西門子840D數(shù)控系統(tǒng)伺服跟蹤功能在維修中的應(yīng)用*

羅興華

(成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，四川 成都610092)

良好的機(jī)床靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)精度是保證機(jī)床產(chǎn)出合格產(chǎn)品的保證。靜態(tài)精度比較容易檢查，但是機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度需要借助專用的儀器和配套的分析軟件進(jìn)行檢測，不但價(jià)格昂貴，而且儀器的調(diào)試、校準(zhǔn)、使用繁瑣，使用時(shí)還受環(huán)境條件限制。

在設(shè)備維護(hù)中經(jīng)常采用輔助設(shè)備儀器進(jìn)行檢測分析，卻忽略了西門子自帶的伺服跟蹤檢測功能。伺服跟蹤功能作為西門子840D系統(tǒng)的伺服診斷的一項(xiàng)重要功能，不但可以檢測機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度，還可以監(jiān)控機(jī)床各個(gè)軸的電流負(fù)載變化以及測量出機(jī)床內(nèi)部相應(yīng)時(shí)間，查看系統(tǒng)內(nèi)部控制邏輯關(guān)系，更直觀地反映出機(jī)床存在的問題。一般在機(jī)床的調(diào)試過程中用，在設(shè)備維護(hù)過程中很少用。

1 伺服跟蹤功能簡介

伺服跟蹤功能是西門子840D系統(tǒng)在啟動(dòng)區(qū)中測量功能中的一種，對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)和NCK信號(hào)的伺服跟蹤通過測量時(shí)間和條件觸發(fā)啟動(dòng)測量。測量結(jié)果以圖表顯示，兩條曲線可以顯示在2個(gè)圖表中，而且測量結(jié)果可以存儲(chǔ)在文件夾里，圖表甚至可以以位圖文件形式存在HMI_ADV數(shù)據(jù)管理器里或直接打印出來。

西門子840D系統(tǒng)的伺服跟蹤功能記錄伺服或驅(qū)動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)(數(shù)值、信號(hào)、狀態(tài)等)和測量時(shí)間的變化關(guān)系，包括跟隨誤差、控制誤差、輪廓誤差、測量系統(tǒng)的位置實(shí)際值和系統(tǒng)給定的位置值、編碼器的實(shí)際速度值和系統(tǒng)給定的速度值、控制模式、測量系統(tǒng)激活、輸入控制的加速度值、末端的插補(bǔ)信號(hào)等的測試，用戶可以自行選擇測量信號(hào)和設(shè)置需要的測量參數(shù)等。

2 伺服跟蹤功能的使用

2.1 伺服跟蹤功能的使用方法

按區(qū)域選擇鍵“MENU SELECT”，選擇“START UP”鍵，再選擇“Optima/test”鍵，再選擇“Servo trace”鍵后，出現(xiàn)如圖1畫面:

畫面分為上下兩個(gè)窗口，分別是信號(hào)選擇窗口“Signal selection”和測試參數(shù)窗口“Meas.parameter”。

在信號(hào)選擇窗口有“Trace1”、“Trace2”、“Trace3”和“Trace4”共4路，(相當(dāng)于4路示波器)，每一路都有2個(gè)選擇，前面是選擇軸號(hào)，后面是選擇用戶關(guān)心并希望測量的物理量，比如軸的實(shí)際速度、軸的實(shí)際位置等。

在測量參數(shù)選擇窗口中:

Meas.time:測量時(shí)間(與系統(tǒng)內(nèi)存大小有關(guān)，不可能測量很長時(shí)間);

Triggertime:觸發(fā)時(shí)間(出發(fā)后延時(shí)記錄數(shù)據(jù))

Threshold:觸發(fā)閾值，只能由第一路信號(hào)觸發(fā)。

2.2 舉例說明

(1)需要測量X軸從5 000 mm移動(dòng)到5 500 mm過程中，速度的變化情況。

在MDA方式程序如下:

G500G90G0X5000

G01F10000X5500

M02

測量參數(shù)可以如圖2設(shè)置。

先將倍率調(diào)到100%，然后按“START”鍵啟動(dòng)測量后，再啟動(dòng)程序執(zhí)行鍵“Cycle Start”，結(jié)果顯示如圖3。

(2)為了測試方便，可以設(shè)置觸發(fā)信號(hào)，如圖4，設(shè)置了上升沿，一旦Y軸超過0時(shí)，就觸發(fā)5 s的測量。

在MDA方式程序如下:

G500G90G0Y-0.1

G01F10000Y500

M02

(3)伺服功能也可以從程序中觸發(fā)。

在MDA方式程序如下:

G500G90G0X5000

$AA_SCTRACE［X］=1

G01F10000X6000 M02

測量參數(shù)設(shè)置如圖5，測量結(jié)果如圖6。

從以上實(shí)驗(yàn)測試可以看出，機(jī)床X軸從5 000 mm到6 000 mm運(yùn)行過程中，在不到0.2 s時(shí)間從靜止加速度到10 000 mm/min就勻速行駛，將運(yùn)行到6 000 mm時(shí)在不到0.2 s時(shí)間減速到停車。

可以根據(jù)用戶需求監(jiān)控坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)過程中的速度變化、電流變化、跟隨誤差等，X軸以F10 000 mm/min的速度往復(fù)運(yùn)行2 000 mm為例，其測量參數(shù)設(shè)置如圖7，測量結(jié)果如圖8。

從圖8上可以看出，Graph1:X軸從6 000 mm到5 000 mm往復(fù)運(yùn)行過程中，從0加減速到10 000 mm/min時(shí)間大概為0.2 s;Graph2:且X軸的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到了-144.1 A，在勻速運(yùn)行過程中，電流有較小的波動(dòng)，說明有速度調(diào)整。從6 000 mm運(yùn)行到5 000 mm跟隨誤差在-7.31 mm，5 000 mm運(yùn)行到6 000 mm的跟隨誤差為4.46 mm。Graph1和Graph2進(jìn)行對(duì)比分析，X軸在起停和方向運(yùn)動(dòng)時(shí)電流最大，在勻速行駛時(shí)，跟隨誤差最大。

該項(xiàng)功能不能用在虛擬軸上。

3 伺服跟蹤功能的應(yīng)用效果

例1某五軸臥式銑床在加工某工件的圓弧時(shí)，在Y向有輕微的過切，而此處并不是加工接刀位置，利用專業(yè)軟件對(duì)工件進(jìn)行仿真加工，卻沒有過切現(xiàn)象。利用西門子的伺服跟蹤功能對(duì)Y軸運(yùn)動(dòng)時(shí)的電流進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Y軸向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，電流在3.4～8.2A之間，當(dāng)Y軸向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，電流在0.6～3.2A，0A附近的電流消耗嚴(yán)重不均。根據(jù)電流數(shù)據(jù)顯示需要對(duì)Y軸的平衡壓力進(jìn)行調(diào)整(圖9)。

針對(duì)工件過切的地方進(jìn)行驗(yàn)證試切，零件表面得到明顯改善。

例2某五坐標(biāo)臥式加工機(jī)床，其X軸采用的是雙絲杠雙電動(dòng)機(jī)皮帶傳動(dòng)，在加工某工件時(shí)，工件某一處表面有波紋。經(jīng)過分析出現(xiàn)波紋加工程序，采用的是三坐標(biāo)加工，只有X軸參與運(yùn)動(dòng)。通過用手動(dòng)感受X軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，隱隱感覺到X軸運(yùn)動(dòng)到某一段時(shí)有“悶響”聲，但是感覺不到有震動(dòng)。空運(yùn)行工件有波紋的地方，激活伺服跟蹤功能，采集X1和X2軸運(yùn)動(dòng)時(shí)的電流情況，如圖10a。

從測試的圖10a可以看出，當(dāng)X軸向負(fù)向運(yùn)動(dòng)時(shí)X2軸的電流比X1軸的電流要大;當(dāng)X軸向正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，X1軸的電流比X2軸的大。說明需要檢查機(jī)床X軸的機(jī)械同步性、滾珠絲桿的預(yù)緊力和軸承支架座。

對(duì)X軸同步性進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)X1和X軸的軸承和軸承支架磨損嚴(yán)重，進(jìn)一步檢查X1和X2軸滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力時(shí)，發(fā)現(xiàn)X1軸的螺母副預(yù)緊墊片間隙為0.015 mm而X2軸的螺母副預(yù)緊墊片間隙為0.035 mm。通過對(duì)X軸進(jìn)行機(jī)械調(diào)整后，利用伺服跟蹤再次測試，其測試結(jié)果如圖10b。

對(duì)工件波紋地方進(jìn)行驗(yàn)證試切，波紋得到明顯改善，而且機(jī)床偶爾“悶響”聲消失了。

4 結(jié)語

西門子840D的伺服跟蹤功能不僅用于機(jī)床調(diào)試，而且在數(shù)控設(shè)備維修調(diào)試中也非常有用。如果能夠熟練應(yīng)用其功能，不但可以減少設(shè)備維護(hù)成本，同時(shí)還能大大地提高維修效率和質(zhì)量，還可以作為預(yù)防性維修的重要手段，從而保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

［1］SIEMENSSinumerik 840D_810D簡明調(diào)試指南 技術(shù)手冊(cè)［Z］2006版.

［2］DOConCD SINUMERIK_SIMODRIVE［Z］04_2010 English.