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西門子828D系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床圓度誤差的分析及參數(shù)調(diào)整

2018-3-21 來(lái)源：四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電土程系作者：袁洞明

摘要:配備西門子數(shù)控系統(tǒng)的加上中心使用中經(jīng)常出現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)圓弧時(shí)圓度超差現(xiàn)象。為避免此問(wèn)題的反復(fù)出運(yùn)用球桿儀對(duì)機(jī)床的圓度誤差進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)此過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題、表現(xiàn)形式、問(wèn)題原因、需要采取的措施進(jìn)行說(shuō)以提高圓度誤差，達(dá)到更好的加上效果。

關(guān)鍵詞：西門子數(shù)控系統(tǒng);加上中心機(jī)床;圓度誤差調(diào)整;參數(shù)調(diào)整

在加工中心使用中經(jīng)常出現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)圓弧時(shí)圓度超差。為避免此種問(wèn)題的反復(fù)出現(xiàn)，對(duì)在運(yùn)用球桿儀對(duì)機(jī)床的圓度誤差進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，以及出現(xiàn)的原因、表現(xiàn)形式、需要采取的相應(yīng)措施進(jìn)行簡(jiǎn)要的說(shuō)明。

1、設(shè)備的機(jī)械傳動(dòng)及幾何精度檢查

(1)這里以X, Y軸平面上的圓弧加工為例，首先用大理石0級(jí)精度平尺檢查X, Y軸直線度，通常控制在0. 02 mm / 1 000 mm、任意0. 006 mm /300 mm 。

(2)檢查傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及導(dǎo)軌，用百分表檢查X, Y軸是否有爬行，用手持單元操作，進(jìn)給倍率打到0. O1 mm擋位上，每0. O1 mm一格格進(jìn)給，看是否有跳表及擺表現(xiàn)象。如果有跳表現(xiàn)象說(shuō)明運(yùn)行不平穩(wěn)，需要檢測(cè):導(dǎo)軌是否有研傷，壓板是否過(guò)緊，絲杠導(dǎo)軌是否缺油;滾珠絲杠軸承是否損壞，滾珠絲杠滾珠循環(huán)軌道是否損傷，絲杠安裝是否與導(dǎo)軌平行，絲杠軸承與絲母座是否同心;聯(lián)軸器是否剛性不夠。

(3)檢查主軸跳動(dòng)，用主軸檢驗(yàn)棒檢查主軸徑向跳動(dòng)及軸向竄動(dòng)，徑向跳動(dòng)在主軸外端300 mm位置不超過(guò)0. 015 mm。

(4)檢查X, Y軸垂直度。用500 mm x 500 mm規(guī)格的0級(jí)力一尺，把磁力表座吸在主軸上，力一尺放在工作臺(tái)上，力一尺兩個(gè)直角邊順在X, Y平面內(nèi)，先移動(dòng)X軸找平力一尺一個(gè)邊，移動(dòng)Y軸檢測(cè)垂直度，垂直度通常控制在0. 02 mm /500 mm 。

2、SIEMENS 828D數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)配置

(1)首先檢查下列機(jī)床參數(shù):

MD33000 FIPO_ TYPE 3(各軸X1,X2,Y,Z)

MD1004 CTRL_CONFIC 1000(各軸X1,X2,Y,Z)

MD1001 SPEEDCTRL_ CYCLE_ TIME 4(各軸Xl,X2,Y,Z)

MD32640 STIFFNESS_ CONTROL_ ENABLE 0(各軸X1,X2,Y,Z)

MD32200 POSCTRL_ CAIN(各軸必須一致X1,X2,Y,Z)

MD32300 MAX_ AX_ ACCEL(各軸必須一致X1,X2,Y,Z)

MD18210 MM USER MEM DYNAMIC 10000

MD29000 LOOKAH NUM CHECKED BLOCKS 70

MD28060 MM IPO BUFFER SIZE 70

MD18360 MM EXT PROC BUFFER SIZE 50

MD28070 MM NUM BLOCKS IN PREP 50

MD20490 IGNORE OVL FACTOR FOR ADIS 1

MD20170 COMPRESS BLOCK PATH LIMIT 10.0

MD20602 CURV EFFECT ON PATH ACCEL 0

MD20603 CURV_ EFFECT_ ON_ PATH_ JERK 0

MD28530 MM PATH VELO SEGMENTS 5

MD28520 MM MAX AXISPOLY PER BLOCK 3

MD28540 MM ARCLENCTH SEGMENTS 10

MD42470 GRIT SPLINE ANGLE 36. 0

MD42502 IS SD MAX PATH ACCEL 0

MD42512 IS_SD_ MAX_PATH_ JERK 0

MD10050 SYSCLOCK CYCLE TIME 0. 002000

MD 10070 IPO SYSCLOCK TIME RATIO 2

以上參數(shù)有的可能看不到，看不到可不必更改;有的參數(shù)可能更改不到上面的那么大，如有這樣的，更改到最大允許設(shè)定值即可。如出現(xiàn)內(nèi)存重新分配的報(bào)警，需要備份NC加螺補(bǔ)數(shù)據(jù)后，重新回裝。

(2)檢測(cè)X軸、Y軸反向誤差，誤差值補(bǔ)償?shù)?2450 ( BACKLASH)中。重新啟動(dòng)機(jī)床，回參考點(diǎn)后運(yùn)行銑圓程序，D = 300 mm通常圓度能達(dá)到0. 02mm以內(nèi)。如果加工的圓還是誤差過(guò)大，就需要借助一些先進(jìn)的檢測(cè)分析儀器來(lái)分析插補(bǔ)軌跡，找到造成插補(bǔ)精度差的原因。英國(guó)雷尼紹球桿儀系統(tǒng)在機(jī)床行業(yè)運(yùn)用比較廣泛，球桿儀能快速(10 } 15 min) ,方便、經(jīng)濟(jì)地評(píng)價(jià)和診斷CNC機(jī)床動(dòng)態(tài)精度，

適用于各種立、臥式加工中心和數(shù)控車床等機(jī)床，具有操作簡(jiǎn)單、攜帶力一便的特點(diǎn)。其工作原理是將球桿儀的兩端分別安裝在機(jī)床的主軸與工作臺(tái)上(或者安裝在車床的主軸與刀塔上)，測(cè)量?jī)奢S插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)形成的圓形軌跡，并將這一軌跡與標(biāo)準(zhǔn)圓形軌跡進(jìn)行比較，從而評(píng)價(jià)機(jī)床產(chǎn)生誤差的種類和幅值。

3、反向躍沖

圖1中就是一臺(tái)臥式加工中心用Renishaw Ball-bars的測(cè)試診斷界面。能夠看出0. 559 mm的圓度誤差Y軸的反向躍沖占了30%,X軸反向躍沖占了20 %，所以先要減小反向躍沖。反向躍沖就是圖1右邊的軌跡圖上反映在小標(biāo)軸上的尖點(diǎn)，當(dāng)X或Y軸向某一力一向驅(qū)動(dòng)，然后必須向相反力一向反向移動(dòng)，在過(guò)象限換向處不是平穩(wěn)反向運(yùn)動(dòng)而可能有短時(shí)的孰性停頓。圖中所示為在X軸有暫停，每格為0. O1 mmoX軸的反向躍沖就在X軸線上，Y軸反向躍沖就在Y軸線上。X軸的力一向躍沖尖點(diǎn)指向遠(yuǎn)離圓心力一向?yàn)檎?而Y軸的尖點(diǎn)指向圓心力一向?yàn)樨?fù)，所以先減小反向躍沖。導(dǎo)致該問(wèn)題的可能原因如下:該軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)施加的扭矩不夠，造成在換向處由于摩擦力的力一向發(fā)生改變而出現(xiàn)孰性停頓。機(jī)器在進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償時(shí)伺服響應(yīng)時(shí)間不準(zhǔn)確，這意味著機(jī)器不能準(zhǔn)時(shí)地對(duì)反向間隙施加補(bǔ)償，導(dǎo)致軸出現(xiàn)停頓，而由反向間隙帶來(lái)的停滯被取而代之。伺服響應(yīng)在伺服換向點(diǎn)很差，導(dǎo)致在軸停止一個(gè)力一向運(yùn)動(dòng)開(kāi)始另一力一向運(yùn)動(dòng)之間出現(xiàn)短的時(shí)延。

圖1一臺(tái)臥式加上中心用Renishaw Ballhar5的測(cè)試診斷界面

在SIEMENS 840D系統(tǒng)中可以應(yīng)用摩擦力補(bǔ)償功能減小反向躍沖，相關(guān)參數(shù)如下:

MD 32500 FRIC_ COMP_ ENABLE(摩擦力補(bǔ)償功能，0不生效，1生效)

MD 32520:FRICT_ COMP_ CONST_ MAX(最大摩擦力補(bǔ)償值)

MD 32530:FRICT_ COMP_ CONST_ MIN(最小摩擦力辛卜償值)

MD 32540:FRICT_ COMP_ CONST_ TIME(摩擦力辛卜償時(shí)間常數(shù))

設(shè)置X軸32500X=1;32520X = 240 ; 23530X=20;發(fā)現(xiàn)Y軸里面有數(shù)據(jù)，32500Y = 1 ; 32520Y =240 ; 32530Y = 20 ; 32540Y = 0. 04, X軸反向躍沖為正，圓弧插補(bǔ)中X在過(guò)象限是多走，所以要增加摩擦力時(shí)間常數(shù)，使其在反向時(shí)不發(fā)生過(guò)切。先預(yù)設(shè)32540X = 0. O1。而Y軸反向躍沖為負(fù)，說(shuō)明Y軸在執(zhí)行圓弧插補(bǔ)程序過(guò)象限時(shí)是少走，需要減少摩擦力時(shí)間常數(shù)，使其在反向時(shí)不留凸臺(tái)，先預(yù)設(shè)Y=0. 02。因?yàn)閄, Y軸都有反向間隙所以在32450 X中增加0.005 mm; 32450Y中增加一0. 005 mm 。

再運(yùn)行Renishaw Ballhar5測(cè)試程序，診斷結(jié)果見(jiàn)圖2, X軸反向躍沖減小，由0. 018 mm變?yōu)?. 008mm ; Y軸反向躍沖由負(fù)變?yōu)檎?，由?4變?yōu)?3. 7 ;X車由反向間隙減少到0. 002 9 mm. 由于X軸反向躍沖同時(shí)出現(xiàn)了正負(fù)值，就不能簡(jiǎn)單應(yīng)用摩擦力補(bǔ)償，而Y軸還有0. 013 mm的補(bǔ)償量，所以再次調(diào)整32540Y = 0. 025 0測(cè)試診斷結(jié)果見(jiàn)圖3，反向躍沖控制在0. O1 mm以內(nèi)。

圖2第2次的診斷結(jié)果

圖3第3次的診斷結(jié)果

4、伺服不匹配

圖3中的垂直度0. 034 mm通常由兩部分組成:一部分為X軸與Y軸的垂直度誤差，部分為X軸的伺服與Y軸伺服不匹配造成。診斷顯示伺服不匹配有0. 21 ms。前期檢查過(guò)X, Y軸幾何垂直度在公差允許范圍內(nèi)，就只需匹配伺服參數(shù)。當(dāng)軸間伺服環(huán)增益不匹配時(shí)將發(fā)生伺服不匹配誤差，它導(dǎo)致一根軸超前于另一軸而出現(xiàn)橢圓形的圖形。超前軸的增益較高。從診斷數(shù)值看出機(jī)器的一根伺服軸超前于另一伺服軸的時(shí)間，單位以ms計(jì)。該值根據(jù)不同被測(cè)軸間的關(guān)系可能為正，也可能為負(fù)。具體表述如下:

在SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)中，30200(POSCTRL_ CAIN伺服增益)設(shè)置成伺服軸增益值，在國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床中通常30200 = 1。在圖3中，應(yīng)該減小X軸30200的值，通常按1 /1 000的數(shù)量級(jí)減小，一點(diǎn)點(diǎn)設(shè)置再一次次地測(cè)試找出伺服匹配參數(shù)。

通過(guò)對(duì)吊具抱鉤液壓和電氣控制系統(tǒng)的分析，初步判斷引起故ISO的nJ能原因有:(1>前抱鉤油缸電磁閥2, 3的Y7, Y9異常得電(見(jiàn)圖5) ; (2)吊具控制器SYMC程序異常導(dǎo)致吊具動(dòng)作異常;(3)抱鉤操作手柄按鈕觸點(diǎn)松動(dòng)，容易出現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)觸現(xiàn)象;}4)前抱鉤油缸平衡閥不保壓(見(jiàn)圖6);(5)前抱鉤油缸內(nèi)泄。

圖5抱鉤液壓系統(tǒng)原理圖

圖6具結(jié)構(gòu)圖

針對(duì)上述故障原因，用該圓木正面吊起吊散裝圓木，并用萬(wàn)用表檢測(cè)電磁閥2和3的得電情況，以及不操作按鈕時(shí)的得電情況，發(fā)現(xiàn)電氣力一面和程序發(fā)面無(wú)任何異?，F(xiàn)象;但是前抱鉤油缸還是有少量自動(dòng)伸出的現(xiàn)象，為了檢測(cè)油缸是否存在嚴(yán)重內(nèi)泄和平衡閥缸內(nèi)I世‘隋況，友現(xiàn)萬(wàn)麗抱鉤油缸收回明顯，司以L7 f走是左前抱鉤油缸或是平衡閥的故障。由于更換平衡閥簡(jiǎn)單，首先更換平衡閥，調(diào)節(jié)好抱鉤同步后，起吊圓木調(diào)試，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象消失，因此斷定是平衡閥無(wú)法保壓。

5、結(jié)論

圓木正面吊吊具供油液壓系統(tǒng)采用主油泵提供的壓力油經(jīng)主閥到吊具多通體，吊具部分的供油回油以吊具多通體閥組為節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)閉式液壓回路。該系統(tǒng)油溫比較高，對(duì)液壓元件的要求比較嚴(yán)，因此當(dāng)遇到工況變化特別頻繁或負(fù)荷跨度非常大的情況時(shí)，SWC310圓木正面吊吊具容易發(fā)生類似于制動(dòng)打滑、無(wú)動(dòng)作和抱鉤油缸自動(dòng)伸出等故障。工程人員在遇到上述問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該遵循“先簡(jiǎn)單，后復(fù)雜;先電氣，后液壓”的順序?qū)收线M(jìn)行診斷排除。

6、總結(jié)

為了達(dá)到更好的圓度誤差，提高機(jī)床的整體加工精度，可以配合使用西門子系統(tǒng)伺服優(yōu)化軟件進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)行圓度誤差檢測(cè)時(shí)，在機(jī)床不產(chǎn)生振動(dòng)的前提下，可以適當(dāng)提高各軸的速度環(huán)增益。

同時(shí)，以上的參數(shù)調(diào)整，很多力一面其實(shí)是為了克服一些機(jī)械力一面的問(wèn)題而進(jìn)行的，所以除了參數(shù)調(diào)整外，如果問(wèn)題比較嚴(yán)重，還必須對(duì)機(jī)械進(jìn)行調(diào)整，這樣才能從根本上解決問(wèn)題，以達(dá)到更高的加工精度。

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