SINUMERIK 840D自動過象限誤差補償QEC的應(yīng)用

顧向清

(西門子(中國)有限公司，北京 100102)

機床加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的符合程度。對于機床，不可避免的存在工藝系統(tǒng)變形誤差、測量系統(tǒng)誤差以及環(huán)境溫度誤差等。機床軸實際運動過程中，或大或小地存在定位誤差。針對不同的誤差，SINUMERIK 840D系統(tǒng)提供各種補償手段以提高機床的加工精度。主要有以下幾種補償方法：溫度補償、反向間隙補償、螺距誤差補償(LEC)、垂度補償(CEC)、動態(tài)前饋控制(跟蹤誤差補償)、過象限誤差補償(摩擦補償)和電子重錘補償。

本文主要討論在SINUMERIK 840D上，如何進行過象限誤差的自動補償。

1 過象限誤差補償(QEC)功能介紹

不同的摩擦條件和機械剛性，在象限切換點處，參與插補運動的各個軸的實際速度不同，機床軸不可能每一次都精確地定位到指令值。因此各軸的實際位置并不是理想的編程軌跡，尤其在過象限處，產(chǎn)生了輪廓誤差。如圖1所示。

過象限誤差補償，也稱摩擦補償。在過象限處，數(shù)控系統(tǒng)自動對機床軸加入額外的補償值，用于保證在加工時，尤其是加工圓弧軌跡時獲得更高的加工輪廓精度。如圖2所示。過象限誤差補償，即在軸的過象限處預(yù)先加入額外的速度設(shè)定值脈沖，減小軸突然反向運動中由于機械變形、反向間隙或摩擦條件的突變引起的定位輪廓誤差。如圖3所示。

在840D上，過象限補償分手動和自動兩種。手動過象限誤差補償，即傳統(tǒng)的方法。調(diào)試工程師按照不同加速度下的特性設(shè)置，根據(jù)圓弧測試的結(jié)果，手動設(shè)置相應(yīng)的補償值。這一過程復(fù)雜并要求相當?shù)慕?jīng)驗才能達到最優(yōu)化補償?shù)哪康?。自動過象限誤差補償，即智能學習的方法。數(shù)控系統(tǒng)通過智能學習后，自動獲得各種加速度下所需的補償特性曲線。根據(jù)加工精度，可設(shè)定補償特性曲線的分辨率，使獲得的加工軌跡更為接近理想曲線。

2 自動過象限誤差補償調(diào)試

2.1 基本要求

過象限誤差補償?shù)难a償依據(jù)是測量系統(tǒng)反饋值和指令值間的偏差。因而只有當被測量機床軸具有直接測量系統(tǒng)(直線光柵或圓光柵)時，才能反映出真實的誤差情況。在開始過象限誤差補償之前，驅(qū)動必須是已經(jīng)優(yōu)化過的，包括電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)和前饋等的優(yōu)化。

2.2 QEC學習和QEC工作階段

智能學習的自動過象限誤差補償分學習階段和工作階段。

(1)學習階段 分初次學習和再學習。初次學習階段，NC程序使用高級編程語言激活QEC學習功能，系統(tǒng)自動分析實際值和指令值的誤差，自動對機床軸加入補償值，并將補償值存儲在用戶存儲器中。再學習階段，對第一次學習補償?shù)脑賰?yōu)化。

(2)工作階段 系統(tǒng)根據(jù)在學習階段生成的QEC補償值，自動對機床軸加入額外的速度設(shè)定值脈沖，使機床軸的實際運動軌跡接近于指令值。

2.3 QEC自動學習調(diào)試步驟

2.3.1 參數(shù)設(shè)定

激活選項功能：

需要注意的是，修改MD38010會引起系統(tǒng)內(nèi)存的重新分配，此時不能NCK復(fù)位或斷電。應(yīng)當備份當前的系列啟動數(shù)據(jù)(包含補償數(shù)據(jù))，再重新讀入新的系列備份數(shù)據(jù)。

2.3.2 生成自動QEC補償NC程序

拷貝ToolBox中的8X0DEXAMPLES_TOOLSQFK.MPF文件夾下的以下程序到NC。

在ToolBox中，提供兩種自動過象限誤差補償學習的程序，即多項式學習程序QECLRNP.SPF和圓學習程序QECLRNC.SPF。多項式學習可用于所有的軸類型，圓學習僅用于幾何軸。根據(jù)需要的學習類型，將QECLRNP.SPF或QECLRNC.SPF改名為QECLRN.SPF，并存放到子程序文件夾SPF下。

2.3.3 調(diào)用自動QEC補償NC程序

(1)QEC系統(tǒng)變量初始化主程序QECDAT.MPF

根據(jù)實際需要調(diào)整激活學習軸的QEC系統(tǒng)變量。程序如下：

(2)QEC自動學習子程序QECLRN.SPF(以圓學習程序為例)

程序詳細內(nèi)容參考ToolBox下的8X0DEXAMPLES_TOOLSQFK.MPF文件夾。

(3)QEC自動學習啟動主程序QECSTART.MPF

將需要QEC自學習的軸移動到測試位置，執(zhí)行QECSTART.MPF，進行QEC自學習。在學習階段，進給倍率開關(guān)必須置于100%，以保證學習測試的效果。學習所花費的時間取決于學習的軸數(shù)和QEC補償?shù)木取?/p>

在學習階段，在診斷的軸服務(wù)顯示中可看到＂QEC learning active＂。

根據(jù)需要調(diào)整激活所有學習軸的QEC系統(tǒng)變量。程序如下：

2.3.4 激活QEC補償

設(shè)定軸數(shù)據(jù)。

2.3.5 圓度測試

執(zhí)行完QEC自動學習QECSTART.MPF啟動主程序后，NC系統(tǒng)自動生成QEC的補償值并存放于用戶存儲器中?？筛鶕?jù)圓加工程序QECTEST.MPF，使用伺服追蹤功能的圓度測試或球感儀檢測QEC補償?shù)男Ч?。對比圖1、圖2可看到，經(jīng)過QEC補償后，圓加工精度有了顯著提高。

2.3.6 備份QEC補償數(shù)據(jù)

QEC補償數(shù)據(jù)保存在文件夾NC Active DataQuadrant-error-compensation下，如圖4所示?？蓡为殏浞軶EC補償數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

在SINUMERIK 840D上，和傳統(tǒng)的手動QEC補償相比，使用智能學習的QEC過象限誤差補償，減少了調(diào)試時間，降低了調(diào)整難度，并提高了補償精度。

［1］西門子公司，SINUMERIK 840D/840Di/810D/Description of Func-tions Basic Machine(Part 1)［M］，11/2006.

［2］西門子公司，SINUMERIK 840D/810D/840Di/Extended Functions(Part 2)［M］，11/2006.

［3］西門子公司，SINUMERIK 840D/810D/840Di/Job planning Programming Manual［M］，11/2006.