西門(mén)子 828D 系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的垂直度補(bǔ)償
2018-4-10 來(lái)源：四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：范紹平
摘 要 ：機(jī)床在對(duì)工件進(jìn)行加工的過(guò)程中，由于測(cè)量系統(tǒng)、力的傳遞過(guò)程中產(chǎn)生誤差、機(jī)床裝配工藝的影響，造成工件的輪廓會(huì)偏離理想幾何曲線，使加工產(chǎn)品質(zhì)量下降。因而在機(jī)床出廠前，需要進(jìn)行一定誤差補(bǔ)償。其中機(jī)床的垂直度誤差補(bǔ)償是機(jī)床誤差補(bǔ)償之一，通過(guò)西門(mén)子 828D 數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能來(lái)實(shí)現(xiàn)軸的垂直度誤差補(bǔ)償，滿(mǎn)足機(jī)床的精度要求。
關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控機(jī)床 西門(mén)子 828D 系統(tǒng) 垂直度補(bǔ)償
某些數(shù)控機(jī)床的一個(gè)或兩個(gè)軸伸出時(shí)，一頭處于懸空狀態(tài)，這樣由于坐標(biāo)軸的自重，會(huì)產(chǎn)生下垂現(xiàn)象。例如立臥鏜銑床的臥軸伸出較長(zhǎng)時(shí)，由于立軸頭的重量，臥軸會(huì)產(chǎn)生一定的下垂變形，影響到機(jī)床的加工精度。也就是說(shuō)，一個(gè)軸（基準(zhǔn)軸）會(huì)由于自身的重量產(chǎn)生下垂，相對(duì)于另一個(gè)軸（補(bǔ)償軸）的絕對(duì)位置產(chǎn)生變化，為此要進(jìn)行垂度補(bǔ)償。
1 、垂直度誤差補(bǔ)償分析
數(shù)控立臥鏜銑床，部件向 Z 軸正方向移動(dòng)越遠(yuǎn)，Z 軸橫臂彎曲就越大，越影響到 Y 軸負(fù)方向的坐標(biāo)位置。可以利用系統(tǒng)的垂度補(bǔ)償功能，補(bǔ)償坐標(biāo)軸的下垂引起的位置誤差，當(dāng) Z 軸執(zhí)行指令移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)計(jì)算Y軸上相應(yīng)的補(bǔ)償值。
垂度補(bǔ)償與螺距補(bǔ)償不同，螺距補(bǔ)償是對(duì)單個(gè)的軸進(jìn)行補(bǔ)償，坐標(biāo)軸之間的補(bǔ)償相互獨(dú)立，互不影響；而垂度補(bǔ)償是“坐標(biāo)軸之間的補(bǔ)償”，補(bǔ)償一個(gè)坐標(biāo)軸的垂度，會(huì)影響到另外的坐標(biāo)軸。
通常把變形坐標(biāo)軸稱(chēng)為“基準(zhǔn)軸”，受影響的軸稱(chēng)為“補(bǔ)償軸”，把一個(gè)基準(zhǔn)軸和一個(gè)補(bǔ)償軸定義為一種補(bǔ)償關(guān)系，基準(zhǔn)軸作為輸入，由此軸決定補(bǔ)償點(diǎn)（插補(bǔ)點(diǎn)）的位置，補(bǔ)償軸作為輸出，計(jì)算得到的補(bǔ)償值加到它的位置調(diào)節(jié)器中。
具有兩個(gè)以上坐標(biāo)軸的數(shù)控機(jī)床，一個(gè)坐標(biāo)軸的垂度可能影響到其他幾個(gè)坐標(biāo)軸，因此需要為基準(zhǔn)軸定義幾個(gè)補(bǔ)償關(guān)系。基準(zhǔn)軸與補(bǔ)償軸的補(bǔ)償關(guān)系稱(chēng)為垂度補(bǔ)償表，由西門(mén)子 828D 系統(tǒng)規(guī)定的系統(tǒng)變量組成，以補(bǔ)償文件的形式存入內(nèi)存中，文件頭為%-N-NC-CEC-INI。
2 、垂直度補(bǔ)償功能機(jī)床數(shù)據(jù)
為了編制垂度補(bǔ)償表，應(yīng)當(dāng)定義作為輸入的基準(zhǔn)軸和作為輸出的補(bǔ)償軸，確定基準(zhǔn)軸的坐標(biāo)范圍，也就是補(bǔ)償位置的起點(diǎn)和終點(diǎn)。確定兩補(bǔ)償點(diǎn)之間的距離，以便計(jì)算垂度補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)。還要給出基準(zhǔn)軸的補(bǔ)償方向，如有必要還可以引入補(bǔ)償加權(quán)因子或補(bǔ)償?shù)哪９δ堋?/font>
828D 數(shù)控系統(tǒng)中，具有垂度誤差補(bǔ)償功能的關(guān)鍵機(jī)床數(shù)據(jù) MD/SD 以及系統(tǒng)變量分析如下：
（1）MD18342：補(bǔ)償表的最大補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)，每個(gè)補(bǔ)償表最大為 2000 插補(bǔ)補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)。
（2）MD32710：激活補(bǔ)償表。
（3）MD32720：下垂補(bǔ)償表在某點(diǎn)的補(bǔ)償值總和的極限值。
828D（出口型）為 1 mm；828D（非出口型）為 10 mm。也就是說(shuō)系統(tǒng)對(duì)垂度補(bǔ)償值進(jìn)行監(jiān)控，若計(jì)算的總垂度補(bǔ)償值大于 MD32720 中設(shè)定的極限值，則產(chǎn)生 20124 的報(bào)警“補(bǔ)償值太高”，但程序不會(huì)被中斷，此時(shí)以設(shè)定的最大值作為補(bǔ)償值。系統(tǒng)還對(duì)補(bǔ)償值的變化進(jìn)行監(jiān)控，限制補(bǔ)償值的改變，當(dāng)發(fā)生 20125 報(bào)警時(shí)，說(shuō)明當(dāng)前的補(bǔ)償值的變化太快，超過(guò)了 MD32730 設(shè)定的垂度補(bǔ)償值的最大變化量。
（4）SD41300：SD41300=1 下垂補(bǔ)償賦值表有效。
（5）SD41310：下垂補(bǔ)償賦值表的加權(quán)因子。
由于這兩個(gè)數(shù)據(jù)可以通過(guò)零件程序或 PLC 程序修改，所以一個(gè)軸由于各種因素造成的不同條件下的不同補(bǔ)償值可通過(guò)修改這兩個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整。
3 、補(bǔ)償軸的補(bǔ)償變量參數(shù)
西門(mén)子 828D 數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能，其補(bǔ)償數(shù)據(jù)不是用機(jī)床數(shù)據(jù)來(lái)描述，而是以系統(tǒng)變量、通過(guò)零件程序形式或通用啟動(dòng)文件（-INI 文件）形式來(lái)表達(dá)。描述如下：
（1）$AN¬-CEC[t，N]：（插補(bǔ)點(diǎn) N 的補(bǔ)償值，即基準(zhǔn)軸的每個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于補(bǔ)償軸的補(bǔ)償值變量參數(shù)。）
（2）$AN¬-CEC-INPUT-AXIS[t]：（定義基準(zhǔn)軸的名稱(chēng)）
（3）$AN¬-CEC-OUTPUT-AXIS[t]：（定義對(duì)應(yīng)補(bǔ)償值的軸名稱(chēng)）
（4）$AN¬-CEC-STEP[t]：（基準(zhǔn)軸兩補(bǔ)償點(diǎn)之間的距離）
（5）$AN¬-CEC-MIN[t]:（基準(zhǔn)軸補(bǔ)償?shù)钠鹗嘉恢茫?/font>
（6）$AN¬-CEC-MAX[t]（基準(zhǔn)軸補(bǔ)償?shù)慕K止位置）
（7）$AN¬-CEC-DIRECTION[t]：（定義基準(zhǔn)軸補(bǔ)償方向） 其中$AN¬-CEC-DIRECTION[t]=0：補(bǔ)償值在基準(zhǔn)軸的兩個(gè)方向有效；$AN¬-CEC-DIRECTION[t]=1：補(bǔ)償值只在基準(zhǔn)軸的正方向有效，基準(zhǔn)軸的負(fù)方向無(wú)補(bǔ)償值；$AN¬-CEC-DIRECTION[t]=-1：補(bǔ)償值只在基準(zhǔn)軸的負(fù)方向有效，基準(zhǔn)軸的正方向無(wú)補(bǔ)償值。
（8）$AN¬-CEC-IS-MODULO[t]:（基準(zhǔn)軸的補(bǔ)償帶模功能）
（9）$AN¬-CEC-MULT-BY-TABLE[t]：（基準(zhǔn)軸的補(bǔ)償表的相乘表，這個(gè)功能允許任一補(bǔ)償表可與另一補(bǔ)償值或該表自身相乘）
4 、 垂直度的補(bǔ)償實(shí)例
表1所示是一個(gè)補(bǔ)償?shù)膶?shí)例。Z軸的位置變化，影響 Y 軸的實(shí)際坐標(biāo)位置，Z 軸作為基準(zhǔn)軸，Y 軸作為補(bǔ)償軸，測(cè)得的補(bǔ)償值填入補(bǔ)償表中，垂度補(bǔ)償必須返回參考點(diǎn)才能有效。
表 1 垂度補(bǔ)償?shù)膶?shí)例
5 、結(jié)語(yǔ)
垂直度誤差會(huì)帶來(lái)輪廓誤差和位置誤差。垂直度誤差包括線對(duì)面的垂直度誤差與線對(duì)線的垂直度誤差，數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中，各軸的垂直度誤差
都經(jīng)過(guò)測(cè)試，滿(mǎn)足機(jī)床的設(shè)計(jì)精度，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，垂直度誤差超過(guò)設(shè)計(jì)精度時(shí)，就需要進(jìn)行修正補(bǔ)償。可以參考本文提出的補(bǔ)償方法，能夠從理論上消除垂直度誤差對(duì)點(diǎn)位、輪廓的影響。
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