顧向清

(西門子(中國(guó))有限公司，北京 100102)

機(jī)床加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的符合程度。對(duì)于機(jī)床，不可避免的存在工藝系統(tǒng)變形誤差、測(cè)量系統(tǒng)誤差以及環(huán)境溫度誤差等。機(jī)床軸實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中，或大或小地存在定位誤差。針對(duì)不同的誤差，SINUMERIK 840D系統(tǒng)提供各種補(bǔ)償手段以提高機(jī)床的加工精度。主要有以下幾種補(bǔ)償方法：溫度補(bǔ)償、反向間隙補(bǔ)償、螺距誤差補(bǔ)償(LEC)、垂度補(bǔ)償(CEC)、動(dòng)態(tài)前饋控制(跟蹤誤差補(bǔ)償)、過象限誤差補(bǔ)償(摩擦補(bǔ)償)和電子重錘補(bǔ)償。

本文主要討論在SINUMERIK 840D上，如何進(jìn)行過象限誤差的自動(dòng)補(bǔ)償。

1 過象限誤差補(bǔ)償(QEC)功能介紹

不同的摩擦條件和機(jī)械剛性，在象限切換點(diǎn)處，參與插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的各個(gè)軸的實(shí)際速度不同，機(jī)床軸不可能每一次都精確地定位到指令值。因此各軸的實(shí)際位置并不是理想的編程軌跡，尤其在過象限處，產(chǎn)生了輪廓誤差。如圖1所示。

過象限誤差補(bǔ)償，也稱摩擦補(bǔ)償。在過象限處，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)機(jī)床軸加入額外的補(bǔ)償值，用于保證在加工時(shí)，尤其是加工圓弧軌跡時(shí)獲得更高的加工輪廓精度。如圖2所示。過象限誤差補(bǔ)償，即在軸的過象限處預(yù)先加入額外的速度設(shè)定值脈沖，減小軸突然反向運(yùn)動(dòng)中由于機(jī)械變形、反向間隙或摩擦條件的突變引起的定位輪廓誤差。如圖3所示。

在840D上，過象限補(bǔ)償分手動(dòng)和自動(dòng)兩種。手動(dòng)過象限誤差補(bǔ)償，即傳統(tǒng)的方法。調(diào)試工程師按照不同加速度下的特性設(shè)置，根據(jù)圓弧測(cè)試的結(jié)果，手動(dòng)設(shè)置相應(yīng)的補(bǔ)償值。這一過程復(fù)雜并要求相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)才能達(dá)到最優(yōu)化補(bǔ)償?shù)哪康?。自?dòng)過象限誤差補(bǔ)償，即智能學(xué)習(xí)的方法。數(shù)控系統(tǒng)通過智能學(xué)習(xí)后，自動(dòng)獲得各種加速度下所需的補(bǔ)償特性曲線。根據(jù)加工精度，可設(shè)定補(bǔ)償特性曲線的分辨率，使獲得的加工軌跡更為接近理想曲線。

2 自動(dòng)過象限誤差補(bǔ)償調(diào)試

2.1 基本要求

過象限誤差補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償依據(jù)是測(cè)量系統(tǒng)反饋值和指令值間的偏差。因而只有當(dāng)被測(cè)量機(jī)床軸具有直接測(cè)量系統(tǒng)(直線光柵或圓光柵)時(shí)，才能反映出真實(shí)的誤差情況。在開始過象限誤差補(bǔ)償之前，驅(qū)動(dòng)必須是已經(jīng)優(yōu)化過的，包括電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)和前饋等的優(yōu)化。

2.2 QEC學(xué)習(xí)和QEC工作階段

智能學(xué)習(xí)的自動(dòng)過象限誤差補(bǔ)償分學(xué)習(xí)階段和工作階段。

(1)學(xué)習(xí)階段 分初次學(xué)習(xí)和再學(xué)習(xí)。初次學(xué)習(xí)階段，NC程序使用高級(jí)編程語(yǔ)言激活QEC學(xué)習(xí)功能，系統(tǒng)自動(dòng)分析實(shí)際值和指令值的誤差，自動(dòng)對(duì)機(jī)床軸加入補(bǔ)償值，并將補(bǔ)償值存儲(chǔ)在用戶存儲(chǔ)器中。再學(xué)習(xí)階段，對(duì)第一次學(xué)習(xí)補(bǔ)償?shù)脑賰?yōu)化。

(2)工作階段 系統(tǒng)根據(jù)在學(xué)習(xí)階段生成的QEC補(bǔ)償值，自動(dòng)對(duì)機(jī)床軸加入額外的速度設(shè)定值脈沖，使機(jī)床軸的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡接近于指令值。

2.3 QEC自動(dòng)學(xué)習(xí)調(diào)試步驟

2.3.1 參數(shù)設(shè)定

激活選項(xiàng)功能：

需要注意的是，修改MD38010會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)存的重新分配，此時(shí)不能NCK復(fù)位或斷電。應(yīng)當(dāng)備份當(dāng)前的系列啟動(dòng)數(shù)據(jù)(包含補(bǔ)償數(shù)據(jù))，再重新讀入新的系列備份數(shù)據(jù)。

2.3.2 生成自動(dòng)QEC補(bǔ)償NC程序

拷貝ToolBox中的8X0DEXAMPLES_TOOLSQFK.MPF文件夾下的以下程序到NC。

在ToolBox中，提供兩種自動(dòng)過象限誤差補(bǔ)償學(xué)習(xí)的程序，即多項(xiàng)式學(xué)習(xí)程序QECLRNP.SPF和圓學(xué)習(xí)程序QECLRNC.SPF。多項(xiàng)式學(xué)習(xí)可用于所有的軸類型，圓學(xué)習(xí)僅用于幾何軸。根據(jù)需要的學(xué)習(xí)類型，將QECLRNP.SPF或QECLRNC.SPF改名為QECLRN.SPF，并存放到子程序文件夾SPF下。

2.3.3 調(diào)用自動(dòng)QEC補(bǔ)償NC程序

(1)QEC系統(tǒng)變量初始化主程序QECDAT.MPF

根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整激活學(xué)習(xí)軸的QEC系統(tǒng)變量。程序如下：

(2)QEC自動(dòng)學(xué)習(xí)子程序QECLRN.SPF(以圓學(xué)習(xí)程序?yàn)槔?

程序詳細(xì)內(nèi)容參考ToolBox下的8X0DEXAMPLES_TOOLSQFK.MPF文件夾。

(3)QEC自動(dòng)學(xué)習(xí)啟動(dòng)主程序QECSTART.MPF

將需要QEC自學(xué)習(xí)的軸移動(dòng)到測(cè)試位置，執(zhí)行QECSTART.MPF，進(jìn)行QEC自學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)階段，進(jìn)給倍率開關(guān)必須置于100%，以保證學(xué)習(xí)測(cè)試的效果。學(xué)習(xí)所花費(fèi)的時(shí)間取決于學(xué)習(xí)的軸數(shù)和QEC補(bǔ)償?shù)木取?/p>

在學(xué)習(xí)階段，在診斷的軸服務(wù)顯示中可看到＂QEC learning active＂。

根據(jù)需要調(diào)整激活所有學(xué)習(xí)軸的QEC系統(tǒng)變量。程序如下：

2.3.4 激活QEC補(bǔ)償

設(shè)定軸數(shù)據(jù)。

2.3.5 圓度測(cè)試

執(zhí)行完QEC自動(dòng)學(xué)習(xí)QECSTART.MPF啟動(dòng)主程序后，NC系統(tǒng)自動(dòng)生成QEC的補(bǔ)償值并存放于用戶存儲(chǔ)器中。可根據(jù)圓加工程序QECTEST.MPF，使用伺服追蹤功能的圓度測(cè)試或球感儀檢測(cè)QEC補(bǔ)償?shù)男Ч?。?duì)比圖1、圖2可看到，經(jīng)過QEC補(bǔ)償后，圓加工精度有了顯著提高。

2.3.6 備份QEC補(bǔ)償數(shù)據(jù)

QEC補(bǔ)償數(shù)據(jù)保存在文件夾NC Active DataQuadrant-error-compensation下，如圖4所示。可單獨(dú)備份QEC補(bǔ)償數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

在SINUMERIK 840D上，和傳統(tǒng)的手動(dòng)QEC補(bǔ)償相比，使用智能學(xué)習(xí)的QEC過象限誤差補(bǔ)償，減少了調(diào)試時(shí)間，降低了調(diào)整難度，并提高了補(bǔ)償精度。

［1］西門子公司，SINUMERIK 840D/840Di/810D/Description of Func-tions Basic Machine(Part 1)［M］，11/2006.

［2］西門子公司，SINUMERIK 840D/810D/840Di/Extended Functions(Part 2)［M］，11/2006.

［3］西門子公司，SINUMERIK 840D/810D/840Di/Job planning Programming Manual［M］，11/2006.