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 西门子840D系统下垂补偿功能的应用

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楼主    2008-12-29 09:13:20
主题:西门子840D系统下垂补偿功能的应用 精华帖 


西门子840D系统下垂补偿功能的应用
摘要:西门子840D数控系统不同于以前曾广泛应用的810T/M和840C等老数控系统,它并没有提供专门的双向螺距误差补偿功能,通过对840D系统中的下垂补偿功能的分析研究,找到了一种方法,成功的解决了进行双向螺距误差补偿的问题。
关键词:数控系统 下垂补偿功能 双向螺距误差补偿
由于机床丝杠在制造、安装和调整等方面的误差,以及磨损等原因,造成机械正反向传动误差的不一致,导致零件加工精度误差不稳定。因此也必须定期对机床坐标精度进行补偿,必要时要做双向坐标补偿,以达到坐标正反向运动误差的一致性。
一、西门子840D数控系统的补偿功能
西门子840D数控系统提供了多种补偿功能,供机床精度调整时选用。这些功能有:
1、温度补偿。
2、反向间隙补偿。
3、插补补偿,分为:
(1) 螺距误差和测量系统误差补偿。
(2)下垂补偿(横梁下垂和工作台倾斜的多维交叉误差补偿)。
4、动态前馈控制(又称跟随误差补偿)。包括:速度前馈控制和扭矩前馈控制。
5、象限误差补偿(又称摩擦力补偿)。分为:常规(静态) 象限误差补偿和神经网络(动态)象限误差补偿。
6、漂移补偿。
7、电子重量平衡补偿。
在西门子840D功能说明样本和资料中所列的众多补偿功能中,都没有指出该系统具有双向螺距误差补偿功能。但是在下垂补偿功能描述中却指出,下垂补偿功能具有方向性。这样,如果下垂误差补偿功能,在基准轴和补偿轴定义为同一根轴时,就可能对该轴进行双向丝杠螺距误差补偿,由此提供了一个双向螺距误差补偿的依据。
二、840D下垂补偿功能的原理
1、下垂误差产生的原因:
由于镗铣头的重量或镗杆自身的重量,造成相关轴的位置相对于移动部件产生倾斜,也就是说,一个轴(基准轴)由于自身的重量造成下垂,相对于另一个轴(补偿轴)的绝对位置产生了变化。
2、840D下垂补偿功能参数的分析:
西门子840D数控系统的补偿功能,其补偿数据不是用机床数据描述,而是以参数变量,通过零件程序形式或通用启动文件(_INI文件) 形式来表达。描述如下:
(1) $AN_CEC[t,N]:插补点N的补偿值,即基准轴的每个插补点对应于补偿轴的补偿值变量参数。
(2) $AN_CEC_INPUT_AXIS[t]:定义基准轴的名称。
(3) $AN_CEC_OUTPUT_AXIS[t]:定义对应补偿值的轴名称。
(4) $AN_CEC_STEP[t]:基准轴两插补点之间的距离。
(5) $AN_CEC_MIN[t]:基准轴补偿起始位置:
(6) $AN_CEC_MAX[t]: 基准轴补偿终止位置
(7) $AN_CEC_DIRECTION[t]:定义基准轴补偿方向。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,基准轴的负方向无补偿值。
★ $AN_CEC_DIRECTION[t]=-1:补偿值只在基准轴的负方向有效,基准轴的正方向无补偿值。
(8) $AN_CEC_IS_MODULO[t]:基准轴的补偿带模功能。
(9) $AN_CEC_MULT_BY_TABLE[t]:基准轴的补偿表的相乘表。这个功能允许任一补偿表可与另一补偿表或该表自身相乘。
3、 下垂补偿功能用于螺距误差或测量系统误差补偿时的定义方法:
根据840D资料的描述,机床的一个轴,在同一补偿表中,既可以定义为基准轴,又可以定义为补偿轴。当基准轴和补偿轴同为一个轴时,可以利用下垂补偿功能对该轴进行螺距误差或测量系统误差补偿。从补偿变量参数$AN_CEC_DIRECTION[t]的描述中可以看出,由于下垂补偿功能补偿值具有方向性,所以,下垂补偿功能在用于螺距误差或测量系统误差时,可以理解为在坐标轴两个方向上可以分别给予补偿。一个表应用于补偿轴的运行正方向,另一个表应用于补偿同一轴的运行负方向。
三、840D下垂误差补偿功能几个关键机床数据的说明
1、NC 机床数据:
MD18342:补偿表的最大补偿点数,每个补偿表最大为2000插补补偿点数。
MD32710:激活补偿表。
MD32720:下垂补偿表在某点的补偿值总和的极限值,840DE(出口型)为1mm;840D(非出口型)为10mm。
2、设定机床数据:
SD41300:下垂补偿赋值表有效。
SD41310:下垂补偿赋值表的加权因子。
由于这两个数据可以通过零件程序或PLC程序修改,所以一个轴由于各种因素造成的不同条件下的不同补偿值可通过修改这两个数据来调整补偿值。
四、应用
下垂补偿功能应用于双向螺距误差补偿,其装载步骤与840D螺距误差补偿方法一样。
例一:正向补偿文件
%_N_NC_CEC_INI
CHANDATA(1)
$AN_CEC[0,0]=0.000
$AN_CEC[0,1]=0.000
$AN_CEC[0,2]=0.000
$AN_CEC[0,3]=0.000
$AN_CEC[0,4]=0.000
$AN_CEC[0,5]=0.000
$AN_CEC[0,6]=0.000
$AN_CEC[0,7]=0.000
……
$AN_CEC[0,57]=0.000
$AN_CEC[0,58]=0.000 以上定义补偿插补点的补偿值
$AN_CEC_INPUT_AXIS[0]=(AX1) 定义基准轴
$AN_CEC_OUTPUT_AXIS[0]=(AX1) 定义补偿轴
$AN_CEC_STEP[0]=50 定义补偿步距
$AN_CEC_MIN[0]=-1450 定义补偿起点
$AN_CEC_MAX[0]=1450 定义补偿终点
$AN_CEC_DIRECTION[0]=1 定义补偿方向,正向补偿生效,负向无补偿
$AN_CEC_MULT_BY_TABLE[0]=0 定义补偿相乘表
$AN_CEC_IS_MODULO[0]=0 定义补偿表模功能
例二:负向补偿文件
%_N_NC_CEC_INI
CHANDATA(1)
$AN_CEC[1,0]=0.000
$AN_CEC[1,1]=0.000
$AN_CEC[1,2]=0.000
$AN_CEC[1,3]=0.000
$AN_CEC[1,4]=0.000
$AN_CEC[1,5]=0.000
$AN_CEC[1,6]=0.000
$AN_CEC[1,7]=0.000
……
$AN_CEC[1,57]=0.000
$AN_CEC[1,58]=0.000 以上定义补偿插补点的补偿值
$AN_CEC_INPUT_AXIS[1]=(AX1) 定义基准轴
$AN_CEC_OUTPUT_AXIS[1]=(AX1) 定义补偿轴
$AN_CEC_STEP[1]=50 定义补偿步距
$AN_CEC_MIN[1]=-1450 定义补偿起点
$AN_CEC_MAX[1]=1450 定义补偿终点
$AN_CEC_DIRECTION[1]=-1 定义补偿方向,负向补偿生效,正向无补偿
$AN_CEC_MULT_BY_TABLE[1]=0 定义补偿相乘表
$AN_CEC_IS_MODULO[1]=0 定义补偿表模功能
我们通过对840D/810D灵活多变的补偿变量的分析研究,不仅成功的进行了双向螺距误差补偿,而且下垂补偿功能还可以应用于横梁的下垂补偿、台面的斜度补偿等方面。

西门子840D的前馈控制功能介绍
在通常的反馈控制系统中,一般由扰动信号对系统发生不良作用后,然后才能通过反馈来产生抑制扰动的控制作用,因而产生控制滞后的不良后果。为了克服这种滞后的不良控制,在系统接受干扰信号以后,还没有产生后果之前插入一个前馈控制作用,使其刚好在干扰点上完全抵消干扰对控制变量的影响, 大大改善控制系统的性能,这叫前馈控制又称顺馈控制。
在西门子840D数控系统中,有一种跟随误差补偿功能(Fllowing error compensation)又叫前馈控制(Feedforward control),尤其在轴进给如圆弧、拐角等加速度发生变化的地方,来消除不理想的轮廓偏差,改善加工质量。(注:SINUMERIK 840Di 和 SIMODRIVE 611U drive.没有该功能)
前馈控制可通过高级语言编程调用:
FFWON 前馈控制功能打开;
FFWOF 前馈控制功能关闭;
在轴通道参数MD 20150: GCODE_RESET_VALUES(G代码初始化)中设置复位生效功能,在轴参数MD 32630: FFW_ACTIVATION_MODE设置各轴该功能打开还是关闭。使用前馈控制功能时,编程人员一定要配合使用该命令,以防止易外发生。

使用条件:
1、 机床刚性良好;
2、 动态响应良好;
3、 在位置和速度参考信号中没有突变;
在使用前馈控制功能之前,各轴的位置环、速度环和电流环需经过优化。
在第一次使用之前需将MD 32620: FFW_MODE正确设置:
MD 32620:FFW_MODE=0(前馈控制功能取消);
MD 32620:FFW_MODE=1(前馈控制功能选择);
在使用前馈控制的情况下,速度参考信号直接加入到速度控制器上,这个附加参考信号经过近似为1加权因子处理(标准)。为了获得良好的前馈效果,等效时间常数必须准确的设置在机床数据中。
MD 32610:VELO_FFW_WEIGHT(前馈控制因子)一般近似为1;
MD 32810: EQUIV_SPEEDCTRL_TIME(等效时间常数)可通过测量单位阶跃响应对电流环的作用获得;
参数调整:当该命令使用时,让进给轴以恒速运动,这时观察“诊断”页面下“服务显示”菜单中“Control deviation”:
若Control deviation=0 则前馈控制功能调整正确;
若Control deviation为正值, 则前馈控制因子或等效时间常数太小;
若Control deviation为负值, 则前馈控制因子或等效时间常数太大;
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