840D系统补偿功能汇总.pdf

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840D系统补偿功能汇总
数控机床的的几何精度,定位精度一方面受到机械加工母机的精
度限制,另一方面更受到机床的材料与机械安装工艺的限制,往往不能
够达到设计精度要求。而要在以上诸多方面来提高数控机床的几何精
度,定位精度需要投入大量的人力物力。在机械很难提高精度的情况
下,通过数控电气补偿能够使数控机床达到设计精度。
一、反向间隙补偿
机床反向间隙误差就是指由于机床传动链中机械间隙的存在,机
床执行件在运动过程中,从正向运动变为反向运动时,执行件的运动量
与目标值存在的误差,最后反映为叠加至工件上的加工精度。
机床反向间隙就是机床传动链中各传动单元的间隙综合,如电机
与联轴器的间隙,齿轮箱中齿轮间隙,齿轮与齿条间隙,滚珠丝杠螺母
副与机床运动部件贴合面的间隙等等。
反向间隙直接影响到数控机床的定位精度与重复定位精度。在半
闭环下,由伺服电机编码器作为位置环反馈信号。机械间隙无法由编
码器检测到,在机械调整到最佳状态下需要进行反向间隙补偿。在全
闭环下,直线轴一般采用光栅尺作为位置环反馈信号,旋转轴一般采用
外接编码器或圆光栅作为位置环反馈信号。由于就是直接检测运动部
件的实际位移,理论上讲全闭环下无反向间隙。但就是由于光栅尺或
圆光栅本身精度的限制与安装工艺的限制等等,使得全闭环下也具有
“反向间隙”,这在激光干涉仪下能很明显瞧出来,一般在0、01mm左:.
右。
西门子840D数控系统反向间隙补偿的方法如下:
测得反向间隙值后在轴机床数据输入反向差值,单位为mm。
MD32450BACKLASH[0]
MD32450BACKLASH[1]
其中[0]为半闭环,[1]为全闭环。输入后按下Reset键,回参考点后
补偿生效。可以在诊断→服务显示→轴调整→绝对补偿值测
量系统中瞧到补偿效果。
反向间隙补偿能够在较大程度上提高数控机床的定位精度、重复
定位精度,但就是它的值就是固定的,不能适用于机床的整个行程,这
就需要另一种电气补偿手段,螺距误差补偿。两者结合能使数控机床
达到较高的定位精度与重复定位精度。
二、螺距误差补偿
重型数控机床的传动机构,一般为滚珠丝杠传动或齿轮齿条传
动。受到制造精度的影响丝杠上的螺距与齿条齿轮的齿距都有微小的
误差,对于半闭环数控机床,这将直接影响其定位精度与重复定位精
度。而对于全闭环,由于受到光栅尺自身的精度,光栅尺安装的直线度、
挠度的影响也会产生“螺距误差”。
西门子840D数控系统螺距误差补偿原理如下图所示::.
$AA_ENC_COMP_STEP补偿间隔为100mm
$AA_ENC_COMP_MIN补偿起点为100mm
$AA_ENC_COMP_MAX补偿终点为1200mm
MD:MM_ENC_COMP_MAX_POINTS补偿点总数为12
下面以齐二机床厂TK6926型控落地镗的主轴箱Y轴(第2轴)为
例来说明西门子840D数控系统螺距误差补偿的操作步骤:
主轴箱Y轴为全闭环,行程5500mm,我们设置补偿间隔500mm,起
始点为-5500mm,终点为0mm。
(1)设定轴螺距补偿点数
修改轴参数38000MM_ENC_COMP_MAX_POINTS[1]=20
注意:修改此参数会引使系统在下次上电时重新分配NCK内存,导
致数据丢失,因此在NCKReset前,应先做好NC数据备份(包括补
偿数据)。
(2)生成并修改补偿表:.
将NC数据回传后,系统自动生成螺距误差补偿文件。在服务→
数据管理→NC-生效-数据→测量系统误差补偿→测量系统误
差补偿-轴2。将此文件复制到NC数据保存XX、MDN文件夹中,文件名
变为AX2_EEC、INI。按下input键打开该文件夹,将激光干涉仪测量的
误差值写入文件中,并保存。如下表所示:
CHANDATA(1)
$AA_ENC_COMP[1,0,AX2]=-0、179
$AA_ENC_COMP[1,1,AX2]=-0、146
$AA_ENC_COMP[1,2,AX2]=-0、128
$AA_ENC_COMP[1,3,AX2]=-0、111
$AA_ENC_COMP[1,4,AX2]=-0、099
$AA_ENC_COMP[1,5,AX2]=-0、082
$AA_ENC_COMP[1,6,AX2]=-0、065
$AA_ENC_COMP[1,7,AX2]=-0、05
$AA_ENC_COMP[1,8,AX2]=-0、039
$AA_ENC_COMP[1,9,AX2]=-0、023
$AA_ENC_COMP[1,10,AX2]=-0、014
$AA_ENC_COMP[1,11,AX2]=0
$AA_ENC_COMP[1,12,AX2]=0
$AA_ENC_COMP[1,13,AX2]=0
$AA_ENC_COMP[1,14,AX2]=0
$AA_ENC_COMP[1,15,AX2]=0:.
$AA_ENC_COMP[1,16,AX2]=0
$AA_ENC_COMP[1,17,AX2]=0
$AA_ENC_COMP[1,18,AX2]=0
$AA_ENC_COMP[1,19,AX2]=0
$AA_ENC_COMP_STEP[1,AX2]=500
$AA_ENC_COMP_MIN[1,AX2]=-5500
$AA_ENC_COMP_MAX[1,AX2]=0
$AA_ENC_COMP_IS_MODULO[1,AX2]=0
M17
(3)导入补偿数据INI文件至系统
先设定参数32700ENC_COMP_ENABLE[1]=0(关闭螺距误差
补偿使能,否侧数据被保护无法装载)。然后将AX2_EEC、INI文件装载
至NC系统。
(4)补偿数据生效
设定32700ENC_COMP_ENABLE[1]=1,NCKReset,轴返回参考
点后,新的螺距补偿值生效。可以在诊断→服务显示→轴调整
→绝对补偿值测量系统2中瞧到补偿效果。
数控机床螺距误差补偿时需要注意问题:
①在全闭环下,进行螺距误差补偿前,应将光栅尺钢带校准,光栅尺盒
校直,。如果光栅尺盒未校准,激光干涉仪检
测的曲线往往就是交叉或平行漂移的。:.
②要充分考虑环境对机床与检测仪器的影响,如温度,风速等。大型数
控机床往往由于环境的变化精度也随之变化。
三、垂度补偿(交叉补偿)
在大型数控机床,由于机床自身的结构及其刚性,在重力等自然因
素下,机床悬垂轴的平行度,垂直度往往不能达到机床的设计精度。如
数控落地镗床主轴箱滑枕、镗杆与主轴箱垂直移动的垂直度,大型数
控龙门铣床的溜板移动对工作台面的平行度,大跨度立车垂直刀架移
动对工作台面的平行度。以上误差虽然在机械制造工艺上能够改善但
就是一般也都很难达到理想状态,尤其就是对高精度的数控机床。垂
度补偿能够使此种误差得以修正,并达到机床的设计精度。
西门子840D数控系统垂度补偿原理与螺距误差补偿相似,其补偿
原理与系统变量、设定数据与机床参数如下图所示:
:.
系统变形量意义如下:
●$AN_CEC[<t>,<N>](补偿点为<N>补偿表号为[<t>])
●$AN_CEC_INPUT_AXIS[<t>](基准轴)
●$AN_CEC_OUTPUT_AXIS[<t>](补偿轴)
●$AN_CEC_STEP[<t>](两插补点之间的距离)
●$AN_CEC_MIN[<t>](起点位置)
●$AN_CEC_MAX[<t>](终点位置)
●$AN_CEC_DIRECTION[<t>](补偿方向)其中:
$AN_CEC_DIRECTION[t]=0:补偿值在基准轴的两个方向有效。
$AN_CEC_DIRECTION[t]=1:补偿值只在基准轴的正方向有效。
$AN_CEC_DIRECTION[t]=-1:补偿值只在基准轴的负方向有效。
●$AN_CEC_IS_MODULO[t]:基准轴的补偿带模功能。
●$AN_CEC_MULT_BY_TABLE[t]:基准轴的补偿表的相乘表。
设定数据意义如下:
SD41300$SN_CEC_TABLE_ENABLE[<t>]垂度补偿赋值表有效。
SD41310$SN_CEC_TABLE_WEIGHT[<t>]垂度补偿赋值表加权因子。
机床参数意义如下:
MD18342$MN_MM_CEC_MAX_POINTS[<t>]:补偿表的最大补偿点数。
MD32710$MA_CEC_ENABLE:激活补偿表。
MD32720$MA_CEC_MAX_SUM:垂度补偿补偿值总与的极限值。
:.
下面以齐二机床厂TK6920型控落地镗的镗杆Z轴(第3轴)与主
轴箱Y轴(第2轴)为例来说明西门子840D数控系统垂度误差补偿的
操作步骤:
其中Z轴为基准轴,Y轴为补偿轴。Z轴行程1200mm我们设置补偿
间隔为30mm,补偿起点为-1200mm,终点为0mm,需要设置总补偿点数
为41个点。
1)设定垂度补偿的补偿点数
修改机床参数MD18342$MN_MM_CEC_MAX_POINTS[0]=41
注意:修改此参数会引使系统在下次上电时重新分配NCK内存,导
致数据丢失,因此在NCKReset前,应先做好NC数据备份(包括补
偿数据)。
(2)生成并修改补偿表
将NC数据回传后,系统自动生成垂度误差补偿文件。在服务→
数据管理→NC-生效-数据→垂度/斜度的补偿。将此文件复制到
NC数据保存XX、MDN文件夹中,文件名变为NC_CEC、INI。按下input
键打开该文件夹,将所测得的误差值写入文件中,并保存。如下表所
示:
CHANDATA(1)
$AN_CEC[0,0]=-0、18
$AN_CEC[0,1]=-0、17
$AN_CEC[0,2]=-0、165:.
$AN_CEC[0,3]=-0、16
$AN_CEC[0,4]=-0、15
$AN_CEC[0,5]=-0、145
$AN_CEC[0,6]=-0、14
$AN_CEC[0,7]=-0、135
$AN_CEC[0,8]=-0、13
$AN_CEC[0,9]=-0、129
$AN_CEC[0,10]=-0、126
$AN_CEC[0,11]=-0、125
$AN_CEC[0,12]=-0、12
$AN_CEC[0,13]=-0、115
$AN_CEC[0,14]=-0、11
$AN_CEC[0,15]=-0、1
$AN_CEC[0,16]=-0、09
$AN_CEC[0,17]=-0、08
$AN_CEC[0,18]=-0、075
$AN_CEC[0,19]=-0、04
$AN_CEC[0,20]=-0、03
$AN_CEC[0,21]=-0、025
$AN_CEC[0,22]=-0、02
$AN_CEC[0,23]=-0、01
$AN_CEC[0,24]=0:.
$AN_CEC[0,25]=0
$AN_CEC[0,26]=0
$AN_CEC[0,27]=0
$AN_CEC[0,28]=0
$AN_CEC[0,29]=0
$AN_CEC[0,30]=0
$AN_CEC[0,31]=0
$AN_CEC[0,32]=0
$AN_CEC[0,33]=0
$AN_CEC[0,34]=0
$AN_CEC[0,35]=0
$AN_CEC[0,36]=0
$AN_CEC[0,37]=0
$AN_CEC[0,38]=0
$AN_CEC[0,39]=0
$AN_CEC_INPUT_AXIS[0]=(AX3)
$AN_CEC_OUTPUT_AXIS[0]=(AX2)
$AN_CEC_STEP[0]=30
$AN_CEC_MIN[0]=-1200
$AN_CEC_MAX[0]=0
$AN_CEC_DIRECTION[0]=0
$AN_CEC_MULT_BY_TABLE[0]=0:.
$AN_CEC_IS_MODULO[0]=0
M17
(3)导入补偿数据INI文件至系统
先设定Z轴与Y轴的轴参数MD32710$MA_CEC_ENABLE=0(关闭垂度
补偿使能,否侧数据被保护无法装载)。然后将NC_CEC、INI文件装载
至NC系统。
(4)补偿数据生效
设定Z轴与Y轴的轴参数MD32710$MA_CEC_ENABLE=1,再设定数
据SD41300$SN_CEC_TABLE_ENABLE[0]=1垂度补偿赋值表有效。
NCKReset,Z轴与Y轴返回参考点后,垂度补偿生效。可以在诊断
→服务显示→轴调整→绝对补偿值测量系统2中瞧到补偿效
果。
注:如果输入轴与输出轴定义为同一轴且方向相反,这样可以实
现螺距误差双向补偿。同时激活垂度补偿功能参数19300=4H。
四、840D系统温度补偿
一、影响:
金属材料具有“热胀冷缩“的性质,该特性在物理学上通常用热
膨胀系数(Thermalexpansioncoefficient,atherm)描述。数控机床的
床身、立柱、]拖板等导轨基础件与滚珠丝杠等传动部件都就是由金
属材料制成,由于机床驱动电机的发热、运动部件摩擦发热以及环境
温度等的变化,均会对机床运动轴位置产生附加误差,这将直接影响机:.
床的定位精度,从而影响工件的加工精度。对于在普通车间环境条件
下使用的数控机床尤其就是行程比较长的落地式镗床,热膨胀系数的
影响更不容忽视。以行程5M的X轴来说,金属材料的热膨胀系数为
10ppm(10μm/每1m每1度),理论上温度每上升1度,5m的行程的X
轴就”胀长“50μm。日温差与冬夏季节温差的影响便可想而知。因
此高精度机床要求在规定的恒温条件下制造或使用,普通条件下使用
的数控机床为保证较高定位精度与加工精度,须使用”温度补偿“等
选件功能消除福建误差。
二、补偿原理:
机床坐标轴的定位误差随温度变化会附加一定偏差,对每一给定
温度可测出相应的定位误差曲线。
数字表达式为:
△Kx(T)=Ko(T)+tanβ(T)*(Px-Po)
其中:△Kx(T)为轴Px位置的定位误差温度偏差补偿值;
Ko(T)就是与轴位置不相关的温度偏差(补偿)值;
Px为轴的实际位置
Po为轴的参考点位置;
tanβ(T)为与轴位置相关的温度补偿系数(定位误差曲线的梯
度)。
840D系统温度补偿功能的工作过程:将测量得到的温度偏差(补
偿)值送至NC插补单元参与插补运算修正轴的运动。若温度补偿值
△Kx(T)为正值就控制轴负向移动,否则就正向移动。由于温度影响的:.
滞后性,PLC程序采取定时间隔采样温度(T)的方法,周期性的修改NC
中相关补偿参数,并利用上面公式计算温度偏差△Kx(T),从而补偿掉
温度变化产生的位置偏差。
三、硬件设计:
采用PT100型热敏电阻,安装在机床靠近丝杠杆处,采样温度更
接近印发热膨胀的“机温”。A86为S7-300型PLC两通道12位
A/D转换器,起作用就是将电阻温度传感器采样的模拟量温度信号转
换成数字量,送到840D的NC-PLC接口,以便PLC程序做运算处理。
四、PT100型电阻温度传感器
PT100就是铂电阻温度传感器,使用于测量-60度-----+400度之间
的温度,完全适用于机床的使用环境温度5---45度。PT100在0度时
电阻为100Ω,随着温度的变化电阻成线性变化,大约就是每摄氏度0、
4Ω。为了把PT100随温度变化的电阻转换成电压,即输出12、5mA
恒电流源共给PT100传感器,在传感器回路中产生5Mv/摄氏度线性
输入电压。A/D传感器把这个电压转换成数字量,程序周期地读入这
些数字量,并将所读的数字量,利用下面的公式计算出温度值。
温度T[摄氏度]=(温度数字量-0摄氏度偏置量)/1摄氏度数字量。
其中:温度数字量=存储在NC---PLC接口IWxxx中的测量值;
0摄氏度偏置量=在0摄氏度测出的数字量(此次取4000);
1摄氏度数字量=温度每升高1摄氏度的数字量(此次取16)。
PLC定时采样温度值,利用上式计算出温度数字量并转换为带一:.
位小数点的十进制温度值,然后计算出温度补偿参数Ko(T),tanβ(T),
周期性送到NCK刷新温度补偿参数MD=TEMP_COMP_SLOP。
五、软件设计:
西门子温度补偿有三种类型供选择:
1、位置不相关型:△Kx(T)=Ko(T)
2、位置相关性:△Kx(T)=tanβ(T)*(Px-Po)
3、位置不相关与位置相关型:
△Kx(T)=Ko(T)+tanβ(T)*(Px-Po)
软件设计选择第二种类型,即杂一般温度补偿公式△
Kx(T)=Ko(T)+tanβ(T)*(Px-Po)中取Ko(T)=0(忽略参考点出温度影
响)。
PLC程序设计如下:
OB23//定时调用组织块:用PT100RTD测量温度并计算tanβ
值,传送到NC刷新机床参数NETWORK1
NETWORK1
L0
TMD196//清除MW196与MW198
LB#16#10
TMW250//在MW250中装入1摄氏度数字量=16
LB#16#4000
TMW252//0摄氏度偏置量=4000:.
…
NETWORK2
LIW500//轴采样温度值
TMW200//把采样温度数字量装入MW200
LIW200
LIW252
-I//减去0摄氏度偏置量
TMW198
LMW250
/I//除以1摄氏度数字量
TMW196
LB#16#10
*I//余数乘以10
LMW250
/I//10*余数/16=一位小数点的数
LMW196
TMW196//保存一位小数前的数,即温度小数点*10
L0
TMW198//删除MW198的值
LB#16#10
*I//温度整数值乘以10
:.
LMW160
LMW200
+I//温度整数值*10+温度小数值*10
LMW200
TDB103、DBD220//传送结果到DB103、DBD220
…
NETWORK3
AM78、4//满足启动条件
ANM78、1
ANM78、2
ANM78、3
SM78、1//设置传送启动
CALLFC3,DB105
IN0:=78、1//传送启动
IN1:=1//传诵数量
IN2:DB103、TEMP_COMP_SLOP//传送到NC参
数
…
OUT34:=M78、2//传送完成
OUT35:=M78、3//无故障
OUT36:=DB103、DBW119//传送状态
IO37:=DB103、DBD220//采样温度值:.
AM78、4
ANM78、1
ANM78、2
ANM78、3
RM48、4//复位启动条件
AM78、1
A(
OM78、2
OM78、3
)
RM78、1//复位启动信号
…
NETWORK6//程序结束
END
注:需激活功能选项参数19300=1H。
五、摩擦补偿(过象限补偿)
与圆加工质量相关的调整
各轴特性决定圆加工质量,因此调整前应对相关轴电流环、速度环、
位置环进行优化。
增益、加速度:用于调整圆度,参与圆插补的每个轴实际增益应该一致,
如果加工结果为椭圆,应该匹配
MD32200、MD32300。:.
反向间隙:用于调整象限角质量MD32450。
过象限补偿
用于调整轴过象限时摩擦对轴的影响MD
32500,MD32520,MD32540等。
前提:各轴已经优化,包括电流环,速度环,位置环。
步骤如下
1、在自动模式或者MDA模式下编写一个简单的圆程序,如:
G0X0Y0
G02I50J0TURN=20F2000
M30
2、最佳化操作[Optimiz/test]:
[Circular、test]、[Measurment]对测试圆进行相应地设置:如
3、NC循环启动,运行程序。:.
4、选择[Start]启动第一步编制的程序,得到如右图结果:
5、可以通过调整参数来调整圆过象限质量:MD32500=1
MD32520=调整值MD32540=调整值理想曲
线:
MD32520太小:.
MD32520太大
MD32540太小:.
MD32540太大