孫惠娟

（重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶401120）

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CKA6150數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)改全閉環(huán)及精度檢測(cè)

孫惠娟

（重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶401120）

摘要：數(shù)控機(jī)床作為當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備，其測(cè)量反饋系統(tǒng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的制造精度起著至關(guān)重要的作用。介紹了通過(guò)對(duì)光柵尺的選擇、安裝調(diào)試和相關(guān)參數(shù)的修改設(shè)置，將數(shù)控車(chē)床從半閉環(huán)改裝為全閉環(huán)控制的設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試的過(guò)程。并通過(guò)半閉環(huán)和閉環(huán)坐標(biāo)軸定位精度的對(duì)比，闡述了閉環(huán)系統(tǒng)的高精度控制。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；半閉環(huán)；全閉環(huán)；精度檢測(cè)

數(shù)控機(jī)床憑借其自身加工柔性好，精度高，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械制造業(yè)中占據(jù)重要地位。數(shù)控機(jī)床的大量應(yīng)用，對(duì)提高我國(guó)機(jī)械制造的整體水平起到了非常關(guān)鍵的作用［1］。近年來(lái)，大量企業(yè)利用對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的改造，來(lái)控制生成成本，提高其自身生產(chǎn)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。由于數(shù)控機(jī)床的改造技術(shù)具有投資少、起效快、技術(shù)更新靈活性、便于維修保養(yǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)，因此在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛［2］。

由于是對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床進(jìn)行改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能的少，以降低成本。本文根據(jù)CKA6150車(chē)床有關(guān)資料以及數(shù)控車(chē)床半閉環(huán)控制系統(tǒng)改全閉環(huán)控制系統(tǒng)車(chē)床的經(jīng)驗(yàn)，確定總體方案為先進(jìn)行光柵尺的選擇與安裝布置，然后修改系統(tǒng)參數(shù)及伺服參數(shù)，最后進(jìn)行精度檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制系統(tǒng)改為全閉環(huán)控制系統(tǒng)，并對(duì)兩種控制方式下的精度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證改造升級(jí)的可行性。

1　光柵尺的安裝

圖1所示是光柵尺的安裝尺寸示意圖。光柵尺的結(jié)構(gòu)是由定尺體和動(dòng)尺讀數(shù)頭組成，安裝調(diào)整的好與壞直接影響光柵尺檢測(cè)、控制工作的質(zhì)量。光柵尺線位移傳感器的安裝比較靈活，可安裝在機(jī)床的不同部位。一般將主尺安裝在機(jī)床的工作臺(tái)（滑板）上，隨機(jī)床走刀而動(dòng)，讀數(shù)頭固定在床身上，盡可能使讀數(shù)頭安裝在主尺的下方。其安裝方式的選擇必須注意切屑、切削液及油液的濺落方向。如果由于安裝位置限制必須采用讀數(shù)頭朝上的方式安裝時(shí)，則必須增加輔助密封裝置。另外，一般情況下，讀數(shù)頭應(yīng)盡量安裝在相對(duì)機(jī)床靜止部件上，此時(shí)輸出導(dǎo)線不移動(dòng)易固定，而尺身則應(yīng)安裝在相對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的部件上（如滑板）。具體安裝方法參考文獻(xiàn)［3］。

圖1　光柵尺的安裝尺寸示意圖

安裝光柵尺時(shí)需注意應(yīng)將機(jī)床總電源斷開(kāi)，并斷開(kāi)機(jī)床X軸的電機(jī)動(dòng)力線。光柵尺安裝好后，需將光柵尺的反饋線端接到伺服驅(qū)動(dòng)器支持的雙編碼器接口，然后設(shè)置數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)后就可以實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。

2　CKA6150　數(shù)控機(jī)床華中數(shù)控818　半閉環(huán)改全閉環(huán)參數(shù)設(shè)置

華中數(shù)控818系列產(chǎn)品是全數(shù)字總線式高檔數(shù)控裝置，采用模塊化、開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，基于具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的NCUC工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。支持總線式全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)單元和絕對(duì)值式伺服電機(jī)，支持總線式遠(yuǎn)程I/O單元，集成手持單元接口，采用電子盤(pán)程序存儲(chǔ)方式，支持CF卡、USB、以太網(wǎng)等程序擴(kuò)展和數(shù)據(jù)交換功能。采用8.4"LED液晶顯示屏，主要應(yīng)用于全功能數(shù)控車(chē)床、車(chē)削中心。

2.1系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

首先開(kāi)啟CKA6150數(shù)控機(jī)床電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床華中數(shù)控818系統(tǒng)，進(jìn)入操作界面，在操作面板上按設(shè)置按鈕，然后選擇參數(shù)進(jìn)入?yún)?shù)頁(yè)面，步驟如下：

（1）坐標(biāo)軸參數(shù)下100005（電子齒輪比分母）：半閉環(huán)設(shè)置為131072，全閉環(huán)設(shè)置為50000，把131072改為50000.

（2）坐標(biāo)軸參數(shù)下100067（軸每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)）：半閉環(huán)是131072，全閉環(huán)是50000，把131072改為50000.

（3）設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)下的506015（反饋位置循環(huán)脈沖數(shù)）：半閉環(huán)設(shè)置為131072，全閉環(huán)設(shè)置為50000，把131072改為50000.

（4）100012（編碼器反饋偏移量）：

1）編碼器反饋偏移量==D/1000*電子齒輪比。D：電機(jī)位置（X軸）參數(shù)。電子齒輪比：電子齒輪比分子/電子齒輪比分母。2） 算出編碼器反饋偏移量=11200241/1000 *4000/50000=896.019并設(shè)置好參數(shù)。

通過(guò)以上系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置既可實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)與全閉環(huán)控制的相互轉(zhuǎn)換［4］。

2.2伺服參數(shù)設(shè)置

在系統(tǒng)上電的情況下，利用X軸伺服驅(qū)動(dòng)器上的按鍵進(jìn)行伺服參數(shù)的設(shè)置（如圖2），步驟如下：

圖2　X軸伺服驅(qū)動(dòng)器

（1）用戶(hù)密碼設(shè)置PA34，確定后輸入密碼2003，保存。

（2）全閉環(huán)反饋信號(hào)計(jì)數(shù)取反PA10：全閉環(huán)設(shè)置為0，半閉環(huán)設(shè)置為512.把512改為0.

（3）分頻比PB55：全閉環(huán)設(shè)置為3，半閉環(huán)設(shè)置為0.

（4）全閉環(huán)跟蹤誤差PB54：數(shù)值不等于0且（100左右）。

（5）驅(qū)動(dòng)器耗電使能時(shí)間PB53：全閉環(huán)設(shè)置為200，半閉環(huán)設(shè)置為10000.

（6）全閉環(huán)位置控制使能STB14：全閉環(huán)設(shè)置為1允許，半閉環(huán)設(shè)置為0禁止。

（7）全閉環(huán)位置反饋信號(hào)類(lèi)型選擇STB12：全閉環(huán)設(shè)置為0允許，半閉環(huán)設(shè)置為1禁止。

（8）全閉環(huán)位置反饋信號(hào)類(lèi)型選擇STB13：全閉環(huán)設(shè)置為1允許，半閉環(huán)設(shè)置為0禁止。

（9）用戶(hù)密碼設(shè)置PA34，輸出1230，確定保存。

（10）等待界面出現(xiàn)SH尾數(shù)的時(shí)候，確定保存成功。

（11）關(guān)閉華中數(shù)控818系統(tǒng)，關(guān)閉電源。等待指示燈滅后，重啟數(shù)控系統(tǒng)。

3　精度檢測(cè)

3.1步距規(guī)與百分表的安裝

本文利用用步距規(guī)與百分表對(duì)X軸精度進(jìn)行檢測(cè)。在CKA6150數(shù)控機(jī)床上安裝好表座，并把百分表固定在刀架上，在Z軸導(dǎo)軌上安裝好步距規(guī)，安裝過(guò)程中要對(duì)步距規(guī)進(jìn)行找正，具體安裝如圖3所示。為了對(duì)半閉環(huán)和全閉環(huán)的精度進(jìn)行比較，精度檢測(cè)分別在系統(tǒng)升級(jí)之前和升級(jí)之后進(jìn)行。

圖3　步距規(guī)和百分表安裝方法

VDI/DGQ3441《機(jī)床工作精度和位置精度的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)原理》是西德工程師協(xié)會(huì)和質(zhì)量學(xué)會(huì)聯(lián)合制定的技術(shù)規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來(lái)在機(jī)床行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。本文就以VDI/DGQ3441標(biāo)準(zhǔn)對(duì)在半閉環(huán)和全閉環(huán)控制下X軸的定位精度進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的升級(jí)改造的結(jié)果。根據(jù)VDI/DGQ3441（德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）檢測(cè)的要求：測(cè)量點(diǎn)≥10點(diǎn)/2m（小于1 m不得少于5點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)間隔不允許等距），雙向測(cè)量，每方向測(cè)量次數(shù)≥10次/m.定位精度和重復(fù)定位精度的計(jì)算方法需要用工業(yè)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行分析［5］。VDI標(biāo)準(zhǔn)有定位不準(zhǔn)確度P （Positioning Uncertainty）、位置離散度Ps（PostionalScatter）、位置偏差Pa（Positional Deviation）、反向偏差U（Reveral Error）4個(gè)指標(biāo)。對(duì)X軸精度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，根據(jù)X軸的行程，共檢測(cè)4個(gè)位置點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)正反向檢測(cè)10次。

3.2半閉環(huán)與全閉環(huán)X軸定位精度比較

圖4為半閉環(huán)與全閉環(huán)控制狀態(tài)下X軸正向和反向定位精度的平均值，從圖中可以看出全閉環(huán)狀態(tài)下X軸的雙向定位精度高于半閉環(huán)，并且正向和反向精度比較穩(wěn)定。根據(jù)VDI/DGQ3441標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)在兩種控制狀態(tài)下的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表1所示。

圖4　半閉環(huán)和全閉環(huán)X軸雙向定位精度平均值

表1　半閉環(huán)和全閉環(huán)精度檢測(cè)結(jié)果（未補(bǔ)償）

由表1可以看出，在未對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償?shù)那闆r下，全閉環(huán)控制時(shí)各項(xiàng)精度指標(biāo)均比半閉環(huán)控制時(shí)有較大提高，說(shuō)明通過(guò)本文的方法可以提高機(jī)床的精度，進(jìn)而能夠提高零件的加工精度。

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采用光柵尺對(duì)CA6150數(shù)控車(chē)床實(shí)現(xiàn)了從半閉環(huán)到全閉環(huán)的改造升級(jí)，并利用精度檢測(cè)計(jì)算結(jié)果對(duì)比進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明：數(shù)控車(chē)床升級(jí)為全閉環(huán)后，采用VDI/DGQ3441標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算的各項(xiàng)指標(biāo)都有所提高。本文的方法同樣適用于華中數(shù)控系統(tǒng)818系列的其他產(chǎn)品，為類(lèi)似的數(shù)控機(jī)床升級(jí)改造提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

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［5］龔仲華.ISO/VDI/JIS定位精度的計(jì)算與比較［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2012，（11）:49-52.

Complete Closed Loop and Precision Detection of CKA6150 CNC Machine Tool with Half Closed Loop

SUN Hui-juan
（Chongqing Industry Polytechnic College，Chongqing 401120，Chian）

Abstract：CNCmachinetoolsasacontemporarymechanicalmanufacturingmainstreamequipment，the measurement feedback system for the manufacture of precision CNC machine tool plays a vital role.This paper introduces the grating by choice，installation and related parameters modify settings，from semi-closed loop CNC lathes adapted for closed-loop control of the design and the process of installation and commissioning.And through the semi-closed loop and closed-loop axes contrast positioning accuracy，high precision control expounded closedloop system.

Key words：CNC machine tools；semi-closed loop；closed loop；detection accuracy

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-545X（2016）03-0208-03

收稿日期：2015-12-09

基金項(xiàng)目：重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目（GZY201401-ZK）

作者簡(jiǎn)介：孫惠娟（1983-），女，河南南陽(yáng)人，博士，講師，研究方向：機(jī)電一體化。