1、2020年7月28日星期二,數(shù) 控 原 理 與 應(yīng) 用模塊七、進(jìn)給運(yùn)動控制參數(shù)的設(shè)置,數(shù)控技術(shù)教研室 林芝蘭,2020年7月28日星期二,模塊7 進(jìn)給運(yùn)動控制參數(shù)的設(shè)置,設(shè)置進(jìn)給運(yùn)動控制參數(shù)的目的，是為了使數(shù)控系統(tǒng)與被控制的機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)相匹配。合理地設(shè)置數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給運(yùn)動控制參數(shù)，可以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的性能，提高加工精度和效率。,2020年7月28日星期二,在實(shí)際應(yīng)用中，不同的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，對進(jìn)給運(yùn)動控制參數(shù)的定義及分類各不相同，但其作用都是一樣的。例如在FANUC系統(tǒng)中稱為機(jī)床參數(shù)（PARAMETER），在SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)中叫做機(jī)床數(shù)據(jù)（Machin DataMD）。西門子810數(shù)控系

2、統(tǒng)的機(jī)床數(shù)據(jù)分為通用數(shù)據(jù)、軸數(shù)據(jù)、主軸數(shù)據(jù)、機(jī)床數(shù)據(jù)位等幾類；西門子802S數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床數(shù)據(jù)分為顯示機(jī)床數(shù)據(jù)、通用機(jī)床數(shù)據(jù)、軸數(shù)據(jù)等幾類。按照其功能作用，分以下幾類進(jìn)行介紹。,2020年7月28日星期二,一、一般參數(shù)的設(shè)定 1. 倍頻數(shù)與分辨率 倍頻數(shù)與所用的傳感器有關(guān)， 如使用方波輸出型光電編碼器， 則可選擇1、 2或4倍頻； 如使用正弦波輸出型光電編碼器或光柵， 則可選擇5、 10或20倍頻。 進(jìn)給軸分辨率由編碼器每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)（P/r）、 位置檢測接口倍頻數(shù)（KB）以及傳動機(jī)構(gòu)的傳動比（mm/r）共同決定， 一般為0.001 mm、 0.002 mm、 0.005 mm、 0.01 m

3、m等。,2020年7月28日星期二,計(jì)算式為：,2020年7月28日星期二,在硬件方面，通常是在其極限位置設(shè)置行程限位開關(guān)，一旦行程限位開關(guān)被壓下，就立即切斷進(jìn)給驅(qū)動電源，并通知數(shù)控裝置產(chǎn)生超程報警。在邏輯上與急停（EMG）信號相“與”，且不允許自動恢復(fù)。,2. 正、負(fù)向限位 為保障數(shù)控設(shè)備的安全，需要對進(jìn)給部件的移動范圍進(jìn)行限制，具體措施包括硬件和軟件兩個方面：,2020年7月28日星期二,在軟件方面，可通過合理設(shè)置各坐標(biāo)軸的正、負(fù)向軟限位參數(shù)實(shí)現(xiàn)。軟限位通常設(shè)定在進(jìn)給軸硬件超程限位開關(guān)的內(nèi)側(cè)，一旦坐標(biāo)值超越此限制，就立即停止進(jìn)給，并產(chǎn)生報警信息，但允許自行恢復(fù)。由于軟限位是在機(jī)床坐標(biāo)系中建

4、立的，因此該功能只有在通過返回參考點(diǎn)操作，建立起機(jī)床坐標(biāo)系后，才能有效。在FANUC系統(tǒng)中，PRM3620為正向軟限位，PRM3621為負(fù)向軟限位。,2020年7月28日星期二,3. 快速移動速度、 最大切削進(jìn)給速度 目前的CNC系統(tǒng)一般都能達(dá)到很高的快速移動速度與最大切削速度。 在應(yīng)用于具體的機(jī)床時， 由于機(jī)械強(qiáng)度有限， 還要考慮慣性的影響， 因而必須根據(jù)所配機(jī)床的具體情況而定。在FANUC中，1420為各軸快速速度，1424為各軸手動快速速度，1430為各軸最大切削進(jìn)給速度。,2020年7月28日星期二,4. 到位范圍 由于運(yùn)動過程中跟隨誤差的存在， 使輪廓的轉(zhuǎn)接為圓角過渡。 當(dāng)執(zhí)行尖角過

5、渡指令時， 數(shù)控系統(tǒng)每執(zhí)行完一個運(yùn)動程序段， 就自動判別跟隨誤差是否小于到位范圍， 如不滿足， 即處于等待狀態(tài)， 直至跟隨誤差修正至小于到位范圍才執(zhí)行下一程序段。,2020年7月28日星期二,在西門子802S 中，MD36000為粗定位范圍，MD36010為精定位范圍，MD36050為夾緊容差。一般粗定位范圍約50um，精定位范圍約10um，夾緊容差約20um。夾緊容差是指定位結(jié)束后，由于電機(jī)制動或進(jìn)給部件受外力作用而造成的位置偏差范圍。 但必需注意，由于伺服系統(tǒng)存在一定的死區(qū)，如果到位范圍設(shè)置太小，則數(shù)控裝置無法將跟隨誤差修正至小于到位范圍，系統(tǒng)會無限等待下去而造成死機(jī)。,2020年7月28

6、日星期二,5. 變增益位置控制參數(shù) 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)均采用變增益的位置控制， 其增益設(shè)置如圖5.14所示。 （1） K1為進(jìn)給切削時的增益， 一般要盡可能高一些， 以減小跟隨誤差。,2020年7月28日星期二,圖5.14 變增益位置控制參數(shù)設(shè)置,2020年7月28日星期二,（2） K2為快速定位（G00）時的增益。由于快速定位時不進(jìn)行切削加工，為減小起動制動時的加速度，從而減小對機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的沖擊，可將位置增益減小為K1的5080。,2020年7月28日星期二,（3） Emax為最大跟隨誤差。 （4） Eb為變增益轉(zhuǎn)折點(diǎn)， 一般應(yīng)設(shè)定為比機(jī)床最高切削速度所對應(yīng)的跟隨誤差略大一些。 （5） Vm為最

7、小模擬電壓輸出值，用來克服伺服驅(qū)動的死區(qū)。由于伺服單元存在一定的死區(qū)，當(dāng)模擬控制電壓小于一定值時，伺服單元已無輸出，電動機(jī)停止運(yùn)動，這樣就無法修正剩余的跟隨誤差。合理設(shè)置Vm則可克服這一現(xiàn)象。但如果Vm 選擇過大，則會在定位點(diǎn)處產(chǎn)生震蕩。,2020年7月28日星期二,6. 升降速參數(shù) 進(jìn)給軸運(yùn)動的速度變化可分為無升降速、 直線升降速與指數(shù)升降速三種， 其速度與加速度變化曲線如圖5.15所示。,2020年7月28日星期二,圖5.15 不同升降速方式的速度與加速度曲線 (a) 無升降速； (b) 直線升降速； (c) 指數(shù)升降速,2020年7月28日星期二,無升降速時，在速度變化瞬間，加速度為無窮

8、大，這時會產(chǎn)生很大的機(jī)械沖擊，因此通常不宜采用。直線升降速的加速度恒定，并限制在一定范圍之內(nèi)。指數(shù)升降速時，加速度的變化無突變，速度變化更加平滑，但加減速時間較長。,2020年7月28日星期二,一般可通過設(shè)置升降速方式和升降速時間等參數(shù)，來調(diào)整機(jī)床的升降速性能。在西門子802S 中，采用直線升降速方式，升降速時間由最大加速度MD32300設(shè)定，單位為m/min2。,2020年7月28日星期二,7. 單向定位參數(shù) 設(shè)置單向定位參數(shù)， 可提高快速定位（G00）的定位精度。 該項(xiàng)參數(shù)中， P1為單向定位的方向， P2為接近點(diǎn)到定位點(diǎn)的距離， P3為定位趨近速度。如果指令運(yùn)動方向與P1一致， 則當(dāng)運(yùn)動

9、到接近點(diǎn)(未達(dá)到定位點(diǎn))時減速， 以P3速度趨近定位點(diǎn)； 如果指定運(yùn)動方向與P1相反， 則首先運(yùn)動超過定位點(diǎn)至接近點(diǎn)， 再改變運(yùn)動方向， 并以P3速度趨近定位點(diǎn)， 如圖5.16所示。,2020年7月28日星期二,圖5.16 單向定位過程示意圖,2020年7月28日星期二,8. 報警保護(hù)參數(shù) (1) 超速保護(hù)參數(shù)通過對計(jì)數(shù)頻率的限制實(shí)現(xiàn)超速報警保護(hù)。 (2) 最大跟隨誤差報警參數(shù)。跟隨誤差作為位置控制過程中的一個重要數(shù)據(jù)，可用于較全面地判斷位置控制是否處于正常狀態(tài)。,2020年7月28日星期二,二、返回參考點(diǎn)參數(shù)設(shè)置 參考點(diǎn)是為了確定機(jī)床原點(diǎn)而設(shè)置的可測量位置點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床每次開機(jī)上電后，必須通過

10、返回參考點(diǎn)操作（或回零操作）才能建立機(jī)床坐標(biāo)系。因此，正確設(shè)置返回參考點(diǎn)參數(shù)，對保證機(jī)床的位置控制精度時十分重要的。不同的CNC系統(tǒng)，其返回參考點(diǎn)的動作細(xì)節(jié)會有所不同；但一般來說，都是先通過減速行程開關(guān)粗定位，然后再由精定位開關(guān)或編碼器零位脈沖精定位兩個步驟。通常需要設(shè)定如下參數(shù)。,2020年7月28日星期二,1. 返回參考點(diǎn)方式 根據(jù)返回參考點(diǎn)的動作步驟不同， 可大致分為以下3種返回參考點(diǎn)方式。 （1） 方式1： 按下返回參考點(diǎn)操作按鈕后， 按設(shè)定的運(yùn)動方向快速返回， 在擋塊壓下參考點(diǎn)開關(guān)（粗定位開關(guān)）后立即減速， 以低速繼續(xù)返回， 直至擋塊釋放才開始尋找零脈沖； 零脈沖到來時立即停止， 如

11、圖5.17（a）所示。,2020年7月28日星期二,（2） 方式2： 按下返回參考點(diǎn)操作按鈕后， 按設(shè)定的運(yùn)動方向快速返回， 壓下參考點(diǎn)開關(guān)后立即減速并改變方向， 低速退出擋塊， 再反向?qū)ふ伊忝}沖； 零脈沖到來時立即停止， 如圖5.17（b）所示。 （3） 方式3： 按下返回參考點(diǎn)操作按鈕后， 按設(shè)定的運(yùn)動方向快速返回， 壓下參考點(diǎn)開關(guān)后立即減速， 不需等待擋塊釋放； 當(dāng)速度降為設(shè)定低速后即開始尋找零脈沖， 零脈沖到來時立即停止， 如圖5.17（c）所示。 在西門子802S 數(shù)控系統(tǒng)中，由機(jī)床數(shù)據(jù)MD34200設(shè)定。,2020年7月28日星期二,圖5.17 返回參考點(diǎn)方式,2020年7月28日

12、星期二,2. 返回參考點(diǎn)方向 參考點(diǎn)粗定位開關(guān)一般安裝在絲杠的末端，返回參考點(diǎn)方向一般為遠(yuǎn)離工件的方向，返回參考點(diǎn)操作為單方向操作，此時另一個方向的按鈕無效。在西門子802S 中，返回方向由MD34010設(shè)定。 3.返回參考點(diǎn)速度即返回參考點(diǎn)粗定位速度，為了提高效率，一般設(shè)定比較高的返回速度。在西門子802S 中，由MD34020設(shè)定，默認(rèn)值為5000mm/min。,2020年7月28日星期二,4.尋找零脈沖速度為了定位準(zhǔn)確，必須以較低速度趨近。在西門子802S 中，由MD34040設(shè)定，默認(rèn)值為300mm/min。 5.參考點(diǎn)坐標(biāo)即參考點(diǎn)相對機(jī)床零點(diǎn)的坐標(biāo)值，可在機(jī)床出廠調(diào)試時測量并輸入到C

13、NC中。當(dāng)返回參考點(diǎn)操作完成后，顯示器即顯示出機(jī)床參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。在西門子802S 中，由MD34090設(shè)定。,2020年7月28日星期二,三、 進(jìn)給運(yùn)動的補(bǔ)償設(shè)定,在機(jī)械傳動鏈中，影響進(jìn)給位置控制特性的各種因素是客觀存在的，由此會造成進(jìn)給位置控制的誤差。對于不可測量的動態(tài)誤差，只有通過提高傳動機(jī)構(gòu)的精度和剛性等加以解決；而對于一些有規(guī)律的、可以測量的誤差，可以利用數(shù)控系統(tǒng)提供各種補(bǔ)償功能進(jìn)行自動補(bǔ)償，以提高加工零件的精度。一般的數(shù)控系統(tǒng)，都具有間隙補(bǔ)償和螺距誤差補(bǔ)償功能。,2020年7月28日星期二,1. 間隙補(bǔ)償 在進(jìn)給傳動鏈中，齒輪傳動、滾珠絲杠螺母副等均存在反轉(zhuǎn)間隙，這種

14、反轉(zhuǎn)間隙會造成在工作臺改變方向時，電動機(jī)空走而工作臺不運(yùn)動，從而造成加工誤差。為此，可用激光干涉儀等測量工具測出間隙值，作為參數(shù)輸入CNC系統(tǒng)中，由CNC裝置自動補(bǔ)償。其補(bǔ)償過程為，每當(dāng)坐標(biāo)軸改變方向時，CNC裝置會控制電動機(jī)多走一段距離（一個間隙值），從而補(bǔ)償了間隙誤差。在西門子802S 中，間隙由MD32450設(shè)定。,2020年7月28日星期二,2. 螺距誤差補(bǔ)償 在數(shù)控機(jī)床上，定位精度主要取決于滾珠絲杠的精度。盡管可以采用高精度的滾珠絲杠，但制造誤差總是存在的。此外，在數(shù)控機(jī)床使用中，由于磨損，絲杠精度也會下降。因此，需要利用數(shù)控系統(tǒng)的螺距誤差補(bǔ)償功能加以補(bǔ)償，以得到超過滾珠絲杠制造精度

15、的運(yùn)動精度，并可通過定期測量與補(bǔ)償，在保持精度不變的前提下，延長機(jī)床使用壽命。,2020年7月28日星期二,螺距誤差補(bǔ)償?shù)幕驹硎?，將?shù)控機(jī)床某軸的指令位置與高精度位置測量工具所測得的實(shí)際位置相比較，計(jì)算出在全行程上的誤差分布曲線，將誤差以表格的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)中。以后數(shù)控系統(tǒng)在控制該軸運(yùn)動時，會自動計(jì)算加以補(bǔ)償。如圖5.18所示，為某系統(tǒng)測得的X軸7個點(diǎn)的誤差曲線，圖5.19為輸入至CNC的螺距誤差補(bǔ)償表。,2020年7月28日星期二,圖5.18 X軸螺距誤差曲線舉例,2020年7月28日星期二,圖5.19 X軸螺距誤差補(bǔ)償表,2020年7月28日星期二,在西門子802S 中，補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)由M

16、D38000設(shè)定，螺距補(bǔ)償生效由MD32700設(shè)定，螺距誤差補(bǔ)償值輸入（在MD32700=0時）到CNC內(nèi)部自動生成的螺補(bǔ)程序%_N_BUCHANG_MPF中，然后運(yùn)行該程序，設(shè)置MD32700=1，螺距補(bǔ)償生效。,2020年7月28日星期二,注意： （1）間隙補(bǔ)償和螺距誤差補(bǔ)償只有在返回參考點(diǎn)操作后才有效。 （2）由于機(jī)床坐標(biāo)系是靠返回參考點(diǎn)而建立的，因此在誤差表中參考點(diǎn)的誤差要為零。,2020年7月28日星期二,（3）對重復(fù)定位精度較差的軸，因無法準(zhǔn)確確定其誤差曲線，螺距誤差補(bǔ)償功能無法使用。即該功能無法補(bǔ)償重復(fù)定位誤差。 （4）必須采用比滾珠絲扛精度高至少一個數(shù)量級的檢測裝置來測量誤差分布曲線否則沒有意義。一般常用激光干涉儀來測量。,2020年7月28日星期二,2020年7月28日星期二,進(jìn)給運(yùn)動控制參數(shù)又叫機(jī)床參數(shù)（PARAMETER）或機(jī)床數(shù)據(jù)（Machin DataMD），設(shè)置進(jìn)給運(yùn)動控制參數(shù)的目的，是為了使數(shù)控系統(tǒng)與被控制的機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)相匹配。進(jìn)給運(yùn)動控制參數(shù)主要包括：一般參數(shù)，返回參考點(diǎn)參數(shù)，補(bǔ)償參數(shù)等。,小 結(jié),2020年7月28日星期二,習(xí) 題 5,5.1 影響開環(huán)進(jìn)給精度的主要因素有哪些？ 5.2 如何提高進(jìn)給精度？ 5.3 什么叫跟隨誤差？ 5.4