西门子系统常见误差补偿方法的分析与研究

2015-02-05中航工业沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司王洪义

电子世界 2015年13期

关键词：坐标轴螺距数控机床

中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司蔡丹金辉王洪义陈龙郭茜

西门子系统常见误差补偿方法的分析与研究

中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司蔡丹金辉王洪义陈龙郭茜

本篇论文主要从数控机床的机械系统误差补偿方面论述，简要介绍了数控机床常见的几种误差，着重阐述了应用西门子控制系统补偿反向间隙误差、螺距误差、跟随误差的原理与方式，叙述了上述3种误差补偿功能的步骤，提高数控机床的机械精度。

反向间隙；螺距；补偿

引言

数控机床是高精度、高效率、高自动化的加工机床,它的加工精度与效率主要取决于机床的控制系统和机床的机械系统。良好的机床机械系统(包括组成结构和零部件)能够充分发挥机床的使用效能,保证其高精度、高效率的加工。但机床在运行过程中,机械系统零件容易受到外力、温度、磨损、摩擦等不良因素的影响,不可避免地存在变形、损毁,造成机床机械精度下降,机床加工精度无法保证,出现加工误差,严重影响数控机床的加工精度与效率。为了保证机床的加工精度与质量,西门子数控系统提供了数控机床的常见误差补偿方法,减小因机械变形、温度、摩擦、磨损等不良因素对加工精度的影响,弥补因机床机械部件制造或装配工艺的问题引起的误差,提高了机床的加工精度。数控机床常出现的误差有反向间隙误差、螺距误差、跟随误差、温度误差、垂度误差等,下面主要介绍反向间隙误差、螺距误差、跟随误差补偿的分析与研究。

1 反向间隙误差补偿

反向间隙误差是机床坐标轴在运动方向改变时实际位置与显示位置产生的偏差,也就是说坐标轴运动方向改变时,伺服系统按指令运行了一定距离,而实际上机床的机械部件并未移动或移动很少,实际位置与显示位置就出现了偏差。为了消除或减小机床的反向间隙,首先机床在制造过程中采取了一系列措施(如伺服电机与滚珠丝杠直连,增加滚珠丝杠螺母等),其次利用西门子系统提供的反向间隙补偿功能,分别采用人为压表和激光干涉仪测量方式,将测量到的补偿值输入到机床参数MD32450中,补偿机床传动链,值得注意的是利用西门子系统提供的反向间隙补偿功能,机床必须重新返回参考点,间隙补偿值才能够生效。如何确定反向间隙补偿值,具体分析如下:

1.1 反向间隙误差补偿值为正

执行元件先于机械部件运动,伺服轴运动方向改变时,伺服系统驱动伺服电机运动,检测反馈元件向系统发出了移动脉冲,实际上,机床的机械部件并未移动或移动很少,检测的移动值在机械部件移动值前面出现,这样系统所检测到的值大于机械部件的实际移动值,在这种情况下,数控系统参数MD32450中必须输入正的补偿值。

1.2 反向间隙误差补偿值为负

机械部件先于执行元件运动,伺服轴运动方向改变时,伺服系统驱动伺服电机运动,机床的机械部件移动,检测反馈元件可能还没向系统发出了移动脉冲,这样系统所检测到的值小于机械部件的实际移动值,在这种情况下,数控系统参数MD32450中必须输入负的补偿值。

2 螺距误差补偿

螺距误差是机床坐标轴在运动时实际位置与显示位置产生的偏差,也就是说坐标轴运动时,伺服系统按指令运行了一定距离,而实际上机床的机械部件并未移动或移动很少,实际位置与显示位置就出现了偏差。螺距误差补偿方法如下:

西门子系统提供的螺距误差补偿功能是线性补偿方法,采用数据文件按轴进行螺距误差补偿,各坐标轴之间的补偿值互不影响。根据坐标轴的工作范围,确定螺距误差补偿的区间和间隔,计算实际误差补偿的点数,实际误差补偿的点数应小于机床系统参数MD38000中设置螺距误差补偿的最大点数,如下图所示,具体步骤如下:

1)确定螺距误差补偿轴的补偿间隔和范围;

2)确定螺距误差补偿轴的补偿点数;

3)连接外部PC机与机床数控系统,启动PC机中文件接收数据,在数控系统中输出误差补偿文件;

4)按照预定的补偿间隔、范围、补偿点数移动坐标轴;

5)应用激光干涉仪测量每一点的误差,在PC机中将误差值编辑在刚刚传出的补偿文件中,并保存;

6)设定机床轴参数MD32700为0,将编辑好的补偿文件传回控制系统;

7)设定机床轴参数MD32700为1,系统NCKRESET,机床返回参考点,补偿生效。

3 跟随误差补偿

跟随误差是系统输出的位置设定值与位置测量系统检测的位置实际值之间的误差。跟随误差主要与速度变化有关,系统为了减小机床的跟随误差,设置了前馈控制功能,具体采用速度前馈控制或转矩前馈控制使系统的跟随误差几乎减小到零。系统的前馈控制功能,既可以采用机床数据参数使前馈控制激活或关闭,也可以采用零件程序激活或关闭,具体设置如下:

1)机床参数MD32620设置前馈控制方式:设置为0,表明不使用前馈控制;设置为1,表明使用速度前馈控制;设置为2,表明使用速度与转矩两种前馈控制方式。

2)零件程序激活/关闭前馈控制功能时,必须把机床数据MD32630设置为1,零件程序中FFWON为开启前馈控制指令,FFWOF为关闭前馈控制指令。

速度前馈控制的具体步骤如下:

1)优化机床坐标轴的电流环、速度环、位置环;

2)调整、设置机床参数MD32810(速度等效时间常数)和MD32610(速度前馈控制因子)中数据,保证坐标轴响应达到理想状态;

3)设置机床参数MD32300和MD32000中数据,保证参数MD32300中设置较小的加速度,参数MD32000中设置较大的进给速度;

4)对于有特殊精度要求的零件,为了达到其轮廓精度,可在零件程序中激活或关闭前馈补偿功能,例如:

N30 FFWON;激活速度前馈控制

N40 G01 X…Z…F900

N80 FFWOF;关闭速度前馈控制

5)移动坐标轴,在“诊断”操作区域的轴服务项目中观察实际“控制误差”的变化是否为0,判断速度前馈控制的调整是否达到最佳状态。

转矩前馈控制的具体步骤如下: