840D系统补偿功能汇总.docx

1、840D系统补偿功能汇总840D 系统补偿功能汇总数控机床的的几何精度， 定位精度一方面受到机械加工母机的精 度限制， 另一方面更受到机床的材料和机械安装工艺的限制， 往往不 能够达到设计精度要求。 而要在以上诸多方面来提高数控机床的几何 精度，定位精度需要投入大量的人力物力。 在机械很难提高精度的情 况下，通过数控电气补偿能够使数控机床达到设计精度。一、 反向间隙补偿 机床反向间隙误差是指由于机床传动链中机械间隙的存在，机床 执行件在运动过程中， 从正向运动变为反向运动时， 执行件的运动量 与目标值存在的误差，最后反映为叠加至工件上的加工精度。机床反向间隙是机床传动链中各传动单元的间隙综合，

2、如电机与 联轴器的间隙，齿轮箱中齿轮间隙，齿轮与齿条间隙，滚珠丝杠螺母 副与机床运动部件贴合面的间隙等等。反向间隙直接影响到数控机床的定位精度和重复定位精度。 在半 闭环下，由伺服电机编码器作为位置环反馈信号。 机械间隙无法由编 码器检测到， 在机械调整到最佳状态下需要进行反向间隙补偿。 在全 闭环下，直线轴一般采用光栅尺作为位置环反馈信号， 旋转轴一般采 用外接编码器或圆光栅作为位置环反馈信号。 由于是直接检测运动部 件的实际位移， 理论上讲全闭环下无反向间隙。 但是由于光栅尺或圆 光栅本身精度的限制和安装工艺的限制等等，使得全闭环下也具有 “反向间隙”，这在激光干涉仪下能很明显看出来，一般

3、在 0.01mm 左右。西门子840D数控系统反向间隙补偿的方法如下：测得反向间隙值后在轴机床数据输入反向差值，单位为 mm。MD32450 BACKLASH 0MD32450 BACKLASH 1其中0为半闭环，1为全闭环。输入后按下 Reset键，回参考 点后补偿生效。可以在 诊断-服务显示-轴调整-绝对补偿 值测量系统中看到补偿效果。反向间隙补偿能够在较大程度上提高数控机床的定位精度、 重复定位精度，但是它的值是固定的，不能适用于机床的整个行程，这就 需要另一种电气补偿手段，螺距误差补偿。两者结合能使数控机床达 到较高的定位精度和重复定位精度。二、螺距误差补偿重型数控机床的传动机构，一般

4、为滚珠丝杠传动或齿轮齿条传 动。受到制造精度的影响丝杠上的螺距和齿条齿轮的齿距都有微小的 误差，对于半闭环数控机床，这将直接影响其定位精度与重复定位精 度。而对于全闭环，由于受到光栅尺自身的精度，光栅尺安装的直线 度、挠度的影响也会产生“螺距误差”。西门子840D数控系统螺距误差补偿原理如下图所示：$AA_ENC_COMP_STEP$AA_ENC_COMP_MIN$AA ENC COMP MAX补偿间隔为100mm补偿起点为100mm补偿终点为1200mm补偿点总数为12MD: MM ENC COMP MAX POINTS下面以齐二机床厂TK6926型控落地镗的主轴箱 Y轴（第2轴） 为例来说

5、明西门子840D数控系统螺距误差补偿的操作步骤：主轴箱丫轴为全闭环，行程5500mm,我们设置补偿间隔500mm, 起始点为-5500mm，终点为0mm。（1） 设定轴螺距补偿点数修改轴参数 38000MM_ENC_COMP_MAX_POINTS 1=20注意：修改此参数会引使系统在下次上电时重新分配 NCK内存，导 致数据丢失，因此在NCKReset前，应先做好NC数据备份（包括 补偿数据）。（2） 生成并修改补偿表将N（数据回传后，系统自动生成螺距误差补偿文件。 在 服务- 数据管理 -NC-生效-数据-测量系统误差补偿 -测量系统误 差补偿-轴2。将此文件复制到NC数据保存XX.MDr文

6、件夹中，文件名 变为AX2_EEC.INI。按下in put键打开该文件夹，将激光干涉仪测量的 误差值写入文件中，并保存。如下表所示：CHANDATA(I)$AA_ENC_COMP1,0,AX2=-0.179$AA_ENC_COMP1,1,AX2=-O.146$AA_ENC_COMP1,2,AX2=-0.128$AA_ENC_COMP1,3,AX2=-0.111$AA_ENC_COMP1,4,AX2=-0.099$AA_ENC_COMP1,5,AX2=-0.082$AA_ENC_COMP1,6,AX2=-0.065$AA_ENC_COMP1,7,AX2=-0.05$AA_ENC_COMP1,8

7、,AX2=-0.039$AA_ENC_COMP1,9,AX2=-0.023$AA_ENC_COMP1,10,AX2=-0.014$AA_ENC_COMP1,11,AX2=0$AA_ENC_COMP1,12,AX2=0$AA_ENC_COMP1,13,AX2=0$AA_ENC_COMP1,14,AX2=0$AA_ENC_COMP1,15,AX2=0$AA_ENC_COMP1,16,AX2=0$AA_ENC_COMP1,17,AX2=0$AA_ENC_COMP1,18,AX2=0$AA_ENC_COMP1,19,AX2=0$AA_ENC_COMP_STEP1,AX2=500$AA_ENC_COMP

8、_MIN1,AX2=-5500$AA_ENC_COMP_MAX1,AX2=0$AA_ENC_COMP_IS_MODULO1,AX2=0M17（3） 导入补偿数据INI文件至系统先设定参数32700 ENC_COMP_ENABLE 1 =0 （关闭螺距误差补偿使能，否侧数据被保护无法装载）。然后将AX2_EECN文件装载至NC系统。（4） 补偿数据生效设定32700 ENC_COMP_ENABLE 1 =1，NCK Reset，轴返回参考点后，新的螺距补偿值生效。 可以在 诊断-服务显示 -轴调整t绝对补偿值测量系统2中看到补偿效果。数控机床螺距误差补偿时需要注意问题：在全闭环下，进行螺距误差补

9、偿前，应将光栅尺钢带校准，光栅尺盒校直，一般全长在0.1mm以内。如果光栅尺盒未校准，激光干涉仪检测的曲线往往是交叉或平行漂移的。要充分考虑环境对机床和检测仪器的影响，如温度，风速等。大型数控机床往往由于环境的变化精度也随之变化。三、垂度补偿（交叉补偿）在大型数控机床，由于机床自身的结构及其刚性，在重力等自然 因素下，机床悬垂轴的平行度，垂直度往往不能达到机床的设计精度。 如数控落地镗床主轴箱滑枕、镗杆与主轴箱垂直移动的垂直度，大型 数控龙门铣床的溜板移动对工作台面的平行度，大跨度立车垂直刀架 移动对工作台面的平行度。以上误差虽然在机械制造工艺上能够改善 但是一般也都很难达到理想状态，尤其是对

10、高精度的数控机床。垂度 补偿能够使此种误差得以修正，并达到机床的设计精度 。西门子840D数控系统垂度补偿原理与螺距误差补偿相似，其补 偿原理和系统变量、设定数据和机床参数如下图所示：UMfitisE uili- IhMlAM甲 册g&ut Tdbb Tata系统变形量意义如下:$AN_CEC,（补偿点为补偿表号为）$AN_CEC_INPUT_AXIS（基准轴）$AN_CEC_OUTPUT_AXIS（补偿轴）$AN_CEC_STEPvt（两插补点之间的距离）$AN_CEC_MINvt（起点位置）$AN_CEC_MAXvt（终点位置）$AN_CEC_DIRECTIONvt（补偿方向）其中：$AN

11、_CEC_DIRECTIONt=0 :补偿值在基准轴的两个方向有效。$AN_CEC_DIRECTI0Nt=1 :补偿值只在基准轴的正方向有效。 $AN_CEC_DIRECTI0Nt=-1 :补偿值只在基准轴的负方向有效。$AN_CEC_IS_MODULOt:基准轴的补偿带模功能。$AN_CEC_MULT_BY_TABLEt:基准轴的补偿表的相乘表。 设定数据意义如下：SD41300$SN_CEC_TABLE_ENABLEvt垂度补偿赋值表有效。 SD41310$SN_CEC_TABLE_WEIGHTvt垂度补偿赋值表加权因子。 机床参数意义如下：MD18342 $MN_MM_CEC_MAX_P

12、ONTS补偿表的最大补偿点数。MD32710 $MA_CEC_ENAB激活补偿表。MD32720 $MA_CEC_MAX_S垂度补偿补偿值总和的极限值。下面以齐二机床厂TK6920型控落地镗的镗杆Z轴（第3轴）和 主轴箱Y轴（第2轴）为例来说明西门子840D数控系统垂度误差补 偿的操作步骤：其中Z轴为基准轴，Y轴为补偿轴。Z轴行程1200mm我们设置补偿 间隔为30mm,补偿起点为-1200mm,终点为0mm，需要设置总补偿 点数为41个点。1）设定垂度补偿的补偿点数修改机床参数 MD18342 $MN_MM_CEC_MAX_PO0NT$注意：修改此参数会引使系统在下次上电时重新分配 NCK内

13、存，导 致数据丢失，因此在NCKReset前，应先做好NC数据备份（包括 补偿数据）。（2）生成并修改补偿表将NC数据回传后，系统自动生成垂度误差补偿文件。 在 服务 f 数据管理 f NC-生效-数据f垂度/斜度的补偿。将此文件复制到 NC数据保存XX.MDN文件夹中，文件名变为NC_CEC.IN。按下in put 键打开该文件夹，将所测得的误差值写入文件中，并保存。如下表所 示：CHANDATA(1)$AN_CEC0,0=-0.18$AN_CEC0,1=-0.17$AN_CEC0,3=-0.16$AN_CEC0,4=-0.15$AN_CEC0,5=-0.145$AN_CEC0,6=-0.1

14、4$AN_CEC0,7=-0.135$AN_CEC0,8=-0.13$AN_CEC0,9=-0.129$AN_CEC0,10=-0.126$AN_CEC0,11=-0.125$AN_CEC0,12=-0.12$AN_CEC0,13=-0.115$AN_CEC0,14=-0.11$AN_CEC0,15=-0.1$AN_CEC0,16=-0.09$AN_CEC0,17=-0.08$AN_CEC0,18=-0.075$AN_CEC0,19=-0.04$AN_CEC0,20=-0.03$AN_CEC0,21=-0.025$AN_CEC0,22=-0.02$AN_CEC0,23=-0.01$AN_CEC

15、0,25=0$AN_CEC0,26=0$AN_CEC0,27=0$AN_CEC0,28=0$AN_CEC0,29=0$AN_CEC0,30=0$AN_CEC0,31=0$AN_CEC0,32=0$AN_CEC0,33=0$AN_CEC0,34=0$AN_CEC0,35=0$AN_CEC0,36=0$AN_CEC0,37=0$AN_CEC0,38=0$AN_CEC0,39=0$AN_CEC_INPUT_AXIS0=(AX3)$AN_CEC_OUTPUT_AXIS0=(AX2)$AN_CEC_STEP0=30$AN_CEC_MIN0=-1200$AN_CEC_MAXO=O$AN_CEC_DIREC

16、TION0=0$AN_CEC_IS_MODULO0=0M17(3)导入补偿数据INI文件至系统先设定Z轴与Y轴的轴参数MD32710 $MA_CEC_ENABDE(关闭垂 度补偿使能，否侧数据被保护无法装载)。然后将NC_CEC.IN文件装 载至NC系统。(4)补偿数据生效设定Z轴与丫轴的轴参数 MD3271($MA_CEC_ENABL1E再设定 数据 SD41300$SN_CEC_TABLE_ENABLE0=1 垂度补偿赋值表有 效。NCK Reset，Z轴与丫轴返回参考点后，垂度补偿生效。可以在 诊断t服务显示 t轴调整t绝对补偿值测量系统 2中看到补 偿效果。注：如果输入轴和输出轴定义为

17、同一轴且方向相反，这样可以实 现螺距误差双向补偿。同时激活垂度补偿功能参数 19300=4H。四、840D系统温度补偿一、影响：金属材料具有“热胀冷缩“的性质，该特性在物理学上通常用热 膨胀系数(Thermal expansion coefficient , a therm ) 描述。数控机 床的床身、立柱、拖板等导轨基础件和滚珠丝杠等传动部件都是由 金属材料制成，由于机床驱动电机的发热、运动部件摩擦发热以及环 境温度等的变化，均会对机床运动轴位置产生附加误差， 这将直接影响机床的定位精度，从而影响工件的加工精度。对于在普通车间环境 条件下使用的数控机床尤其是行程比较长的落地式镗床， 热膨胀系

18、数的影响更不容忽视。以行程5M的X轴来说，金属材料的热膨胀系数 为10ppm (10卩m/每1m每1度)，理论上温度每上升1度，5m的 行程的X轴就”胀长“50卩m。日温差和冬夏季节温差的影响便可想 而知。因此高精度机床要求在规定的恒温条件下制造或使用，普通条 件下使用的数控机床为保证较高定位精度和加工精度， 须使用”温度补偿“等选件功能消除福建误差。二、补偿原理：机床坐标轴的定位误差随温度变化会附加一定偏差， 对每一给定温度可测出相应的定位误差曲线。数字表达式为： Kx (T) =Ko (T) +tan p( T) * (Px-Po )其中： Kx (T)为轴Px位置的定位误差温度偏差补偿值

19、；Ko (T)是与轴位置不相关的温度偏差(补偿)值；Px为轴的实际位置Po为轴的参考点位置；tan B(T)为与轴位置相关的温度补偿系数(定位误差曲线的梯 度)。840D系统温度补偿功能的工作过程：将测量得到的温度偏差(补 偿)值送至NC插补单元参与插补运算修正轴的运动。 若温度补偿值 Kx (T)为正值就控制轴负向移动，否则就正向移动。由于温度影响的滞后性，PLC程序采取定时间隔采样温度（T）的方法，周期性 的修改NC中相关补偿参数，并利用上面公式计算温度偏差厶Kx（T）， 从而补偿掉温度变化产生的位置偏差。三、 硬件设计：采用PT100型热敏电阻，安装在机床靠近丝杠杆处，采样温度 更接近印

20、发热膨胀的“机温”。A86为S7-300型PLC两通道12位 A/D转换器，起作用是将电阻温度传感器采样的模拟量温度信号转换 成数字量，送到840D的NC-PLC接口，以便PLC程序做运算处理。四、 PT100型电阻温度传感器PT100是铂电阻温度传感器，使用于测量-60度-+400度之间的 温度，完全适用于机床的使用环境温度 5-45度。PT100在0度时 电阻为100 Q,随着温度的变化电阻成线性变化，大约是每摄氏度 0.4 Q。为了把PT100随温度变化的电阻转换成电压，即输出12.5mA 恒电流源共给PT100传感器，在传感器回路中产生5Mv/摄氏度线性 输入电压。A/D传感器把这个电

21、压转换成数字量， 程序周期地读入这些数字量，并将所读的数字量，利用下面的公式计算出温度值。温度T摄氏度=（温度数字量-0摄氏度偏置量）/1摄氏度数字 量。其中：温度数字量二存储在NC-PLC接口 IWxxx中的测量值； 0摄氏度偏置量二在0摄氏度测出的数字量（此次取 4000）;1摄氏度数字量二温度每升高1摄氏度的数字量（此次取16 ）。PLC定时采样温度值，利用上式计算出温度数字量并转换为带 一位小数点的十进制温度值，然后计算出温度补偿参数 Ko(T)，tan B ( T ),周期性送到NCK刷新温度补偿参数 MD二TEMP_COMP_SLOP。五、软件设计：西门子温度补偿有三种类型供选择：

22、1、 位置不相关型： Kx (T) =Ko (T)2、 位置相关性： Kx (T) = tan B( T) * (Px-Po )3、 位置不相关和位置相关型： Kx (T) =Ko (T) +tan B( T) * (Px-Po )软件设计选择第二种类型，即杂一般温度补偿公式 Kx(T ) =Ko (T ) +tan B( T ) * (Px-Po )中取 Ko (T ) =0 (忽略参考 点出温度影响)。PLC程序设计如下：OB23 /定时调用组织块：用 PT100RTD测量温度并计算tanB值，传送到NC刷新机床参数NETWORK 1NETWORK 1L 0/清除 MW196 和 MW19

23、8/在MW250中装入1摄氏度数字量=16T MD196L B#16#10T MW250L B#16#4000T MW2520摄氏度偏置量=4000NETWORK 2L IW500T MW200L IW200L IW252-IT MW198L MW250/IT MW196L B#16#10*IL MW250/IL MW196T MW196L 0T MW198L B#16#10/轴采样温度值把采样温度数字量装入MW200减去0摄氏度偏置量/除以1摄氏度数字量余数乘以10/10*余数/16= 一位小数点的数保存一位小数前的数，即温度小数点删除MW198的值*10*I温度整数值乘以10L MW160

24、L MW200+1 /温度整数值*10+温度小数值*10L MW200NETWORK 3AM78.4/满足启动条件ANM78.1ANM78.2ANM78.3SM78.1/设置传送启动CALLFC3QB105INO :=78.1 传送启动IN1 :=1 /传诵数量IN2 :DB103.TEMP_COMP_SLOP 传送至U NC 参数/传送完成/无故障/传送状态OUT34 :二M78.2OUT35 :二M78.3OUT36 :二DB103.DBW119)/复位启动信号R M78.1NETWORK 6 程序结束END注：需激活功能选项参数19300=1H。五、摩擦补偿（过象限补偿）与圆加工质量相关

25、的调整各轴特性决定圆加工质量，因此调整前应对相关轴电流环、速度环、位置环进行优化。增益、加速度：用于调整圆度，参与圆插补的每个轴实际增益应该一 致，如果加工结果为椭圆，应该匹配MD32200、MD32300。反向间隙：用于调整象限角质量 MD32450。过象限补偿用于调整轴过象限时摩擦对轴的影响 MD 32500 , MD32520 ,MD32540 等。前提：各轴已经优化，包括电流环，速度环，位置环。步骤如下1、在自动模式或者MDA模式下编写一个简单的圆程序，如：GOXO Y0G02 I50 J0 TURN=20 F2000M302、最佳化操作Optimiz / test: Circular

26、. test 、Measurment对测试圆进行相应地设置：如M easurementAxis:Absolute position:Status:ParameleiRadius50 000Feedrate;2000 DMlime:activevactiveVDJ673 mm178 mmRepresentation:mmmvn/min9424D ms門 Communicatioin Io PLC failed.InacliveInactiveRetdXinn 0 001RcprcscnL: Mean ladiuxServiceA祇DrtveUtefaxisMDMDviewsSjs. erf un

27、itsDbplNySit artfunctk)n3、 NC循环启动，运行程序。Start-up CHAN1MMSYF.DIRO5TOHE1.SYF Channel aclirvePiogdni lunningFeedrate:timeRepresentatiofi:2000.000 mvn/mini9424& mt| | nim/giad.Mean radius0 DOI49- 999 num1 756 muY1active meas. slennptinttBiMleaure1- mentServiceamAxis MDDiive MOUier view?DisplayFile functi

28、onsParametBrRadius50.000 mmCiiiculaiiitj/1 test displayResolutionRepresent.:RadiusDelta R:X1active medi：. sftlemPrint graphSelect4、 选择Start启动第一步编制的程序，得到如右图结果:5、可以通过调整参数来调整圆过象限质量：MD32500=1MD32520二调整值 MD32540二调整值理想曲线：二 Counter2IV 二 IIIIIIMD32520 太小Counter 2Counter 2MD32520 太大IIHI 皐 IVMD 32540 太小Counter 2IIICounter 1IIIIVMD 32540 太大川川|丨川川l|川ICounte r 1IIIIV