840D系統(tǒng)補(bǔ)償功能匯總

1、840D 系統(tǒng)補(bǔ)償功能匯總數(shù)控機(jī)床的的幾何精度，定位精度一方面受到機(jī)械加工母機(jī)的精度限制， 另一方面更受到機(jī)床的材料和機(jī)械安裝工藝的限制，往往不能夠達(dá)到設(shè)計(jì)精度要求。而要在以上諸多方面來提高數(shù)控機(jī)床的幾何精度， 定位精度需要投入大量的人力物力。在機(jī)械很難提高精度的情況下，通過數(shù)控電氣補(bǔ)償能夠使數(shù)控機(jī)床達(dá)到設(shè)計(jì)精度。一、 反向間隙補(bǔ)償機(jī)床反向間隙誤差是指由于機(jī)床傳動(dòng)鏈中機(jī)械間隙的存在，機(jī)床執(zhí)行件在運(yùn)動(dòng)過程中，從正向運(yùn)動(dòng)變?yōu)榉聪蜻\(yùn)動(dòng)時(shí)，執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)量與目標(biāo)值存在的誤差，最后反映為疊加至工件上的加工精度。機(jī)床反向間隙是機(jī)床傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)單元的間隙綜合，如電機(jī)與聯(lián)軸器的間隙，齒輪箱中齒輪間隙，齒輪與齒

2、條間隙，滾珠絲杠螺母副與機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件貼合面的間隙等等。反向間隙直接影響到數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度。在半閉環(huán)下， 由伺服電機(jī)編碼器作為位置環(huán)反饋信號(hào)。機(jī)械間隙無法由編碼器檢測到，在機(jī)械調(diào)整到最佳狀態(tài)下需要進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償。在全閉環(huán)下， 直線軸一般采用光柵尺作為位置環(huán)反饋信號(hào)，旋轉(zhuǎn)軸一般采用外接編碼器或圓光柵作為位置環(huán)反饋信號(hào)。由于是直接檢測運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位移，理論上講全閉環(huán)下無反向間隙。但是由于光柵尺或圓光柵本身精度的限制和安裝工藝的限制等等，使得全閉環(huán)下也具有“反向間隙”，這在激光干涉儀下能很明顯看出來，一般在0.01mm左右。西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)反向間隙補(bǔ)償?shù)姆椒ㄈ缦拢簻y得反向

3、間隙值后在軸機(jī)床數(shù)據(jù)輸入反向差值，單位為mm。MD32450 BACKLASH 0MD32450 BACKLASH 1其中 0為半閉環(huán)，1為全閉環(huán)。輸入后按下Reset 鍵，回參考點(diǎn)后補(bǔ)償生效?？梢栽?診斷一服務(wù)顯示一軸調(diào)整一絕對(duì)補(bǔ)償值測量系統(tǒng)中看到補(bǔ)償效果。反向間隙補(bǔ)償能夠在較大程度上提高數(shù)控機(jī)床的定位精度、重復(fù)定位精度，但是它的值是固定的，不能適用于機(jī)床的整個(gè)行程，這就需要另一種電氣補(bǔ)償手段，螺距誤差補(bǔ)償。兩者結(jié)合能使數(shù)控機(jī)床達(dá)到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。二、螺距誤差補(bǔ)償重型數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般為滾珠絲杠傳動(dòng)或齒輪齒條傳動(dòng)。 受到制造精度的影響絲杠上的螺距和齒條齒輪的齒距都有微小的

4、誤差， 對(duì)于半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床，這將直接影響其定位精度與重復(fù)定位精度。而對(duì)于全閉環(huán)，由于受到光柵尺自身的精度，光柵尺安裝的直線度、撓度的影響也會(huì)產(chǎn)生“螺距誤差”。西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)螺距誤差補(bǔ)償原理如下圖所示：$AA_ENC_COMP_STEP$AA_ENC_COMP_MIN$AA_ENC_COMP_MAXMD: MMENCCOMPMAX補(bǔ)償間隔為100mm補(bǔ)償起點(diǎn)為100mm補(bǔ)償終點(diǎn)為1200mmPOINTS補(bǔ)償點(diǎn)總數(shù)為12下面以齊二機(jī)床廠TK6926型控落地鏈的主軸箱 Y軸(第2軸) 為例來說明西門子840D數(shù)控系統(tǒng)螺距誤差補(bǔ)償?shù)牟僮鞑襟E：主軸箱Y軸為全閉環(huán)，行程5500mm,我們?cè)O(shè)置補(bǔ)

5、償間隔500mm, 起始點(diǎn)為-5500mm,終點(diǎn)為0mm。(1)設(shè)定軸螺距補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)修改軸參數(shù) 38000MM_ENC_COMP_MAX_POINTS 1=20注意：修改此參數(shù)會(huì)引使系統(tǒng)在下次上電時(shí)重新分配 NCK內(nèi)存，導(dǎo) 致數(shù)據(jù)丟失，因此在NCKReset前，應(yīng)先做好NC數(shù)據(jù)備份(包括 補(bǔ)償數(shù)據(jù))。(2)生成并修改補(bǔ)償表將N嗷據(jù)回傳后，系統(tǒng)自動(dòng)生成螺距誤差補(bǔ)償文件。在 服務(wù)一數(shù)據(jù)管理 一 NC-生效-數(shù)據(jù)一測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償 一測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償-軸2。將此文件復(fù)制到NC數(shù)據(jù)保存XX.MDNC件夾中，文件名變?yōu)锳X2_EEC.INI。 按下 input 鍵打開該文件夾，將激光干涉儀測量的誤差值寫入

6、文件中，并保存。如下表所示：CHANDATA(1)$AA_ENC_COMP1,0,AX2=-0.179$AA_ENC_COMP1,1,AX2=-0.146$AA_ENC_COMP1,2,AX2=-0.128$AA_ENC_COMP1,3,AX2=-0.111$AA_ENC_COMP1,4,AX2=-0.099$AA_ENC_COMP1,5,AX2=-0.082$AA_ENC_COMP1,6,AX2=-0.065$AA_ENC_COMP1,7,AX2=-0.05$AA_ENC_COMP1,8,AX2=-0.039$AA_ENC_COMP1,9,AX2=-0.023$AA_ENC_COMP1,10

7、,AX2=-0.014$AA_ENC_COMP1,11,AX2=0$AA_ENC_COMP1,12,AX2=0$AA_ENC_COMP1,13,AX2=0$AA_ENC_COMP1,14,AX2=0 $AA_ENC_COMP1,15,AX2=0$AA_ENC_COMP1,16,AX2=0 $AA_ENC_COMP1,17,AX2=0$AA_ENC_COMP1,18,AX2=0$AA_ENC_COMP1,19,AX2=0 $AA_ENC_COMP_STEP1,AX2=500 $AA_ENC_COMP_MIN1,AX2=-5500 $AA_ENC_COMP_MAX1,AX2=0 $AA_ENC_C

8、OMP_IS_MODULO1,AX2=0 M17（3）導(dǎo)入補(bǔ)償數(shù)據(jù)INI文件至系統(tǒng)先設(shè)定參數(shù)32700 ENC_COMP_ENABLE 1 =0（關(guān)閉螺距誤差補(bǔ)償使能，否側(cè)數(shù)據(jù)被保護(hù)無法裝載）。然后將AX2_EEC.IN文件裝載至NC1統(tǒng)。（ 4） 補(bǔ)償數(shù)據(jù)生效設(shè)定32700 ENC_COMP_ENABLE 1 =1, NCK Reset,軸返回參考 點(diǎn)后，新的螺距補(bǔ)償值生效。 可以在 診斷一服務(wù)顯示 一軸調(diào)整 一絕對(duì)補(bǔ)償值測量系統(tǒng)2中看到補(bǔ)償效果。數(shù)控機(jī)床螺距誤差補(bǔ)償時(shí)需要注意問題： 在全閉環(huán)下，進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償前，應(yīng)將光柵尺鋼帶校準(zhǔn)，光柵尺盒校直，一般全長在0.1mm以內(nèi)。如果光柵尺盒未校

9、準(zhǔn)，激光 干涉儀檢測的曲線往往是交叉或平行漂移的。要充分考慮環(huán)境對(duì)機(jī)床和檢測儀器的影響，如溫度，風(fēng)速等。大型數(shù)控機(jī)床往往由于環(huán)境的變化精度也隨之變化。三、垂度補(bǔ)償（交叉補(bǔ)償）在大型數(shù)控機(jī)床，由于機(jī)床自身的結(jié)構(gòu)及其剛性，在重力等自然 因素下，機(jī)床懸垂軸的平行度，垂直度往往不能達(dá)到機(jī)床的設(shè)計(jì)精度。 如數(shù)控落地鍵床主軸箱滑枕、鏈桿與主軸箱垂直移動(dòng)的垂直度，大型 數(shù)控龍門銃床的溜板移動(dòng)對(duì)工作臺(tái)面的平行度，大跨度立車垂直刀架 移動(dòng)對(duì)工作臺(tái)面的平行度。以上誤差雖然在機(jī)械制造工藝上能夠改善 但是一般也都很難達(dá)到理想狀態(tài)，尤其是對(duì)高精度的數(shù)控機(jī)床。垂度 補(bǔ)償能夠使此種誤差得以修正，并達(dá)到機(jī)床的設(shè)計(jì)精度 。西門

10、子840D數(shù)控系統(tǒng)垂度補(bǔ)償原理與螺距誤差補(bǔ)償相似，具補(bǔ) 償原理和系統(tǒng)變量、設(shè)定數(shù)據(jù)和機(jī)床參數(shù)如下圖所示：W比SAN CEC !W>UTSMOf5AN CECp, 1MH CEC cutput AXEfq2 C£C WLFBY T燦1kq國HWEK3H1T生亡.TML£ EhMLEC® MAX SUMVELDCEC ENABLE系統(tǒng)變形量意義如下： $AN_CEC<t>,<N> （ 補(bǔ)償點(diǎn)為<N> 補(bǔ)償表號(hào)為<t>） $AN_CEC_INPUT_AXIS<t> （ 基準(zhǔn)軸 ） $AN_CEC_OUTP

11、UT_AXIS<t> （ 補(bǔ)償軸 ） $AN_CEC_STEP<t> （兩插補(bǔ)點(diǎn)之間的距離） $AN_CEC_MIN<t> （ 起點(diǎn)位置） $AN_CEC_MAX<t> （ 終點(diǎn)位置） $AN_CEC_DIRECTION<t> （ 補(bǔ)償方向） 其中：$AN_CEC_DIRECTIONt=0 ：補(bǔ)償值在基準(zhǔn)軸的兩個(gè)方向有效。$AN_CEC_DIRECTIONt=1 ：補(bǔ)償值只在基準(zhǔn)軸的正方向有效。$AN_CEC_DIRECTIONt=-1 ：補(bǔ)償值只在基準(zhǔn)軸的負(fù)方向有效。 $AN_CEC_IS_MODULOt ：基準(zhǔn)軸的補(bǔ)償帶模功能。

12、$AN_CEC_MULT_BY_TABLEt ：基準(zhǔn)軸的補(bǔ)償表的相乘表。設(shè)定數(shù)據(jù)意義如下：SD41300$SN_CEC_TABLE_ENABLE<t> 垂度補(bǔ)償賦值表有效。SD41310$SN_CEC_TABLE_WEIGHT<t> 垂度補(bǔ)償賦值表加權(quán)因子。機(jī)床參數(shù)意義如下：MD18342 $MN_MM_CEC_MAX_POINTS補(bǔ)償表的最大補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)。MD32710 $MA_CEC_ENA BLE 活補(bǔ)償表。MD32720 $MA_CEC_MAX二SUM補(bǔ)償補(bǔ)償值總和的極限值。7下面以齊二機(jī)床廠TK6920 型控落地鏜的鏜桿Z 軸 （第 3 軸） 和主軸箱 Y 軸 （

13、第 2 軸） 為例來說明西門子840D 數(shù)控系統(tǒng)垂度誤差補(bǔ)償?shù)牟僮鞑襟E：其中Z軸為基準(zhǔn)軸，Y軸為補(bǔ)償軸。Z軸行程1200mm我們?cè)O(shè)置補(bǔ)償 間隔為30mm,補(bǔ)償起點(diǎn)為-1200mm,終點(diǎn)為0mm,需要設(shè)置總補(bǔ)償 點(diǎn)數(shù)為 41 個(gè)點(diǎn)。1） 設(shè)定垂度補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償點(diǎn)數(shù)修改機(jī)床參數(shù)MD18342 $MN_MM_CEC_MAX_PO0IN=T4S1注意： 修改此參數(shù)會(huì)引使系統(tǒng)在下次上電時(shí)重新分配NCK 內(nèi)存， 導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，因此在NCKReset 前，應(yīng)先做好NC 數(shù)據(jù)備份（包括補(bǔ)償數(shù)據(jù)）。2） 2） 生成并修改補(bǔ)償表將N嗷據(jù)回傳后，系統(tǒng)自動(dòng)生成垂度誤差補(bǔ)償文件。 在 服務(wù)一 數(shù)據(jù)管理 一 NC-生效-數(shù)據(jù)

14、一垂度/斜度的補(bǔ)償。將此文件復(fù)制到 NO據(jù)保存XX.MDNC件夾中，文件名變?yōu)镹C_CEC.INI按下input 鍵打開該文件夾，將所測得的誤差值寫入文件中，并保存。如下表所示：CHANDATA（1）$AN_CEC0,0=-0.18$AN_CEC0,1=-0.17$AN_CEC0,3=-0.16$AN_CEC0,4=-0.15$AN_CEC0,5=-0.145$AN_CEC0,6=-0.14$AN_CEC0,7=-0.135$AN_CEC0,8=-0.13$AN_CEC0,9=-0.129$AN_CEC0,10=-0.126$AN_CEC0,11=-0.125$AN_CEC0,12=-0.12

15、$AN_CEC0,13=-0.115$AN_CEC0,14=-0.11$AN_CEC0,15=-0.1$AN_CEC0,16=-0.09$AN_CEC0,17=-0.08$AN_CEC0,18=-0.075$AN_CEC0,19=-0.04$AN_CEC0,20=-0.03$AN_CEC0,21=-0.025$AN_CEC0,22=-0.02$AN_CEC0,23=-0.01 $AN_CEC0,24=0$AN_CEC0,25=0$AN_CEC0,26=0$AN_CEC0,27=0$AN_CEC0,28=0$AN_CEC0,29=0$AN_CEC0,30=0$AN_CEC0,31=0$AN_CE

16、C0,32=0$AN_CEC0,33=0$AN_CEC0,34=0$AN_CEC0,35=0$AN_CEC0,36=0$AN_CEC0,37=0$AN_CEC0,38=0$AN_CEC0,39=0$AN_CEC_INPUT_AXIS0=(AX3)$AN_CEC_OUTPUT_AXIS0=(AX2)$AN_CEC_STEP0=30$AN_CEC_MIN0=-1200$AN_CEC_MAX0=0$AN_CEC_DIRECTION0=0$AN_CEC_MULT_BY_TABLE0=0$AN_CEC_IS_MODULO0=0M17(3)導(dǎo)入補(bǔ)償數(shù)據(jù)INI文件至系統(tǒng)先設(shè)定 有由與Ytt的軸參數(shù)MD327

17、10 $MA_CEC_ENA=0E (關(guān)閉垂 度補(bǔ)償使能，否側(cè)數(shù)據(jù)被保護(hù)無法裝載)。然后將NC_CEC.IN及件裝 載至NC1統(tǒng)。( 4) 補(bǔ)償數(shù)據(jù)生效設(shè)定Z軸與Y軸的軸參數(shù) MD32710$MA_CEC_ENAEBLE,再設(shè)定數(shù)據(jù) SD41300$SN_CEC_TABLE_ENABLE0=1 垂度補(bǔ)償賦值表有效。 NCK Reset ， Z 軸與 Y 軸返回參考點(diǎn)后，垂度補(bǔ)償生效?？梢栽谠\斷一服務(wù)顯示一軸調(diào)整一絕對(duì)補(bǔ)償值測量系統(tǒng) 2中看到補(bǔ)償效果。注： 如果輸入軸和輸出軸定義為同一軸且方向相反，這樣可以實(shí)現(xiàn)螺距誤差雙向補(bǔ)償。同時(shí)激活垂度補(bǔ)償功能參數(shù)19300=4H 。四、 840D 系統(tǒng)溫度

18、補(bǔ)償一、影響：金屬材料具有“熱脹冷縮“的性質(zhì)，該特性在物理學(xué)上通常用熱膨脹系數(shù)(Thermal expansion coefficient , a therm ) 描述。數(shù)控機(jī)床的床身、立柱、拖板等導(dǎo)軌基礎(chǔ)件和滾珠絲杠等傳動(dòng)部件都是由金屬材料制成，由于機(jī)床驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)熱、運(yùn)動(dòng)部件摩擦發(fā)熱以及環(huán)境溫度等的變化，均會(huì)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸位置產(chǎn)生附加誤差，這將直接影響機(jī)床的定位精度，從而影響工件的加工精度。對(duì)于在普通車間環(huán)境條件下使用的數(shù)控機(jī)床尤其是行程比較長的落地式鏜床，熱膨脹系數(shù)的影響更不容忽視。以行程 5M 的 X 軸來說， 金屬材料的熱膨脹系數(shù)為10Ppm (10區(qū)m/每1m每1度)，理論上溫度每上

19、升1度，5m的行程的X軸就”脹長“50 wm。日溫差和冬夏季節(jié)溫差的影響便可想而知。 因此高精度機(jī)床要求在規(guī)定的恒溫條件下制造或使用，普通條件下使用的數(shù)控機(jī)床為保證較高定位精度和加工精度，須使用” 溫度補(bǔ)償“等選件功能消除福建誤差。二、補(bǔ)償原理：機(jī)床坐標(biāo)軸的定位誤差隨溫度變化會(huì)附加一定偏差，對(duì)每一給定溫度可測出相應(yīng)的定位誤差曲線。數(shù)字表達(dá)式為： Kx (T) =Ko (T) +tan B (T) * (Px-Po)其中： Kx (T)為軸Px位置的定位誤差溫度偏差補(bǔ)償值；Ko (T)是與軸位置不相關(guān)的溫度偏差(補(bǔ)償)值；Px 為軸的實(shí)際位置Po 為軸的參考點(diǎn)位置；tan B (T)為與軸位置相

20、關(guān)的溫度補(bǔ)償系數(shù)(定位誤差曲線的梯度)。840D 系統(tǒng)溫度補(bǔ)償功能的工作過程：將測量得到的溫度偏差(補(bǔ)償) 值送至 NC 插補(bǔ)單元參與插補(bǔ)運(yùn)算修正軸的運(yùn)動(dòng)。若溫度補(bǔ)償值 Kx (T)為正值就控制軸負(fù)向移動(dòng)，否則就正向移動(dòng)。由于溫度影響的滯后性，PLC程序采取定時(shí)間隔采樣溫度（T）的方法，周期性 的修改NC中相關(guān)補(bǔ)償參數(shù)，并利用上面公式計(jì)算溫度偏差 Kx（T）, 從而補(bǔ)償?shù)魷囟茸兓a(chǎn)生的位置偏差。三、硬件設(shè)計(jì)：采用PT100 型熱敏電阻，安裝在機(jī)床靠近絲杠桿處，采樣溫度更接近印發(fā)熱膨脹的“機(jī)溫”。 A86 為 S7-300 型 PLC 兩通道 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器， 起作用是將電阻溫度傳感器

21、采樣的模擬量溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送到 840D 的 NC-PLC 接口， 以便 PLC 程序做運(yùn)算處理。四、 PT100 型電阻溫度傳感器PT100 是鉑電阻溫度傳感器，使用于測量-60 度 +400 度之間的溫度，完全適用于機(jī)床的使用環(huán)境溫度5-45 度。 PT100 在 0 度時(shí)電阻為100 Q,隨著溫度的變化電阻成線性變化，大約是每攝氏度0.4Q。為了把PT100隨溫度變化的電阻轉(zhuǎn)換成電壓，即輸出12.5mA 恒電流源共給PT100傳感器，在傳感器回路中產(chǎn)生5Mv/攝氏度線性 輸入電壓。A/D 傳感器把這個(gè)電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，程序周期地讀入這些數(shù)字量，并將所讀的數(shù)字量，利用下面的公式計(jì)算

22、出溫度值。溫度T攝氏度尸（溫度數(shù)字量-0攝氏度偏置量）/1攝氏度數(shù)字量。其中：溫度數(shù)字量=存儲(chǔ)在NC-PLC 接口 IWxxx 中的測量值；0 攝氏度偏置量=在 0 攝氏度測出的數(shù)字量（此次取4000）；1 攝氏度數(shù)字量=溫度每升高1 攝氏度的數(shù)字量（此次取16）。PLC 定時(shí)采樣溫度值，利用上式計(jì)算出溫度數(shù)字量并轉(zhuǎn)換為帶一位小數(shù)點(diǎn)的十進(jìn)制溫度值，然后計(jì)算出溫度補(bǔ)償參數(shù)Ko( T) ， tan(3( T ),周期性送到NCK刷新溫度補(bǔ)償參數(shù)MD=TEMP_COMP_SLOP 。五、軟件設(shè)計(jì)：西門子溫度補(bǔ)償有三種類型供選擇：1、 位置不相關(guān)型： Kx (T) =Ko (T)2、位置相關(guān)性： Kx

23、 (T) = tan B (T) * (Px-Po)3、 位置不相關(guān)和位置相關(guān)型： Kx (T) =Ko (T) +tan B (T) * (Px-Po)軟件設(shè)計(jì)選擇第二種類型，即雜一般溫度補(bǔ)償公式4Kx(T) =Ko (T) +tan B (T) * (Px-Po)中取 Ko (T) =0 (忽略參考點(diǎn)出溫度影響)。PLC 程序設(shè)計(jì)如下：OB23 /定時(shí)調(diào)用組織塊：用PT100RTD 測量溫度并計(jì)算tanB值，傳送到NC刷新機(jī)床參數(shù)NETWORK 1NETWORK 1L 0T MD196/清除 MW196 和 MW198L B#16#10T MW250/在 MW250 中裝入 1 攝氏度數(shù)字

24、量=16L B#16#4000T MW252/0 攝氏度偏置量=4000NETWORK 2L IW500/軸采樣溫度值T MW200/把采樣溫度數(shù)字量裝入MW200L IW200L IW252/減去0 攝氏度偏置量/除以1 攝氏度數(shù)字量-IT MW198L MW250/IT MW196L B#16#10*I/余數(shù)乘以10L MW250/I/10*余數(shù) /16=一位小數(shù)點(diǎn)的數(shù)L MW196T MW196/保存一位小數(shù)前的數(shù)，即溫度小數(shù)點(diǎn)*10L 0T MW198/刪除MW198 的值L B#16#10*I/溫度整數(shù)值乘以10L MW160L MW200+I/溫度整數(shù)值*10+溫度小數(shù)值*10L MW200T DB103.DBD220/傳送結(jié)果到DB103.DBD220NETWORK 3A M78.4AN M78.1AN M78.2AN M78.3S M78.1CA