1、840D 系統補償功能匯總數控機床的的幾何精度， 定位精度一方面受到機械加工母機的精 度限制， 另一方面更受到機床的材料和機械安裝工藝的限制， 往往不 能夠達到設計精度要求。 而要在以上諸多方面來提高數控機床的幾何 精度，定位精度需要投入大量的人力物力。 在機械很難提高精度的情 況下，通過數控電氣補償能夠使數控機床達到設計精度。一、反向間隙補償 機床反向間隙誤差是指由于機床傳動鏈中機械間隙的存在，機床 執行件在運動過程中， 從正向運動變為反向運動時， 執行件的運動量 與目標值存在的誤差，最后反映為疊加至工件上的加工精度。機床反向間隙是機床傳動鏈中各傳動單元的間隙綜合，如電機與 聯軸器的間隙，齒

2、輪箱中齒輪間隙，齒輪與齒條間隙，滾珠絲杠螺母 副與機床運動部件貼合面的間隙等等。反向間隙直接影響到數控機床的定位精度和重復定位精度。 在半 閉環下，由伺服電機編碼器作為位置環反饋信號。 機械間隙無法由編 碼器檢測到， 在機械調整到最佳狀態下需要進行反向間隙補償。 在全 閉環下，直線軸一般采用光柵尺作為位置環反饋信號， 旋轉軸一般采 用外接編碼器或圓光柵作為位置環反饋信號。 由于是直接檢測運動部 件的實際位移， 理論上講全閉環下無反向間隙。 但是由于光柵尺或圓 光柵本身精度的限制和安裝工藝的限制等等，使得全閉環下也具有 “反向間隙”，這在激光干涉儀下能很明顯看出來，一般在 0.01mm 左右。西

3、門子 840D 數控系統反向間隙補償的方法如下： 測得反向間隙值后在軸機床數據輸入反向差值，單位為 mm 。 MD32450 BACKLASH 0MD32450 BACKLASH 1其中 0為半閉環， 1為全閉環。輸入后按下 Reset 鍵，回參考 點后補償生效。可以在 診斷 f 服務顯示 f 軸調整 f 絕對補償 值測量系統 中看到補償效果。反向間隙補償能夠在較大程度上提高數控機床的定位精度、 重復 定位精度，但是它的值是固定的，不能適用于機床的整個行程，這就 需要另一種電氣補償手段， 螺距誤差補償。 兩者結合能使數控機床達 到較高的定位精度和重復定位精度。二、螺距誤差補償 重型數控機床的傳

4、動機構，一般為滾珠絲杠傳動或齒輪齒條傳 動。受到制造精度的影響絲杠上的螺距和齒條齒輪的齒距都有微小的 誤差，對于半閉環數控機床， 這將直接影響其定位精度與重復定位精 度。而對于全閉環，由于受到光柵尺自身的精度，光柵尺安裝的直線 度、撓度的影響也會產生“螺距誤差” 。西門子 840D 數控系統螺距誤差補償原理如下圖所示：$AA_ENC_COMP_STEP$AA_ENC_COMP_MIN$AA ENC COMP MAX補償間隔為100mm補償起點為100mm補償終點為1200mm補償點總數為12MD: MM ENC COMP MAX POINTS下面以齊二機床廠TK6926型控落地鏜的主軸箱 Y軸

5、（第2軸） 為例來說明西門子840D數控系統螺距誤差補償的操作步驟：主軸箱丫軸為全閉環，行程5500mm,我們設置補償間隔500mm, 起始點為-5500mm，終點為0mm。（1）設定軸螺距補償點數修改軸參數 38000MM_ENC_COMP_MAX_POINTS 1=20注意：修改此參數會引使系統在下次上電時重新分配 NCK內存，導 致數據丟失，因此在NCKReset前，應先做好NC數據備份（包括 補償數據）。（2）生成并修改補償表將N（數據回傳后，系統自動生成螺距誤差補償文件。 在 服務- 數據管理 -NC-生效-數據-測量系統誤差補償 -測量系統誤 差補償-軸2。將此文件復制到NC數據保

6、存XX.MDr文件夾中，文件名 變為AX2_EEC.INI。按下in put鍵打開該文件夾，將激光干涉儀測量的 誤差值寫入文件中，并保存。如下表所示：CHANDATA(1)$AA_ENC_COMP1,0,AX2=-0.179$AA_ENC_COMP1,1,AX2=-0.146$AA_ENC_COMP1,2,AX2=-0.128$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

7、_COMP1,8,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_

8、ENC_COMP_MIN1,AX2=-5500$AA_ENC_COMP_MAX1,AX2=0$AA_ENC_COMP_IS_MODULO1,AX2=0M17（3）導入補償數據 INI 文件至系統先設定參數 32700 ENC_COMP_ENABLE 1 =0（關閉螺距誤差補償使能，否側數據被保護無法裝載）。然后將AX2_EECN文件裝 載至NC系統。（ 4） 補償數據生效設定32700 ENC_COMP_ENABLE 1=1，NCK Reset，軸返回參考點后，新的螺距補償值生效。 可以在 診斷-服務顯示 -軸調整 t絕對補償值測量系統2中看到補償效果。數控機床螺距誤差補償時需要注意問題： 在

9、全閉環下，進行螺距誤差補償前，應將光柵尺鋼帶校準，光柵尺盒校直，一般全長在0.1mm以內。如果光柵尺盒未校準，激光 干涉儀檢測的曲線往往是交叉或平行漂移的。要充分考慮環境對機床和檢測儀器的影響，如溫度，風速等。大型數控機床往往由于環境的變化精度也隨之變化。三、垂度補償（交叉補償）在大型數控機床，由于機床自身的結構及其剛性，在重力等自然 因素下，機床懸垂軸的平行度，垂直度往往不能達到機床的設計精度。 如數控落地鏜床主軸箱滑枕、鏜桿與主軸箱垂直移動的垂直度，大型 數控龍門銑床的溜板移動對工作臺面的平行度，大跨度立車垂直刀架 移動對工作臺面的平行度。以上誤差雖然在機械制造工藝上能夠改善 但是一般也都

10、很難達到理想狀態，尤其是對高精度的數控機床。垂度 補償能夠使此種誤差得以修正，并達到機床的設計精度 。西門子840D數控系統垂度補償原理與螺距誤差補償相似，其補 償原理和系統變量、設定數據和機床參數如下圖所示：taMe |ActMddLafm iUAir«rit EMpfcdliiMi 勺wAt irnAfr&r系統變形量意義如下： $AN_CEC<t>,<N> （ 補償點為 <N> 補償表號為 <t>） $AN_CEC_INPUT_AXIS<t> （ 基準軸 ） $AN_CEC_OUTPUT_AXIS<t&g

11、t; （ 補償軸 ） $AN_CEC_STEP<t> （ 兩插補點之間的距離 ） $AN_CEC_MIN<t> （ 起點位置 ） $AN_CEC_MAX<t> （ 終點位置 ） $AN_CEC_DIRECTION<t> （ 補償方向 ） 其中：$AN_CEC_DIRECTIONt=0 ：補償值在基準軸的兩個方向有效。$AN_CEC_DIRECTIONt=1 ：補償值只在基準軸的正方向有效。$AN_CEC_DIRECTIONt=-1 ：補償值只在基準軸的負方向有效。 $AN_CEC_IS_MODULOt ：基準軸的補償帶模功能。 $AN_CEC_M

12、ULT_BY_TABLEt ：基準軸的補償表的相乘表。 設定數據意義如下：SD41300$SN_CEC_TABLE_ENABLE<t> 垂度補償賦值表有效。SD41310$SN_CEC_TABLE_WEIGHT<t> 垂度補償賦值表加權因子。 機床參數意義如下：MD18342 $MN_MM_CEC_MAX_PO<INt>TS： 補償表的最大補償點數。MD32710 $MA_CEC_ENAB激活補償表。MD32720 $MA_CEC_MAX_S垂度補償補償值總和的極限值。下面以齊二機床廠 TK6920 型控落地鏜的鏜桿 Z 軸（第 3 軸）和 主軸箱 Y 軸（

13、第 2軸）為例來說明西門子 840D 數控系統垂度誤差補 償的操作步驟：其中Z軸為基準軸，Y軸為補償軸。Z軸行程1200mm我們設置補償 間隔為30mm,補償起點為-1200mm,終點為0mm,需要設置總補償 點數為 41 個點。1 ） 設定垂度補償的補償點數修改機床參數 MD18342 $MN_MM_CEC_MAX_PO0IN=T4S1 注意：修改此參數會引使系統在下次上電時重新分配 NCK 內存,導 致數據丟失,因此在 NCKReset 前,應先做好 NC 數據備份（包括 補償數據）。（2） 生成并修改補償表將NC數據回傳后，系統自動生成垂度誤差補償文件。 在 服務 f 數據管理 f NC

14、-生效-數據f垂度/斜度的補償。將此文件復制到 NC數據保存XX.MDN文件夾中，文件名變為NC_CEC.IN。按下in put 鍵打開該文件夾,將所測得的誤差值寫入文件中,并保存。如下表所 示：CHANDATA（1）$AN_CEC0,0=-0.18$AN_CEC0,1=-0.17 $AN_CEC0,2=-0.165$AN_CEC0,3=-0.16$AN_CEC0,4=-0.15$AN_CEC0,5=-0.145$AN_CEC0,6=-0.14$AN_CEC0,7=-0.135$AN_CEC0,8=-0.13$AN_CEC0,9=-0.129$AN_CEC0,10=-0.126$AN_CEC0

15、,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_CEC0,24=0 $AN_CEC0,25=0$AN_CEC0,26=0$AN_CEC0,27=0$AN_CEC0,28=0$AN_CEC0,29=0$AN_

16、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_MAX0=0$AN_CEC_DIRECTION0=0 $AN_CEC_MULT_BY_TABLE0=0$AN_CEC_IS_MODULO0=0M17(3)

17、導入補償數據 INI 文件至系統先設定Z軸與Y軸的軸參數MD32710 $MA_CEC_ENABDE(關閉垂 度補償使能，否側數據被保護無法裝載)。然后將NC_CECN文件裝 載至NC系統。( 4) 補償數據生效設定Z軸與丫軸的軸參數 MD3271C$MA_CEC_ENABL1E再設定 數據 SD41300$SN_CEC_TABLE_ENABLE0=1 垂度補償賦值表有 效。NCK Reset，Z軸與丫軸返回參考點后，垂度補償生效。可以在 診斷t服務顯示 t軸調整t絕對補償值測量系統 2中看到補 償效果。注：如果輸入軸和輸出軸定義為同一軸且方向相反， 這樣可以實 現螺距誤差雙向補償。同時激活垂

18、度補償功能參數 19300=4H 。四、 840D 系統溫度補償一、影響： 金屬材料具有“熱脹冷縮“的性質，該特性在物理學上通常用熱 膨脹系數(Thermal expansion coefficient , a therm ) 描述。數控機 床的床身、立柱、 拖板等導軌基礎件和滾珠絲杠等傳動部件都是由 金屬材料制成， 由于機床驅動電機的發熱、 運動部件摩擦發熱以及環 境溫度等的變化， 均會對機床運動軸位置產生附加誤差， 這將直接影 響機床的定位精度， 從而影響工件的加工精度。 對于在普通車間環境 條件下使用的數控機床尤其是行程比較長的落地式鏜床， 熱膨脹系數 的影響更不容忽視。 以行程 5M

19、的 X 軸來說，金屬材料的熱膨脹系數 為10ppm (10 p m/每1m每1度)，理論上溫度每上升1度，5m的 行程的X軸就”脹長“50 p m。日溫差和冬夏季節溫差的影響便可想 而知。因此高精度機床要求在規定的恒溫條件下制造或使用， 普通條 件下使用的數控機床為保證較高定位精度和加工精度， 須使用” 溫度 補償“等選件功能消除福建誤差。二、補償原理： 機床坐標軸的定位誤差隨溫度變化會附加一定偏差， 對每一給定 溫度可測出相應的定位誤差曲線。數字表達式為： Kx (T) =Ko (T) +tan p( T) * (Px-Po )其中： Kx (T)為軸Px位置的定位誤差溫度偏差補償值；Ko

20、(T)是與軸位置不相關的溫度偏差(補償)值；Px 為軸的實際位置Po 為軸的參考點位置；tan B(T)為與軸位置相關的溫度補償系數(定位誤差曲線的梯 度)。840D 系統溫度補償功能的工作過程： 將測量得到的溫度偏差(補 償)值送至 NC 插補單元參與插補運算修正軸的運動。 若溫度補償值 Kx (T)為正值就控制軸負向移動，否則就正向移動。由于溫度影響的滯后性，PLC程序采取定時間隔采樣溫度（T）的方法，周期性的修改NC中相關補償參數，并利用上面公式計算溫度偏差厶Kx（T），從而補償掉溫度變化產生的位置偏差。三、硬件設計：采用 PT100 型熱敏電阻，安裝在機床靠近絲杠桿處，采樣溫度 更接近

21、印發熱膨脹的“機溫”。A86為S7-300型PLC兩通道12位 A/D 轉換器，起作用是將電阻溫度傳感器采樣的模擬量溫度信號轉換 成數字量， 送到 840D 的 NC-PLC 接口，以便 PLC 程序做運算處理。四、PT100型電阻溫度傳感器PT100 是鉑電阻溫度傳感器， 使用于測量 -60度+400 度之間的溫度，完全適用于機床的使用環境溫度 5-45 度。 PT100 在 0 度時 電阻為100 Q,隨著溫度的變化電阻成線性變化，大約是每攝氏度 0.4 Q。為了把PT100隨溫度變化的電阻轉換成電壓，即輸出12.5mA 恒電流源共給PT100傳感器，在傳感器回路中產生5Mv/攝氏度線性

22、輸入電壓。 A/D 傳感器把這個電壓轉換成數字量， 程序周期地讀入這 些數字量，并將所讀的數字量，利用下面的公式計算出溫度值。溫度T攝氏度=（溫度數字量-0攝氏度偏置量）/1攝氏度數字 量。其中：溫度數字量二存儲在NC-PLC接口 IWxxx中的測量值；0 攝氏度偏置量 =在 0 攝氏度測出的數字量（此次取 4000）；1 攝氏度數字量 =溫度每升高 1 攝氏度的數字量（此次取 16）。PLC 定時采樣溫度值，利用上式計算出溫度數字量并轉換為帶 一位小數點的十進制溫度值， 然后計算出溫度補償參數 Ko(T)，tan B ( T ),周期性送到NCK刷新溫度補償參數 MD=TEMP_COMP_S

23、LOP 。五、軟件設計：西門子溫度補償有三種類型供選擇：1、位置不相關型： Kx (T) =Ko (T)2、 位置相關性： Kx( T)= tan B( T)*( Px-Po)3、位置不相關和位置相關型：Kx(T)=Ko(T)+tanB(T)*(Px-Po)軟件設計選擇第二種類型，即雜一般溫度補償公式Kx(T) =Ko (T) +tan B( T) * (Px-Po )中取 Ko (T) =0 (忽略參考 點出溫度影響 。PLC 程序設計如下：OB23 /定時調用組織塊：用 PT100RTD 測量溫度并計算 tanB值，傳送到NC刷新機床參數NETWORK 1NETWORK 1L 0T MD1

24、96/ 清除 MW196 和 MW198L B#16#10T MW250/在 MW250 中裝入 1 攝氏度數字量 =16L B#16#4000T MW252 /0 攝氏度偏置量 =4000NETWORK 2L IW500/ 軸采樣溫度值T MW200/ 把采樣溫度數字量裝入 MW200L IW200L IW252-IT MW198L MW250/IT MW196/減去 0 攝氏度偏置量/除以 1 攝氏度數字量L B#16#10*IL MW250/IL MW196T MW196L 0T MW198/余數乘以 10/10*余數/16=一位小數點的數/保存一位小數前的數，即溫度小數點/刪除 MW1

25、98 的值*10L B#16#10*I/溫度整數值乘以 10LMW160LMW200+I/溫度整數值 *10+ 溫度小數值 *10LMW200TDB103.DBD220/ 傳送結果到 DB103.DBD220NETWORK 3AM78.4/滿足啟動條件ANM78.1ANM78.2ANM78.3SM78.1/設置傳送啟動CALLFC3,DB105IN0:=78.1/傳送啟動IN1:=1/傳誦數量:DB103.TEMP_COMP_SLOPIN2/ 傳送到 NC 參數OUT34 ：=M78.2/傳送完成OUT35 ：=M78.3/無故障OUT36 ：=DB103.DBW119/傳送狀態IO37 ：

26、=DB103.DBD220/采樣溫度值AM78.4ANM78.1ANM78.2ANM78.3RM48.4AM78.1A(OM78.2OM78.3/復位啟動條件)R M78.1/復位啟動信號NETWORK 6/程序結束END注：需激活功能選項參數 19300=1H。五、摩擦補償（過象限補償）與圓加工質量相關的調整 各軸特性決定圓加工質量，因此調整前應對相關軸電流環、速度環、 位置環進行優化。增益、加速度： 用于調整圓度，參與圓插補的每個軸實際增益應該一 致，如果加工結果為橢圓，應該匹配MD32200、MD32300。反向間隙：用于調整象限角質量 MD32450。過象限補償用于調整軸過象限時摩擦對軸的影響MD 32500 , MD32520 ,MD32540 等。前提：各軸已經優化，包括電流環，速度環，位置環。步驟如下1、在自動模式或者MDA模式下編寫一個簡單的圓程序，如：GOXO Y0G02 I50 J0 TURN=20 F2000M302、最佳化操作Optimiz / test:Circular. test 、Measurment對測試圓進行相應地設置：如Start-upCHAN1MOII5YEDIHOSTORE1 SYFChanincl resetProgim abcrlcdCiicularity lest imcauiemcntM ea