即可 。
  用户在进行主轴初始化时  ，首先需要根据主轴电 动机的型号对参数P4133进行设置  ，通过参数P4019# 7设置为1后断电重启  ，完成主轴初始化  ，最后根据表 2说明对参数P3741和P4002进行设置 。具体主轴电 动机初始化参数设定见表2 。

没置项

运作号

控制值

串行电主轴调控

3716#0

1

电主轴保持放小器号

3717

1

主轴轴承默认值化修改位

4019#7

1

数控车床主轴电动三轮机码

4133

333

主轴轴承电动三轮机低于钳制运行速度

3735

0

电主轴电动伸缩机高达钳制速度慢

3736

4 095

每档轴最高的人转数

3741

10 000

电动三轮机最高的发动机转速

4020

10 000

调速电机编码查询器设备

4002

00 000 001
1.3其他重要参数设定
   进给轴和主轴完成初始化设定后  ，需要通过修改 参数P1815#4、#5,完成机床原点设定 。在原点设置成 功后  ，通过参数P1320、P1321的设置  ，对机床各轴软限 位设定 。由于采用夹臂式刀库换刀  ，换刀时Z轴要向 正方向移动  ，换刀时将G7. 6激活,存储行程极限I有 效  ，行程限位使用参数P1326、P1327设定值  ，换刀结束 后  ，回到正常加工时行程限位 。其他重要参数设定见 表 3 。                

添加项

因素号

设置值

无挡块跳回符合点

1005#1

1

水平线轴人设

1006#0

0

对比点反回放向

1006#5

0

便用根本代码器

1815#5

1

设置车床圆心

1815#4

1

方位环增益控制

1825

5 000

不足参数

1826

2 000

挪动中位置上数据误差

1828

400 000

停机时选址偏差

1829

2 000

单向软行程开关因素

1320

500. 5、0. 5、0

负向软行程开关选用

1321

-0.5、-400.5、-300.5

顺向储存形成极根I

1326

500. 5、0. 5、157. 5

负向存储空间里程终极I

1327

-0.5、-400.5、-300.5

高速收费站高精能力进入设置下轴的 最大化车削加工进给流速

1432

10 000
2坐标轴移动速度提高
2.1快速进给速度及各轴增益的提高
  以X轴调整为例  ，根据机床配置要求  ，结合机床伺服电动机、滚珠丝杠、线性导轨的承载能力  ，将G00 快速进给速度提高到48 m/min未更改速度环增益响 应频率响应图形如图1所示 。通过提高各轴的速度环 增益P2021从200调整到350,调整时结合滤波器功 能消除各轴的高频振动点  ，然后再逐步提高伺服的速 度环增益  ，最终设定速度环增益为极限值70%? 80%,即图1中幅频曲线开始下降的地方对应的频率接近10 dB,在1 000 Hz附近的幅值应低于-20 dB 。 更改后频率响应图形  ，如图2所示 。
  对应各轴速度环增益提高之后  ，再提高各轴位置 环增益P1825,将各轴位置环增益从3 000提高到 5 000,提高各轴的伺服刚性  ，并通过测定各轴TCMD 波形  ，保证各轴运行平稳 。提高位置环增益后  ，各轴 TCMD波形如图3所示 。
2.2各轴快速移动加速度的调整
  各轴增益调整完成后  ，为进一步提高各轴速度  ，各 轴的最高移动速度是一个决定因素  ，其中各轴的最大 加速度也直接决定了机床的加工速度 。TCMD曲线调 整要求是在加速和减速段（斜线段）过渡平滑  ，无过冲 现象;恒速度（直线段）电流粗细一致  ，中间没有波动； TCMD曲线电流最大值不超过放大器电流最大值的
80% 。减小G00时间常数  ，同时确认加减速时的电流 输出  ，在机械部件能承受的范围下  ，尽量提高加减速时 的电流  ，使加减速时电流尽量接近对应放大器的最大 输出电流,此时为最优快速加速时间常数设定 。通过 测定  ，将G00加减速时间常数P1620、P1621分别设定 为100、0 。同时将P1601#4设为“1”  ，开启了快速移 动程序段重叠功能  ，将P1722设为“50”  ，设定快速移 动程序段重叠时减速比为50;将P2212#6设为“1”  ，切 削/快速进给位置环分开控制P2201#1设为“1”  ，将 P1825快速进给位置环增益改为300,切削时速度增益 倍率由200减小到150 。更改之后对应各轴TCMD波 形如图4 。
 
2.3其他参数的更改
  将P1801#4设为“1”使用快速进给与切削进给 分开控制  ，将快速进给到位宽度P1826从20增加到 2 000,切削进给到位宽度P1827从0增加到20 。测试 空行程程序运行时间为28 s,比调整增益、加减速时间 常数后减少9 s 。
  更改先行前馈系数从7 000到9 000、插补前加/ 减速的每个轴的允许最大加速度从200到600 。更改 完成之后,测定空行程程序运行时间为21 s,比调整增 益、加减速时间常数后减少16 s 。
3刚性攻丝的优化
  提高机床各坐标轴移动速度后  ，对换刀、钻孔、 攻丝速度的提高有一定的影响  ，但只是单纯从移动 速度上的提高 。对于刚性攻丝  ，还有其他参数对其 有较大的影响  ，对参数设定数值进行更改  ，对比其对 刚性攻丝速度、冲击、误差的影响  ，最终设定最佳的 数据 。未对参数进行更改优化时的刚性攻丝图形如 图5所示 。
3.1主轴速度环前馈系数的调整
  通过逐渐提高P4037主轴速度环前馈系数  ，且保 持主轴前馈和攻丝轴Z的前馈系数设定一致 。分别 测试参数P4037为“0”与“200”时  ，执行刚性攻丝程 序,运行时间减少1 s,但攻丝时主轴冲击声明显增大  ，且攻丝误差变大 。故此参数保持为0 。
3. 2刚性攻丝中主轴和攻丝轴的位置控制的环路增 益的调整
  刚性攻丝中主轴和攻丝轴的位置控制的环路增 益,初始值设定为2 000 。分别将刚性攻丝时的攻丝轴 的位置增益P5280与伺服方式/主轴同步控制时的主 轴的位置增益P4065?P4068设定为“3 000 ”与 “5 000”分别测试运行刚性攻丝程序  ，查看刚性攻丝 误差诊断参数453 。将位置环增益改为“3 000”后  ，时 间减少0. 4 s,无较大的冲击  ，但攻丝误差减小;将位置 环增益改为“5 000”后  ，刚性攻丝误差超出笔者公司规 定 。故刚性攻丝参数设定为3 000,对应刚性攻丝图形 如图6所示 。
3.3刚性攻丝加/减速时间常数的调整
   刚性攻丝加/减速时间常数的调整  ，在设定好固定 攻丝最大速度下  ，逐步减小加/减速时间常数  ，保证刚 性攻丝误差在允许范围之内 。通过观察刚性攻丝图形 及诊断参数  ，逐渐减小加减速时间常数  ，最终设定为 300 。运行刚性攻丝程序  ，时间减少9 s  ，刚性攻丝误差 在笔者公司规定范围之内 。对应刚性攻丝图形如图7 所示 。
3.4伺服方式/主轴同步控制时电动机电压的调整 据相关资料表明  ，伺服方式/主轴同步控制时电动 机电压初始设定值P4085为“30”此参数对刚性攻丝 效率影响较大  ，建议将此参数设定为“100”试验过 程中  ，先后将此参数设定为50、80、100,通过对攻丝程 序运行时间、攻丝误差、攻丝声音比较  ，发现电动机电压升高之后  ，对攻丝时间及攻丝误差影响不大,但攻丝 时声音明显增加 。所以此参数设定为30 。
   通过对刚性攻丝有关参数的单独更改测试,最终将 主轴速度环前馈系数P4037设定为“0” ；刚性攻丝中主 轴和攻丝轴的位置控制的环路增益P5280、P4065?4068 设定为“3 000”刚性攻丝加/减速时间常数P5261? 5263设定为“300” ；伺服方式/主轴同步控制时电动机 电压P4085)设定为“30” 。参数调整完成之后  ，运行刚 性攻丝程序  ，时间减少9 s,对应刚性攻丝图形如图8 所示 。
4结语
   通过对基本参数设置、进给轴移动速度提高、刚性攻丝的优化  ，机床的效率有了大幅提高  ，同 时保证了加工零件的精度  ，满足了用户需求 。
                             
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