中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 蔡 丹 金 輝 王洪義 陳 龍 郭 茜

西門子系統(tǒng)常見誤差補(bǔ)償方法的分析與研究

中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 蔡 丹 金 輝 王洪義 陳 龍 郭 茜

本篇論文主要從數(shù)控機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)誤差補(bǔ)償方面論述，簡要介紹了數(shù)控機(jī)床常見的幾種誤差，著重闡述了應(yīng)用西門子控制系統(tǒng)補(bǔ)償反向間隙誤差、螺距誤差、跟隨誤差的原理與方式，敘述了上述3種誤差補(bǔ)償功能的步驟，提高數(shù)控機(jī)床的機(jī)械精度。

反向間隙；螺距；補(bǔ)償

引言

數(shù)控機(jī)床是高精度、高效率、高自動化的加工機(jī)床,它的加工精度與效率主要取決于機(jī)床的控制系統(tǒng)和機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)。良好的機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)(包括組成結(jié)構(gòu)和零部件)能夠充分發(fā)揮機(jī)床的使用效能,保證其高精度、高效率的加工。但機(jī)床在運(yùn)行過程中,機(jī)械系統(tǒng)零件容易受到外力、溫度、磨損、摩擦等不良因素的影響,不可避免地存在變形、損毀,造成機(jī)床機(jī)械精度下降,機(jī)床加工精度無法保證,出現(xiàn)加工誤差,嚴(yán)重影響數(shù)控機(jī)床的加工精度與效率。為了保證機(jī)床的加工精度與質(zhì)量,西門子數(shù)控系統(tǒng)提供了數(shù)控機(jī)床的常見誤差補(bǔ)償方法,減小因機(jī)械變形、溫度、摩擦、磨損等不良因素對加工精度的影響,彌補(bǔ)因機(jī)床機(jī)械部件制造或裝配工藝的問題引起的誤差,提高了機(jī)床的加工精度。數(shù)控機(jī)床常出現(xiàn)的誤差有反向間隙誤差、螺距誤差、跟隨誤差、溫度誤差、垂度誤差等,下面主要介紹反向間隙誤差、螺距誤差、跟隨誤差補(bǔ)償?shù)姆治雠c研究。

1 反向間隙誤差補(bǔ)償

反向間隙誤差是機(jī)床坐標(biāo)軸在運(yùn)動方向改變時實際位置與顯示位置產(chǎn)生的偏差,也就是說坐標(biāo)軸運(yùn)動方向改變時,伺服系統(tǒng)按指令運(yùn)行了一定距離,而實際上機(jī)床的機(jī)械部件并未移動或移動很少,實際位置與顯示位置就出現(xiàn)了偏差。為了消除或減小機(jī)床的反向間隙,首先機(jī)床在制造過程中采取了一系列措施(如伺服電機(jī)與滾珠絲杠直連,增加滾珠絲杠螺母等),其次利用西門子系統(tǒng)提供的反向間隙補(bǔ)償功能,分別采用人為壓表和激光干涉儀測量方式,將測量到的補(bǔ)償值輸入到機(jī)床參數(shù)MD32450中,補(bǔ)償機(jī)床傳動鏈,值得注意的是利用西門子系統(tǒng)提供的反向間隙補(bǔ)償功能,機(jī)床必須重新返回參考點(diǎn),間隙補(bǔ)償值才能夠生效。如何確定反向間隙補(bǔ)償值,具體分析如下:

1.1 反向間隙誤差補(bǔ)償值為正

執(zhí)行元件先于機(jī)械部件運(yùn)動,伺服軸運(yùn)動方向改變時,伺服系統(tǒng)驅(qū)動伺服電機(jī)運(yùn)動,檢測反饋元件向系統(tǒng)發(fā)出了移動脈沖,實際上,機(jī)床的機(jī)械部件并未移動或移動很少,檢測的移動值在機(jī)械部件移動值前面出現(xiàn),這樣系統(tǒng)所檢測到的值大于機(jī)械部件的實際移動值,在這種情況下,數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)MD32450中必須輸入正的補(bǔ)償值。

1.2 反向間隙誤差補(bǔ)償值為負(fù)

機(jī)械部件先于執(zhí)行元件運(yùn)動,伺服軸運(yùn)動方向改變時,伺服系統(tǒng)驅(qū)動伺服電機(jī)運(yùn)動,機(jī)床的機(jī)械部件移動,檢測反饋元件可能還沒向系統(tǒng)發(fā)出了移動脈沖,這樣系統(tǒng)所檢測到的值小于機(jī)械部件的實際移動值,在這種情況下,數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)MD32450中必須輸入負(fù)的補(bǔ)償值。

2 螺距誤差補(bǔ)償

螺距誤差是機(jī)床坐標(biāo)軸在運(yùn)動時實際位置與顯示位置產(chǎn)生的偏差,也就是說坐標(biāo)軸運(yùn)動時,伺服系統(tǒng)按指令運(yùn)行了一定距離,而實際上機(jī)床的機(jī)械部件并未移動或移動很少,實際位置與顯示位置就出現(xiàn)了偏差。螺距誤差補(bǔ)償方法如下:

西門子系統(tǒng)提供的螺距誤差補(bǔ)償功能是線性補(bǔ)償方法,采用數(shù)據(jù)文件按軸進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償,各坐標(biāo)軸之間的補(bǔ)償值互不影響。根據(jù)坐標(biāo)軸的工作范圍,確定螺距誤差補(bǔ)償?shù)膮^(qū)間和間隔,計算實際誤差補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)數(shù),實際誤差補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)數(shù)應(yīng)小于機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)MD38000中設(shè)置螺距誤差補(bǔ)償?shù)淖畲簏c(diǎn)數(shù),如下圖所示,具體步驟如下:

1)確定螺距誤差補(bǔ)償軸的補(bǔ)償間隔和范圍;

2)確定螺距誤差補(bǔ)償軸的補(bǔ)償點(diǎn)數(shù);

3)連接外部PC機(jī)與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng),啟動PC機(jī)中文件接收數(shù)據(jù),在數(shù)控系統(tǒng)中輸出誤差補(bǔ)償文件;

4)按照預(yù)定的補(bǔ)償間隔、范圍、補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)移動坐標(biāo)軸;

5)應(yīng)用激光干涉儀測量每一點(diǎn)的誤差,在PC機(jī)中將誤差值編輯在剛剛傳出的補(bǔ)償文件中,并保存;

6)設(shè)定機(jī)床軸參數(shù)MD32700為0,將編輯好的補(bǔ)償文件傳回控制系統(tǒng);

7)設(shè)定機(jī)床軸參數(shù)MD32700為1,系統(tǒng)NCKRESET,機(jī)床返回參考點(diǎn),補(bǔ)償生效。

3 跟隨誤差補(bǔ)償

跟隨誤差是系統(tǒng)輸出的位置設(shè)定值與位置測量系統(tǒng)檢測的位置實際值之間的誤差。跟隨誤差主要與速度變化有關(guān),系統(tǒng)為了減小機(jī)床的跟隨誤差,設(shè)置了前饋控制功能,具體采用速度前饋控制或轉(zhuǎn)矩前饋控制使系統(tǒng)的跟隨誤差幾乎減小到零。系統(tǒng)的前饋控制功能,既可以采用機(jī)床數(shù)據(jù)參數(shù)使前饋控制激活或關(guān)閉,也可以采用零件程序激活或關(guān)閉,具體設(shè)置如下:

1)機(jī)床參數(shù)MD32620設(shè)置前饋控制方式:設(shè)置為0,表明不使用前饋控制;設(shè)置為1,表明使用速度前饋控制;設(shè)置為2,表明使用速度與轉(zhuǎn)矩兩種前饋控制方式。

2)零件程序激活/關(guān)閉前饋控制功能時,必須把機(jī)床數(shù)據(jù)MD32630設(shè)置為1,零件程序中FFWON為開啟前饋控制指令,FFWOF為關(guān)閉前饋控制指令。

速度前饋控制的具體步驟如下:

1)優(yōu)化機(jī)床坐標(biāo)軸的電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán);

2)調(diào)整、設(shè)置機(jī)床參數(shù)MD32810(速度等效時間常數(shù))和MD32610(速度前饋控制因子)中數(shù)據(jù),保證坐標(biāo)軸響應(yīng)達(dá)到理想狀態(tài);

3)設(shè)置機(jī)床參數(shù)MD32300和MD32000中數(shù)據(jù),保證參數(shù)MD32300中設(shè)置較小的加速度,參數(shù)MD32000中設(shè)置較大的進(jìn)給速度;

4)對于有特殊精度要求的零件,為了達(dá)到其輪廓精度,可在零件程序中激活或關(guān)閉前饋補(bǔ)償功能,例如:

N30 FFWON;激活速度前饋控制

N40 G01 X…Z…F900

N80 FFWOF;關(guān)閉速度前饋控制

5)移動坐標(biāo)軸,在“診斷”操作區(qū)域的軸服務(wù)項目中觀察實際“控制誤差”的變化是否為0,判斷速度前饋控制的調(diào)整是否達(dá)到最佳狀態(tài)。

轉(zhuǎn)矩前饋控制的具體步驟如下:

1)優(yōu)化機(jī)床坐標(biāo)軸的電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán);

2)調(diào)整、設(shè)置機(jī)床參數(shù)MD32800(速度等效時間常數(shù)),MD32620(速度前饋控制因子),MD32650(坐標(biāo)軸的慣量)和MD1004(激活轉(zhuǎn)矩前饋控制)中數(shù)據(jù),保證坐標(biāo)軸響應(yīng)達(dá)到理想狀態(tài);

3)移動坐標(biāo)軸,在“診斷”操作區(qū)域的軸服務(wù)項目中觀察實際“控制誤差”的變化是否為0,判斷轉(zhuǎn)矩前饋控制的調(diào)整是否達(dá)到最佳狀態(tài)。

4 總結(jié)

根據(jù)以上論述,我們可以了解到機(jī)床的反向間隙誤差、螺距誤差和跟隨誤差產(chǎn)生的原因,機(jī)床一旦出現(xiàn)這幾種誤差我們應(yīng)怎樣判斷以及應(yīng)用西門子系統(tǒng)消除或減小誤差的方法與步驟。定期的應(yīng)用誤差補(bǔ)償方法可以適當(dāng)預(yù)防機(jī)床故障產(chǎn)生,提高機(jī)床的加工精度與效率。

［1］王洪波.數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)［M］.電子工業(yè)出版社,2007,12.

［2］蔣洪平.數(shù)控設(shè)備故障診斷與維修［M］.北京理工大學(xué)出版社,2006,8.

［3］張吉平,蔣林敏.數(shù)控加工設(shè)備［M］.大連理工大學(xué)出版社,2007,1.

［4］李夢群.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床故障診斷及維修［M］.國防工業(yè)出版社,2009,3.

蔡丹（1978—），遼寧沈陽人，大學(xué)本科，高級工程師，現(xiàn)供職中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，研究方向：數(shù)控技術(shù)。