西门子840DSL伺服插补轴圆度测试的参数优化与研究

  西门子840DSL伺服插补轴圆度测试的参数优化与研究  张义红+张立群摘要：本文主要研究数控机床伺服插补轴圆弧轮廓轨迹精度的伺服参数优化方法。并结合Renishaw球杆仪和伺服Bode图来针对伺服圆弧插补轮廓轨迹精度进行反复的测量，并根据测量结果不断分析和优化相关伺服参数，使通过伺服参数优化后的数控机床伺服轴插补轮廓精度得以显著提升。Key：西门子840DSolutionLine；伺服驱动参数优化；伺服圆度测试；Renishaw球杆仪：TG659：A：1671-2064（2017）19-0075-021概述21世纪以来，由于机床加工工艺的不断优化和完善，多伺服轴联动插补的数控机床已经被廣泛应用于制造业的各个领域，并逐步取代普通机床成为具有核心竞争力的制造装备之一。插补轴圆度轮廓轨迹精度的伺服参数优化工作是整个加工精度优化的重点步骤之一，也是提高数控机床整体加工质量的核心要素之一。因此，针对此项内容进行深入地分析和研究具有较高的学习应用价值。2球杆仪简介球杆仪主要用于检测数控机床插补轴整圆轮廓几何精度误差以及插补轴动态响应特性匹配度的一种专用检测仪器，是伺服圆度测试参数优化过程中必不可少的检测仪器之一。该测量装置的工作原理是将球杆仪的两个磁性底座分别安装在数控机床需要进行圆弧插补运动的两个伺服进给轴工作台面上。测量系统软件通过球杆仪内部可伸缩的位移传感器来精确测量两个伺服轴插补运动所形成整圆轨迹轮廓的几何精度误差。其测量精度在常温下可达±0.5μm，可以十分精确地测量两个伺服轴整圆插补轮廓轨迹所发生的任何细微变化及精度误差值。计算机可以通过蓝牙通讯方式接收球杆仪位移传感器所测得的伸缩量，并使用球杆仪自带的测量软件将这一测量轨迹与标准整圆轮廓轨迹进行比较，从而生成实际测量结果，并分析得到数控机床实际的误差分布状况。这些测量结果 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 可用于评定数控机床伺服进给轴的动态响应性能以及插补整圆轮廓轨迹的圆度精度误差等相关测量结果是否满足相应的加工要求和设计精度要求。在整个测试实验过程中，将主要使用英国Renishaw公司自行设计研发的QC20-W高精度球杆测量仪来对数控机床的圆弧插补轮廓精度进行精度检测。QC20-W球杆仪的安装方式非常简便且人性化（实际安装方式如图1所示），同时由于该精密测量仪器自带无线蓝牙通讯传输装置，所以测试人员无须安装数据传输电缆便可直接进行数据高速传输通讯。该装置内部安装了一整套Renishaw公司自行设计研发的高精度高灵敏度位移传感器装置，它可以精确测量球杆仪在围绕一个固定点进行整圆轮廓轨迹插补运动时所产生的半径变化量，并通过RenishawBallbar20应用软件采集并记录所以细微变化数据，从而自动生成测量结果和精度检测报告，为伺服插补圆度测试提供了大量相关测试数据，是最为重要的伺服参数优化分析测量仪器之一[1][2]。3伺服插补圆度测试通常数控机床都会拥有两个伺服轴以上的插补联动空间曲线插补加工方式，所以在完成单个伺服进给轴的全部伺服参数优化内容后，对参与插补的伺服进给轴实施联动性能优化和调整是非常有必要的。比较常用的方法是伺服圆度测试，并通过伺服响应Bode图和球杆仪测试报告进行合理分析和实施进一步的伺服参数优化[3]。在进行圆度测试之前，首先需要根据数控机床的实际机械性能计算出两个插补伺服轴的频率响应特性参数值，并根据此参数设置其它相关测量参数。这些测量参数将直接影响圆度测试的测量结果以及伺服参数优化的结果。首先调试人员需要计算得出两个插补伺服轴的频率响应特性参数值，其计算公式如下：（1）式中，V为两插补轴的进给速度；R为圆度测试时插补整圆轮廓的半径值。根据相关伺服理论论证得出结论如下：频率响应特性参数值小于0.5Hz时，插补伺服轴处于较低动态响应阶段；频率响应特性参数值位于0.5Hz-1Hz时，插补伺服轴处于正常动态响应阶段；频率响应特性参数值位于1Hz-5Hz时，插补伺服轴处于较高动态响应阶段；频率响应特性参数值位于5Hz以上时，插补伺服轴处于超高动态响应阶段[4]。因此调试人员同时也可以根据计算结果，合理设置插补伺服轴的进给速度和整圆轮廓半径值等测量参数，用于选择匹配数控机床机械性能的频率响应特性参数值。整圆测试测量参数设定界面如图2所示[5]。圆度测试就是让两个插补轴以一定的速度走一个固定半径的整圆，然后通过球杆仪和HMI_Advanced软件（生成Bode图）来测量检测以下两点内容：①两个插补伺服轴整圆轨迹的轮廓圆度；②插补圆弧过象限特性检测。在伺服插补圆度测试之前需要调试人员编写一个整圆运动轨迹的NC加 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 序，并运行它来检测两个插补轴在相同速度下的位置跟踪误差是否一致，如果不一致将会导致整圆的轮廓呈椭圆形。调试人员在启动并执行NC加工程序时，需要提前在伺服轴参数优化界面中选择圆度测试这一优化测试项目，并且需要提前设定这一测试项目的相关测量参数值，其中测量半径需要与NC加工程序中的整圆半径值保持一致。如果测量结果的图形呈现椭圆形，则需检查两个插补轴的位置环增益Kv值是伐一致，因为如果该增益参数设定值不一致将会直接影响加工整圆的形状。经大量实验研究证明，适量调高伺服系统位置环增益值以及速度环增益值，将能有效改善整圆轮廓的圆度值。如果此时还不能有效优化两轴插补整圆轮廓精度，则需要开通伺服插补轴响应延时功能（设置参数MD32900=1），该功能通过延迟某伺服轴的响应速度来优化两插补轴的整圆轮廓轨迹。调试人员需根据实际情况设定延时参数MD32910，一般设定值在0～0.001的范围之间。优化前后对比图如图3所示，优化前整圆轮廓呈明显的椭圆形，经过优化后的两伺服轴插补更为协调且速率一致，椭圆度也得到了明显的改善，机床整体的加工轮廓精度和质量也得到了大幅度的优化和改善。endprint当整圆的几何轮廓形状优化完成后，有时调试人员会发现在圆弧过象限点处会呈现凸起状，这是因为两插补轴在圆弧过象限点运行时其中一个伺服插补轴需要转换运行方向并且速度会降至零速随后重新加速启动至NC加工程序设定的插补速度。但是由于数控加工设备的机械摩擦力、机械装配精度等因素的干扰影响，这将会造成这一伺服插补轴在运动到方向转换点时有运行滞后的现象发生。如果过象限误差过大，将会对加工轮廓精度造成严重影响。因此针对这一现象，调试人员可以使用数控系统自带的过象限误差补偿功能来对这一滞后现象进行优化调整。具体的补偿原理是在插补轴转换运动方向时提前施加一个速度信号用于弥补伺服轴运行滞后的现象发生，但这个预设定信号的幅值大小以及时间参数值必须和实际误差值之间相互匹配，否则将造成补偿不足或补偿过渡的现象发生。调试人员在使用过象限误差补偿功能时需要设置以下伺服轴参数：①MD32500：摩擦补偿是否生效；②MD32520：摩擦補偿的幅值；③MD32540：摩擦补偿的时间常数。优化前后对比如图4所示，优化后的过象限尖峰图形得到了有效的消除和改善，加工工件的表面质量也得到了优化和提高。调试人员需要使用伺服Bode图以及Renishaw球杆仪针对以上步骤进行多次测量检测，并根据实际检测结果，进一步分析并优化相关伺服参数，直到圆度测试结果完全满足调试精度要求[6-8]。4结语完成圆度测试后，两伺服轴插补的运动控制性能也得到了显著提升。插补过程中运行平顺，过象限时没有过多的凸起，且过渡平滑，这样就能在加工过程中获得较为优异的表面加工质量和轮廓几何精度。在高精度多伺服轴插补的数控机床伺服优化调试过程中，圆度测试是最后也是最为关键的一项测试项目。调试人员需要意识到这一优化环节的重要性，并认真对待和处理这一优化环节，并通过大量的测试实验， 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 和分析相关伺服参数优化经验，这样才能使数控机床在伺服优化后获得更为优异的加工精度。Reference[1]雷尼绍公司.雷尼绍QC10球杆仪简介[M].上海：雷尼绍公司，2003.[2]王家兴，郭宏伟，赵峰，马晓波，孙名佳.基于球杆仪的数控车床几何误差检测和补偿[J].制造技术与机床，2011，（10）：132-135.[3]孙亮，秦鸿涛.数控镗铣床数控加工圆度的误差的调整方法[J].黑龙江科技信息，2012，（26）：43-43.[4]SIEMENSAutomationGroup.SINAMICSS120DriveFunctions[M].Nuernberg：Siemens，2014.[5]郭亮，梅雪松，张东升，盛晓超.840D数控系统的伺服参数优化[J].机电工程，2011（4）：444-447.[6]沈超，贾歆莹，化春雷，李焱.五轴联动机床的误差补偿与优化研究[J].机床电器，2011，（2）：22-25.[7]李鑫，刘阔，陈大明，朱铁军.数控机床进给速度对圆度的影响测试与分析[J].机械与电子，2014，（2）：53-55.[8]余纬.数控加工中圆度误差的机电调整实例分析[J].机床与液压，2006，（12）：241-242.endprint中国科技纵横2017年19期中国科技纵横的其它文章一种双变压器自动投切 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 电力故障波形重现技术的关键问题分析管冷在输电线路大跨越基础中的应用500kV变电站远程监控技术探索电网运行管理及电网安全运行的若干思考10kV配电网设备安全运行的巡查及维护分析 -全文完-