840D系统补偿功能汇总

1 840D 系统补偿功能汇总系统补偿功能汇总 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和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 一 反向间隙补偿反向间隙补偿 机床反向间隙误差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和重复定位精度 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 但是由于 光栅尺或圆光栅本身精度的限制和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看出来 一般 2 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 MD32450 BACKLASH 0 MD32450 BACKLASH 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 中看到补偿效果 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 但是它的值是固定的 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和重复定位精度 二 螺距误差补偿二 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和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 3 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 NCK Reset 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 4 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 5 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32700 ENC COMP ENABLE 1 0 0 关闭螺距误 差补偿使能 否侧数据被保护无法装载 然后将然后将AX2 EEC INI文件 装载至NC系统 4 补偿数据生效 设定32700 ENC COMP ENABLE 1 1 1 NCK Reset 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 中看到补偿效果 数控机床螺距误差补偿时需要注意问题 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 一般全长在0 1mm以内 如果光栅尺盒未校准 激光 干涉仪检测的曲线往往是交叉或平行漂移的 6 要充分考虑环境对机床和检测仪器的影响 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 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 艺上能够改善但是一般也都很难达到理想状态 尤其是对高精度的 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 偿原理和系统变量 设定数据和机床参数如下图所示 7 系统变形量意义如下 AN CEC 补偿点为 补偿表号为 AN CEC INPUT AXIS 基准轴 AN CEC OUTPUT AXIS 补偿轴 AN CEC STEP 两插补点之间的距离 AN CEC MIN 起点位置 AN CEC MAX 终点位置 AN CEC DIRECTION 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 8 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 垂度补偿赋值表有效 SD41310 SN CEC TABLE WEIGHT 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 补偿表的最大补偿点数 MD32710 MA CEC ENABLE 激活补偿表 MD32720 MA CEC MAX SUM 垂度补偿补偿值总和的极限值 下面以齐二机床厂 TK6920 型控落地镗的镗杆 Z 轴 第 3 轴 和主轴箱 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 9 导致数据丢失 因此在 NCK Reset 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 10 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 11 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 0 关闭垂 度补偿使能 否侧数据被保护无法装载 然后将然后将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 12 有效 NCK Reset 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 看到补偿效果 注 如果输入轴和输出轴定义为同一轴且方向相反 这样可以注 如果输入轴和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 四 840D 系统温度补偿系统温度补偿 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 Thermal expansion coefficient therm 描述 数 控机床的床身 立柱 拖板等导轨基础件和滚珠丝杠等传动部件都 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 10 m 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 50 m 日温差和冬夏季节 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和加 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 13 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 tan 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 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 tan 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 14 处理 四 PT100 型电阻温度传感器 PT100 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 100 随着温度的变化电阻成线性变化 大约是每摄氏 度 0 4 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 tan T 周期性送到 NCK 刷新温度补偿参数 MD TEMP COMP SLOP 五 软件设计 15 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 tan T Px Po 3 位置不相关和位置相关型 Kx T Ko T tan 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 tan 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 tan 值 传送到 NC 刷新机床参数 NETWORK 1 NETWORK 1 L 0 T MD196 清除 MW196 和 MW198 L B 16 10 T MW250 在 MW250 中装入 1 摄氏度数字量 16 L B 16 4000 T MW252 0 摄氏度偏置量 4000 NETWORK 2 L IW500 轴采样温度值 16 T MW200 把采样温度数字量装入 MW200 L IW200 L IW252 I 减去 0 摄氏度偏置量 T MW198 L MW250 I 除以 1 摄氏度数字量 T MW196 L B 16 10 I 余数乘以 10 L MW250 I 10 余数 16 一位小数点的数 L MW196 T MW196 保存一位小数前的数 即温度小数点 10 L 0 T MW198 删除 MW198 的值 L B 16 10 I 温度整数值乘以 10 L MW160 L MW200 I 温度整数值 10 温度小数值 10 17 L MW200 T DB103 DBD220 传送结果到 DB103 DBD220 NETWORK 3 A M78 4 满足启动条件 AN M78 1 AN M78 2 AN M78 3 S M78 1 设置传送启动 CALLFC3 DB105 IN0 78