常州轻工职业技术学院 数控机床故障诊断及维护课程授课教案NO:L1 授课日期 授课班级03机电33103机电332 课是 伺服系统故障诊断(三) 授课类型 讲授 课时数 教 难 教 学的点点具图 挂 教学过程 教学方法 及 主要教学内容 的运用 时间分配 3位置检测装置 数控机床伺服系统最终是以位置控制为目的,对于闭环控制 的伺服系统,位置检测元件的精度将直接影响到机床的位置精度。 目前,用于闭环控制的位置检测元件多用光栅尺:用于半闭环控 制的位置检测元件多用光电编码器。 31故障形式 当位置控制出现故障时,往往在CRT上显示报警号及报警信 息。大多数情况下,若正在运动着的轴实际位置超过机床参数所 设定的允差值,则产生轮廓误差监视报警:若机床坐标轴定位时 的实际位置与给定位置之差超过机床参数设定的允差值,则产生 静态误差监视报警:若位置测量硬件有故障,则产生测量装置监 控报警等。表5-6为西门子数控系统有关位置控制报警对照表 裹56位置控制报警 内容 SINUMERIK 3/8 SINUMERIK810320850880 超出夹紧允差( Camina priori 1,2 度实际指令值太大( Set spead tm high) 28·、130·、1306 位测量硬件故障( Measuring circuit 15 漂移太太 Drft too high)
1 常州轻工职业技术学院 数控机床故障诊断及维护 课 程 授 课 教 案 NO: 11 授课日期 授课班级 03 机电 331 03 机电 332 课题 伺服系统故障诊断（三） 授课类型 讲 授 课时数 教 学 目 的 重 点 难 点 教 具 挂 图 教学过程 及 时间分配 主 要 教 学 内 容 教学方法 的运用 3 位置检测装置 数控机床伺服系统最终是以位置控制为目的，对于闭环控制 的伺服系统，位置检测元件的精度将直接影响到机床的位置精度。 目前，用于闭环控制的位置检测元件多用光栅尺；用于半闭环控 制的位置检测元件多用光电编码器。 3.1 故障形式 当位置控制出现故障时，往往在 CRT 上显示报警号及报警信 息。大多数情况下，若正在运动着的轴实际位置超过机床参数所 设定的允差值，则产生轮廓误差监视报警；若机床坐标轴定位时 的实际位置与给定位置之差超过机床参数设定的允差值，则产生 静态误差监视报警；若位置测量硬件有故障，则产生测量装置监 控报警等。表 5—6 为西门子数控系统有关位置控制报警对照表
32位置检测元件的维护 321光栅 光栅有两种形式,一是透射光栅,即在一条透明玻璃片上刻 有一系列等间隔密集线纹;二是反射光栅,即在长条形金属镜面 上制成全反射或漫反射间隔相等的密集线纹。光栅输出信号有: 两个相位信号输出,用于辨向:一个零标志信号,用于机床回参 考点的控制。对光栅尺的维护要注意: )防污光栅尺由于直接安装于工作台和机床床身上,因 此,极易受到冷却液的污染,从面造成信号丢失,影响位置控制 精度 冷却液在使用过程中会产生轻微结晶,这种结晶在扫描头 上形成一层薄膜且透光性不易清除,故在选用冷却液时要慎重。 2)加工过程中,冷却液的压力不要太大,流量不要过大,以 免形成大量的水雾进入光栅。 3)光栅最好通入低压压缩空气(10Pa左右),以免扫描头运动 时形成的负压把污物吸入光栅。压缩空气必须净化,滤芯应保持 清洁并定期更换 4)光栅上的污物可以用脱脂棉蘸无水酒精轻轻撩除。 (2)防振光栅拆装时要用静力,不能用硬物敲击,以免引起 光学元件的损坏。 322光电脉冲编码器 光电脉冲编码器是在一个圆盘的边缘上开有间距相等的缝 隙,在其两边分别装有光源和光敏元件。当圆盘转动时,光线的 明暗变化,经光敏元件生成电信号的强弱,从而得到脉冲信号。 编码器的输出信号有:两个相位信号输出,用于辨向:;一个零标 志信号(又称一转信号),用于机床回参考点的控制。另外还有+5v 电源和接地端。编码器的维护主要注意两个问题: (1)防振和防污由于编码器是精密测量元件,使用环境或拆 装时要与光栅一样注意防振和防污问题。污染容易造成信号丢失, 振动容易使编码器内的紧固件松动脱落,造成内部电源短路。 (2)联接松动脉冲编码器用于位置检测时有两种安装形式, 种是与伺服电动机同轴安装,称为内装式编码器,如西门 IFT5、lFT6伺服电动机上的ROD320编码器,另一种是编码器 安装于传动链末端,称为外装式编码器,当传动链较长时,这种 安装方式可以减小传动链累积误差对位置检测精度的影响。不管 是哪种安装方式,都要注意编码器联接松动的问题。由于联接松 动,往往会影响位置控制精度。另外,在有些交流伺服电动机中 内装式编码器除了位置检测外,同时还具有测速和交流伺服电动 机转子位置检测的作用,如三菱以系列交流伺服电动机中的编码 器( ROTARY ENCODER OSE253S)。因此,编码器联接松动还会 引起进给运动的不稳定,影响交流伺服电动机的换向控制,从而 引起机床的振动。 2
2 3.2 位置检测元件的维护 3.2.1 光栅 光栅有两种形式，一是透射光栅，即在一条透明玻璃片上刻 有一系列等间隔密集线纹；二是反射光栅，即在长条形金属镜面 上制成全反射或漫反射间隔相等的密集线纹。光栅输出信号有： 两个相位信号输出，用于辨向；一个零标志信号，用于机床回参 考点的控制。对光栅尺的维护要注意： (1)防污 光栅尺由于直接安装于工作台和机床床身上，因 此，极易受到冷却液的污染，从面造成信号丢失，影响位置控制 精度。 1)冷却液在使用过程中会产生轻微结晶，这种结晶在扫描头 上形成一层薄膜且透光性不易清除，故在选用冷却液时要慎重。 2)加工过程中，冷却液的压力不要太大，流量不要过大，以 免形成大量的水雾进入光栅。 3)光栅最好通入低压压缩空气(105Pa 左右)，以免扫描头运动 时形成的负压把污物吸入光栅。压缩空气必须净化，滤芯应保持 清洁并定期更换。 4)光栅上的污物可以用脱脂棉蘸无水酒精轻轻撩除。 (2)防振 光栅拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免引起 光学元件的损坏。 3.2.2 光电脉冲编码器 光电脉冲编码器是在一个圆盘的边缘上开有间距相等的缝 隙，在其两边分别装有光源和光敏元件。当圆盘转动时，光线的 明暗变化，经光敏元件生成电信号的强弱，从而得到脉冲信号。 编码器的输出信号有：两个相位信号输出，用于辨向；一个零标 志信号(又称一转信号)，用于机床回参考点的控制。另外还有+5v 电源和接地端。编码器的维护主要注意两个问题： (1)防振和防污 由于编码器是精密测量元件，使用环境或拆 装时要与光栅一样注意防振和防污问题。污染容易造成信号丢失， 振动容易使编码器内的紧固件松动脱落，造成内部电源短路。 (2)联接松动 脉冲编码器用于位置检测时有两种安装形式， 一种是与伺服电动机同轴安装，称为内装式编码器，如西门子 1FT5、1FT6 伺服电动机上的 ROD320 编码器，另一种是编码器 安装于传动链末端，称为外装式编码器，当传动链较长时，这种 安装方式可以减小传动链累积误差对位置检测精度的影响。不管 是哪种安装方式，都要注意编码器联接松动的问题。由于联接松 动，往往会影响位置控制精度。另外，在有些交流伺服电动机中， 内装式编码器除了位置检测外，同时还具有测速和交流伺服电动 机转子位置检测的作用，如三菱以系列交流伺服电动机中的编码 器(ROTARY ENCODER OSE253S)。因此，编码器联接松动还会 引起进给运动的不稳定，影响交流伺服电动机的换向控制，从而 引起机床的振动
323感应同步器 感应同步器是一种电磁感应式的高精度位移检测元件,它由 定尺和滑尺两部分组成且相对平行安装,定尺和滑尺上的绕组均 为矩形绕组,其中定尺绕组是连续的,滑尺上分布着两个励磁绕 组,即sin绕组和cos绕组,分别接人交流电。对感应同步器的 维护应注意:①安装时,必须保持定尺和滑尺相对平行,且定尺 固定蛆柱不得超过尺面,调整间隙在009~0.15mm为宜。②不要 损坏定尺表面耐切削液涂层和滑尺表面一层带绝缘层的铝箔,否 则会腐蚀厚度较小的电解铜箔。③接线时要分清滑尺的sin绕织 和cos绕组,其阻值基本相同,这两个绕组必须分别接入励磁电 324旋转变压器 旋转变压器输出电压与转子的角位移有固定的函数关系、可 用作角度检测元件,一般用于精度要求不高或大型机床的粗测及 中测系统。对旋转变压器的维护应注意:①接线时,定子上有相 等匝数的励磁绕组和补偿绕组,转子上也有相等匝钦的sin绕组 和cos但转于和定子的绕组阻值却不同,一般定子电阻阻值稍大, 有时补偿绕组自行短接或接入一个阻抗。②由于结构上与绕线转 子异步电动机相似,因此,碳刷磨损到一定程度后要更换 32.5磁栅尺 磁栅是由磁性标尺、磁头和检测电路三部分组成。磁性你尺 是在非导磁材料,如玻璃,不锈钢等材料的基体上,覆盖上一层 10一20Pm厚的磁性材料,形成一层均匀有规则的磁性膜。对磁 栅尺的维护应注意:①不能将磁性膜刮坏,防止铁屑和油污落在 磁性标尺和磁头上,要用脱脂棉蘸酒精轻轻地擦其表面。②不能 用力拆装和撞击磁性标尺和磁头,否则会使磁性减弱或使磁场紊 乱。③接线时要分清磁头上激磁绕组和输出绕组,前者绕在磁路 截面尺寸较小的横臂上,后者绕在磁路截面尺寸较大的竖杆上。 33位置检测的故障诊断 331输出信号 如图5一3为 SIEMENS数控系统位控模块与位置检测装置的 连接关系 图5-31中,增量式旋转测量装置或直线测量装置的输出信 号有两种形式:一是电压或电流正弦信号,其中EXE为脉冲整形 插值器;二是TIL电平信号。以 HDENHAIN公司的正弦电流输 出型的光栅尺为例,该光栅由光栅尺、脉冲整形插值器(EXE)、电 缆及接插件等部件组成,如图5-32所示 机床在运动过程中,从扫描单元输出三组信号:两组增量信 号由4个光电池产生,把两个相差180°的光电池接在一起,它们
3 3.2.3 感应同步器 感应同步器是一种电磁感应式的高精度位移检测元件，它由 定尺和滑尺两部分组成且相对平行安装，定尺和滑尺上的绕组均 为矩形绕组，其中定尺绕组是连续的，滑尺上分布着两个励磁绕 组，即 sin 绕组和 cos 绕组，分别接人交流电。对感应同步器的 维护应注意：①安装时，必须保持定尺和滑尺相对平行，且定尺 固定蛆柱不得超过尺面，调整间隙在 0.09~0.15mm 为宜。②不要 损坏定尺表面耐切削液涂层和滑尺表面一层带绝缘层的铝箔，否 则会腐蚀厚度较小的电解铜箔。③接线时要分清滑尺的 sin 绕织 和 cos 绕组，其阻值基本相同，这两个绕组必须分别接入励磁电 压。 3.2.4 旋转变压器 旋转变压器输出电压与转子的角位移有固定的函数关系、可 用作角度检测元件，一般用于精度要求不高或大型机床的粗测及 中测系统。对旋转变压器的维护应注意：①接线时，定子上有相 等匝数的励磁绕组和补偿绕组，转子上也有相等匝钦的 sin 绕组 和 cos 但转于和定子的绕组阻值却不同，一般定子电阻阻值稍大， 有时补偿绕组自行短接或接入一个阻抗。②由于结构上与绕线转 子异步电动机相似，因此，碳刷磨损到一定程度后要更换。 3.2.5 磁栅尺 磁栅是由磁性标尺、磁头和检测电路三部分组成。磁性你尺 是在非导磁材料，如玻璃，不锈钢等材料的基体上，覆盖上一层 10 一 20Pm 厚的磁性材料，形成一层均匀有规则的磁性膜。对磁 栅尺的维护应注意：①不能将磁性膜刮坏，防止铁屑和油污落在 磁性标尺和磁头上，要用脱脂棉蘸酒精轻轻地擦其表面。②不能 用力拆装和撞击磁性标尺和磁头，否则会使磁性减弱或使磁场紊 乱。③接线时要分清磁头上激磁绕组和输出绕组，前者绕在磁路 截面尺寸较小的横臂上，后者绕在磁路截面尺寸较大的竖杆上。 3.3 位置检测的故障诊断 3.3.1 输出信号 如图5—3l为SIEMENS 数控系统位控模块与位置检测装置的 连接关系。 图 5—31 中，增量式旋转测量装置或直线测量装置的输出信 号有两种形式：一是电压或电流正弦信号，其中 EXE 为脉冲整形 插值器；二是 TTL 电平信号。以 HDENHAIN 公司的正弦电流输 出型的光栅尺为例，该光栅由光栅尺、脉冲整形插值器(EXE)、电 缆及接插件等部件组成，如图 5—32 所示。 机床在运动过程中，从扫描单元输出三组信号：两组增量信 号由 4 个光电池产生，把两个相差 180O 的光电池接在一起，它们
的推挽就形成了相位差90、幅值为11uA左右的I和Ie2两组 近似正弦波,一组基准信号也由两个相差180°的光电池接成推挽 形式,输出为一尖峰信号I.其有效分量约为55uA,此信号只 有经过基准标志时才产生。所谓基准标志,是在光栅尺身外壳上 装有一块磁铁,在扫描单元上装有一只干簧管在接近磁铁时,干 簧管接通,基准信号才能输出 增量式旋转测量 装置或直线测量 CNc控模块 装置 增量式测量装置 (位掉横块中有 EXE X131 增量式数字测 X121 量装算 几的RD20 在伺服电动机中 几。感应同步器成旋转 Q变压馨(另加洲) 图531位控模块与位置检测装置的连接 产 图532光栅尺组成 1—光栅尺2一描头3—连接电螅4EXE 两组增量信号I1、l经传输电缆和插接件进入EXE,经放大、 整形后,输出两路相位差90的方波纹号Ua1、Ua2及参考信号Ua0, 这些信号经适当组合处理,即可在一个信号周期内产生5个脉冲, 即5倍频处理,经连接器送至CNC位控模块,如图5-33所示 uuuuuu Ua via uuuuuuu 图5—33EXE信号处理 a)正弦测量信号b数字化后的测量信号c)5倍频后的测量信号
4 的推挽就形成了相位差 90O、幅值为 11uA 左右的 Ie1 和 Ie2 两组 近似正弦波，一组基准信号也由两个相差 180O 的光电池接成推挽 形式，输出为一尖峰信号 Ieo．其有效分量约为 5.5uA，此信号只 有经过基准标志时才产生。所谓基准标志，是在光栅尺身外壳上 装有一块磁铁，在扫描单元上装有一只干簧管在接近磁铁时，干 簧管接通，基准信号才能输出。 两组增量信号 Ie1、Ie2 经传输电缆和插接件进入 EXE，经放大、 整形后，输出两路相位差 90O 的方波纹号 Ua1、Ua2 及参考信号 Ua0， 这些信号经适当组合处理，即可在一个信号周期内产生 5 个脉冲， 即 5 倍频处理，经连接器送至 CNC 位控模块，如图 5—33 所示。 图 5—33EXE 信号处理 a)正弦测量信号 b)数字化后的测量信号 c)5 倍频后的测量信号
332EXE信号处理 脉冲整形插值器(EXE的作用是将光栅尺或编码器输出的增 量信号Iel、l和Iso进行放大、整形、倍频和报警处理,输出至 CNC进行位置控制。EXE由基本电路和细分电路组成,如图5-34 整形电路 动 CNC 图534EXE电路组成 基本电路印制线路板内含通道放大器、整形电路、驱动和报 警电路等,细分电路作为任选功能单独制成一块线路板,两板之 间通过J3连接器连接。 (1)通道放大器当光栅检测产生正弦波电流信号L、l2和Lo 后,经通道放大器,输出一定幅值的正弦电流电压。 (2)整形电路在对I、Ia和I放大的基础上,经整形电路 转换成与之相对应的三路方波信号U、Ua和U20,其TIL高电 平大于等于25V,低电平小于等于0.5V。 (3)报警电路当光栅由于输入电缆断裂、光栅污染或灯泡损 坏等原因,造成通道放大器输出信号为零,这时报警信号经驱动 电路驱动后,由连接器J2输出至CNC系统 (4)细分电路在某些精度很高的数控机床,如数控磨床的位 置控制中,要求位置测量有较高的分辨率,如仅靠光栅尺本身的 精度不能满足,为此必须采用细分电路来提高分辨率,以适应高 精度机床的需求。基本电路通道放大器的输出信号经连接器J3接 人细分电路,经细分电路处理后,又通过连接器J3输出在一个周 期内两路相位差90°、占空比为1:1的五细分方波信号。这两路 方波信号经基本电路中的驱动电路驱功后,即为对应的Ua1和Ua 通道信号,由连接器J2输出至CNC系统。 另外,同步电路的目的是为了获得与Ua1和Ua2两路方波信号 前、后沿精确对应的方波参考脉冲
5 3.3.2 EXE 信号处理 脉冲整形插值器(EXE 的作用是将光栅尺或编码器输出的增 量信号 Ie1、Ie2 和 Ie0 进行放大、整形、倍频和报警处理，输出至 CNC 进行位置控制。EXE 由基本电路和细分电路组成，如图 5-34 所示。 基本电路印制线路板内含通道放大器、整形电路、驱动和报 警电路等，细分电路作为任选功能单独制成一块线路板，两板之 间通过 J3 连接器连接。 (1)通道放大器 当光栅检测产生正弦波电流信号 Ie1、Ie2 和 Ie0 后，经通道放大器，输出一定幅值的正弦电流电压。 (2)整形电路 在对 Ie1、Ie2 和 Ie0 放大的基础上，经整形电路 转换成与之相对应的三路方波信号 Ue1、Ue2 和 Ue0，其 TTL 高电 平大于等于 2.5V，低电平小于等于 0.5V。 (3)报警电路 当光栅由于输入电缆断裂、光栅污染或灯泡损 坏等原因，造成通道放大器输出信号为零，这时报警信号经驱动 电路驱动后，由连接器 J2 输出至 CNC 系统。 (4)细分电路 在某些精度很高的数控机床，如数控磨床的位 置控制中，要求位置测量有较高的分辨率，如仅靠光栅尺本身的 精度不能满足，为此必须采用细分电路来提高分辨率，以适应高 精度机床的需求。基本电路通道放大器的输出信号经连接器 J3 接 人细分电路，经细分电路处理后，又通过连接器 J3 输出在一个周 期内两路相位差 90O、占空比为 1：1 的五细分方波信号。这两路 方波信号经基本电路中的驱动电路驱功后，即为对应的Ua1 和Ua2， 通道信号，由连接器 J2 输出至 CNC 系统。 另外，同步电路的目的是为了获得与 Ua1 和 Ua2 两路方波信号 前、后沿精确对应的方波参考脉冲
333故障诊断 当出现位置环开环报警时,将J2连接器脱开,在CNC系统 的一例,把J2连接器上的+5V线同报警线ALM连在一起,合上 数控系统电源,根据报警是否再现,便可迅速判断出故障的部位 是在测量装置还是在CNC系统的接口板上。若问题出现在测量装 置,则可测J连接器上有无信号输入,这样便可将故障定位在光 栅尺或EXE脉冲整形电路。 4伺服系统参数 由于伺服系统由位置环和速度环组成,两个环的参数调整是 否恰当,相互之间是否匹配将直接影响到伺服系统的性能。 41速度环调整 速度环的参数调整有两种形式:一是通过驱动装置上的电位 器进行模拟调节,如图5-23所示 SIMODRIVE611A的电位器调 节;二是数字式调节,如图5-4所示三菱MR-J2驱动装置上的数 字式设定。在全数字式数控系统中,由于数控系统与驱动装置的 通信联系,驱动装置中的参数可通过数控系统直接进行设定。速 度环调整的主要参数有: 4.1.1速度环增益调整 用以改善进给传动的特性,避免振荡。调整时,先将速度环 增益调大使进给产生振荡,再将増益调小至振荡消失。通过驱动 装置上的电流测试端子,用示波器观察电流波形的变化情况。 41.2零飘调整 又称零速平衡调整。零飘调整就是要克服出于驱动装置电气 参数的漂移或不对称,造成无给定信号时有转速输出的现象。调 整时,在轴使能信号有效及速度给定信号为零的条件下,通过零 飘调整,用万用表经测试端子采样得到的实际电流应为零 41.3测速反馈深度调整 用于改善速度环控制的机械特性。 414滞后时间常数调整 该参数反映了驱动装置对速度给定信号的响应时间,它的大 小将影响速度环的稳定性必须与速度环增益调整及测速反馈深度 调整同时进行。 42位置环调整 位置环参数常以机床数据的形式在数控系统中通过软件运行 来实现。掌握和熟悉机床数据的含义及调整方法,就可使数控机 床保持良好的加工精度和正常的工作性能,克服因机床长时间运 行造成机电参数不匹配的问题;由于数控系统类型不同,机床数 据的设置也不尽相同,表5-7为 SIEMENS数控系统“坐标轴专
6 3.3.3 故障诊断 当出现位置环开环报警时，将 J2 连接器脱开，在 CNC 系统 的一例，把 J2 连接器上的+5V 线同报警线 ALM 连在一起，合上 数控系统电源，根据报警是否再现，便可迅速判断出故障的部位 是在测量装置还是在 CNC 系统的接口板上。若问题出现在测量装 置，则可测 Jl 连接器上有无信号输入，这样便可将故障定位在光 栅尺或 EXE 脉冲整形电路。 4 伺服系统参数 由于伺服系统由位置环和速度环组成，两个环的参数调整是 否恰当，相互之间是否匹配将直接影响到伺服系统的性能。 4.1 速度环调整 速度环的参数调整有两种形式：一是通过驱动装置上的电位 器进行模拟调节，如图 5—23 所示 SIMODRIVE 611A 的电位器调 节；二是数字式调节，如图 5--4 所示三菱 MR-J2 驱动装置上的数 字式设定。在全数字式数控系统中，由于数控系统与驱动装置的 通信联系，驱动装置中的参数可通过数控系统直接进行设定。速 度环调整的主要参数有： 4.1.1 速度环增益调整 用以改善进给传动的特性，避免振荡。调整时，先将速度环 增益调大使进给产生振荡，再将增益调小至振荡消失。通过驱动 装置上的电流测试端子，用示波器观察电流波形的变化情况。 4.1.2 零飘调整 又称零速平衡调整。零飘调整就是要克服出于驱动装置电气 参数的漂移或不对称，造成无给定信号时有转速输出的现象。调 整时，在轴使能信号有效及速度给定信号为零的条件下，通过零 飘调整，用万用表经测试端子采样得到的实际电流应为零。 4.1.3 测速反馈深度调整 用于改善速度环控制的机械特性。 4.1.4 滞后时间常数调整 该参数反映了驱动装置对速度给定信号的响应时间，它的大 小将影响速度环的稳定性必须与速度环增益调整及测速反馈深度 调整同时进行。 4.2 位置环调整 位置环参数常以机床数据的形式在数控系统中通过软件运行 来实现。掌握和熟悉机床数据的含义及调整方法，就可使数控机 床保持良好的加工精度和正常的工作性能，克服因机床长时间运 行造成机电参数不匹配的问题；由于数控系统类型不同，机床数 据的设置也不尽相同，表 5—7 为 SIEMENS 数控系统“坐标轴专
用”机床数据对照表 本节以 SINUMERIK80/820系统为例,介绍一些位置控制机 床数据的设置和调整。 42.1Kv系数 Kⅴ系数是位置环增益系数,是数控机床伺服系统的重要参 数。Kⅴ系数越大,响应越快,位置控制精度越高,但也容易使位 置环产生振荡。Kⅴ与进给速度和跟随误差有关,图5-35反映了 进给速度与跟随误差的关系。 图535进给速度与跟随误差 1—命令位置2—实际位置 42.2复合增益系数 设置复合增益的目的是,使位置环和速度环的增益相匹配, 并使各坐标轴有不同的最大速度和最大速度给定电压。复合增益 系数在机床数据MD260*设定 42.3加速度 位置环的加速度调整影响到驱动装置速度给定电压的超调和 稳定,从而影响到伺服系统的加速度特性。如图5-37所示,用 示波器观察驱动装置上的速度给定电压、将合适的加速度值在机 床数据MD276*设定。 图537速度给定电压波形 )合适的加速度b)不合适的加速度 42.4精停和粗停允差 当轴运动到达指令值位置一定的偏差范围内时,轴运动结束
7 用”机床数据对照表。 本节以 SINUMER1K 8l0/820 系统为例，介绍一些位置控制机 床数据的设置和调整。 4.2.1 KV 系数 Kv 系数是位置环增益系数，是数控机床伺服系统的重要参 数。Kv 系数越大，响应越快，位置控制精度越高，但也容易使位 置环产生振荡。Kv 与进给速度和跟随误差有关，图 5—35 反映了 进给速度与跟随误差的关系。 4.2.2 复合增益系数 设置复合增益的目的是，使位置环和速度环的增益相匹配， 并使各坐标轴有不同的最大速度和最大速度给定电压。复合增益 系数在机床数据 MD260*设定。 4.2.3 加速度 位置环的加速度调整影响到驱动装置速度给定电压的超调和 稳定，从而影响到伺服系统的加速度特性。如图 5—37 所示，用 示波器观察驱动装置上的速度给定电压、将合适的加速度值在机 床数据 MD276*设定。 4.2.4 精停和粗停允差 当轴运动到达指令值位置一定的偏差范围内时，轴运动结束
该偏差即为精停误差,在机床数据MD208*设定。为了使零件加 工程序段连续执行,设定比精停误差数值大的粗停允差,数控系 统就可以在本程序段执行结束前转换到下一个加工程序段的运 算,粗停允差在机床数据MD204*设定。当精停允差和粗停允差 设定为一样的数值时,程序段执行就会出现停顿 42.5夹紧允差 夹紧允差用于监控坐标轴的停止位置。由于跟随误差的存在, 如坐标轴停止时的位置与指令值位置偏差大于夹紧允差所规定的 范围,则发生112*报警,夹紧允差参数在机床数据MD212*中设 定。如图5-38所示为精停允差、粗停允差和夹紧允差的关系 图538精停允差、粗停允差和夹紧允差的关系 1一指令位量2—精停允差 3—粗停允差4—夹默允差 42.6零速监控延时 零速监控延时与夹紧允差有紧密的联系,当坐标轴运动到达 指令位置后,经过零速监控延时,夹紧允差起作用,在所设定的 延时时间里消除跟随误差,否则同样产生112*报警。零速监控延 时在机床数据MD372*中设定。 427漂移补偿 数控系统和驱动装置中元器件的温度漂移,会使坐标轴运动 产生相对理论位置的偏差。通过CRI诊断显示,观察指令值与绝 对实际位置值的偏差,这个偏差可以用漂移补偿来调整。调整时 在轴行程范围内进行多次定位,以选取适当的补偿值在机床数据 MD272*中设定。当漂移产生的位置偏差太大,不能用漂移补偿来 解决时,产生160*报警,这时要检査驱动装置上的漂移调节和机 械传动链的调整情况 42.8轮廓监控允差带 当刀具以一定的进给速度加工零件轮廓时,根据式(5~1),跟 随误差正比于进给速度,所以,在稳速运动过程中,跟随误差不 应该发生波动,否则将造成轮廓误差,产生116*报警。但在实际
8 该偏差即为精停误差，在机床数据 MD208*设定。为了使零件加 工程序段连续执行，设定比精停误差数值大的粗停允差，数控系 统就可以在本程序段执行结束前转换到下一个加工程序段的运 算，粗停允差在机床数据 MD204*设定。当精停允差和粗停允差 设定为一样的数值时，程序段执行就会出现停顿。 4.2.5 夹紧允差 夹紧允差用于监控坐标轴的停止位置。由于跟随误差的存在， 如坐标轴停止时的位置与指令值位置偏差大于夹紧允差所规定的 范围，则发生 112*报警，夹紧允差参数在机床数据 MD212*中设 定。如图 5—38 所示为精停允差、粗停允差和夹紧允差的关系。 4.2.6 零速监控延时 零速监控延时与夹紧允差有紧密的联系，当坐标轴运动到达 指令位置后，经过零速监控延时，夹紧允差起作用，在所设定的 延时时间里消除跟随误差，否则同样产生 112*报警。零速监控延 时在机床数据 MD372*中设定。 4.2.7 漂移补偿 数控系统和驱动装置中元器件的温度漂移，会使坐标轴运动 产生相对理论位置的偏差。通过 CRT 诊断显示，观察指令值与绝 对实际位置值的偏差，这个偏差可以用漂移补偿来调整。调整时， 在轴行程范围内进行多次定位，以选取适当的补偿值在机床数据 MD272*中设定。当漂移产生的位置偏差太大，不能用漂移补偿来 解决时，产生 160*报警，这时要检查驱动装置上的漂移调节和机 械传动链的调整情况。 4.2.8 轮廓监控允差带 当刀具以一定的进给速度加工零件轮廓时，根据式(5~1)，跟 随误差正比于进给速度，所以，在稳速运动过程中，跟随误差不 应该发生波动，否则将造成轮廓误差，产生 l16*报警。但在实际
轮廓控制过程中,允许跟随误差有一定的变化范围。 4.29反向间隙补偿 当坐标轴采用半闭环位置控制时,由于进给传动链存在间隙, 坐标轴运动方向改变时,就会产生反向间隙误差,从而影响轴的 重复定位精度。用激光干涉仪测量,让轴在某一位置向一个方向 运动一定的位移量,然后再返回到该位置,观察记录位置偏差量, 在行程范围内多次多点地测量并记录,选取合适的补偿值,在机 床数据MD220*中设定。如果反向间隙比较大,则必须作机械调 整,然后再重复上述的测量过程。 42.10丝杠螺距误差补偿 机床长期运行后,由于机械磨损,使丝杠螺距误差增大,加 工精度得不到保证,因此,每隔一定的时间必须进行一次丝扛螺 距误差补偿的调整,测量丝杠螺作误差必须使用高精度的激光干 涉仪来进行:图5-39为某数控机床X轴补偿前后的位置误差曲 线,表5-8为补偿前后误差值及补偿数据 0K如100150200203080445 位置 3.0 图5-39位置误差曲线 a)补偿前b)补偿后 43调试和诊断显示 为了把伺服系统调整到最佳状态和进行故障诊断,可通过 CRT显示有关轴运动的一些数据。按“ DIAGNOSIS”诊断软键, 选择“ SERVICE AXIS”或“ SERVICE SPINDLE”软键,通过“Page 来切换显示所需诊断的轴。图540所示为伺服轴CRT显示页面。 43.1有关坐标轴的数据 43.11跟随误差( Following error) 指令值与实际值之间的差值,以位置控制分辨力为单位。如 显示值为2000,给定位置控制分辨力为0.5um,跟随误差为lmm
9 轮廓控制过程中，允许跟随误差有一定的变化范围。 4.2.9 反向间隙补偿 当坐标轴采用半闭环位置控制时，由于进给传动链存在间隙， 坐标轴运动方向改变时，就会产生反向间隙误差，从而影响轴的 重复定位精度。用激光干涉仪测量，让轴在某一位置向一个方向 运动一定的位移量，然后再返回到该位置，观察记录位置偏差量， 在行程范围内多次多点地测量并记录，选取合适的补偿值，在机 床数据 MD220 *中设定。如果反向间隙比较大，则必须作机械调 整，然后再重复上述的测量过程。 4.2.10 丝杠螺距误差补偿 机床长期运行后，由于机械磨损，使丝杠螺距误差增大，加 工精度得不到保证，因此，每隔一定的时间必须进行一次丝扛螺 距误差补偿的调整，测量丝杠螺作误差必须使用高精度的激光干 涉仪来进行；图 5—39 为某数控机床 X 轴补偿前后的位置误差曲 线，表 5—8 为补偿前后误差值及补偿数据。 图 5—39 位置误差曲线 a)补偿前 b)补偿后 4.3 调试和诊断显示 为了把伺服系统调整到最佳状态和进行故障诊断，可通过 CRT 显示有关轴运动的一些数据。按“DIAGNOSIS”诊断软键， 选择“SERVICE AXIS”或“SERVICE SPINDLE”软键，通过“Page” 来切换显示所需诊断的轴。图 5-4 0 所示为伺服轴 CRT 显示页面。 4.3.1 有关坐标轴的数据 4.3.1.1 跟随误差（Following error） 指令值与实际值之间的差值，以位置控制分辨力为单位。如 显示值为 2000，给定位置控制分辨力为 0.5um，跟随误差为 lmm
43.12绝对位置值( Absolute actual value) 显示坐标轴在机床坐标系中的实际位置,以位置控制分辨力 为单位。,如显示值为2000定位置控制分辨力为0.5m,则该轴 实际位置为相对机床零点10mm处。 JOG AXIS SERVICE DATA I Abso] ute actual Y自lue 200000 Set v 20200 Set speed(VElO Re t contour deviation status absolute submodu OFL 图540何服轴CRT显示页面 4313指令位置值( Set value) 根据程序所指定的目标位置,以位置控制分辨力为单位。在正 常情况下,指令位置值与绝对实际位置值应一致,若有差异可用 漂移补偿来消除。如显示值为202000,给定位置分辨力为05um, 则指令位置值为101mm 43.14指令速度( Set speed) CNC系统根据位置偏差得到指令速度,在位控模块中转换成 模拟电压,并通过25芯插座输出到驱动装置。指令速度单位为 velo,lⅤdo=1.22mv。如显示值为8192,则速度指令电压为10V 43.15指令增量( Retune value) 插补器每插补周期(20ms)输出到位置控制器的脉冲数。单位 为位置控制分辨力。如显示值为20,位置控制分辨力为0.5um 每20ms的指令增量为10um 43.1.6实际增量( (segment value) 在每个采样周期(5ms),把从测量装置,如光栅或脉冲编码器 中来的脉冲经倍顿后转换成实际位置增量.与指令增量进行比较 单位为位置控制分辨力。如显示值为24,位置按制分辨力为 05um.经4倍频,则每5ms的实际增量为12um。 43.7轮廓偏差( Coutour deviation) 由于跟随误差的变化引起实际加工时轮廓偏差。显示单位为 位置控制分辨力。如显示值为2,位置控制分辨力为0.5,则轮廓 偏差为1um
10 4.3.1.2 绝对位置值(Absolute actual value) 显示坐标轴在机床坐标系中的实际位置，以位置控制分辨力 为单位。，如显示值为[2000，定位置控制分辨力为 0.5um，则该轴 实际位置为相对机床零点 10mm 处。 4.3.1.3 指令位置值(Set value) 根据程序所指定的目标位置，以位置控制分辨力为单位。在正 常情况下，指令位置值与绝对实际位置值应一致，若有差异可用 漂移补偿来消除。如显示值为 202000, 给定位置分辨力为 0.5 um， 则指令位置值为 101mm。 4.3.1.4 指令速度(Set speed) CNC 系统根据位置偏差得到指令速度，在位控模块中转换成 模拟电压，并通过 25 芯插座输出到驱动装置。指令速度单位为 Velo，1Vdo＝1．22mv。如显示值为 8192，则速度指令电压为 10V。 4.3.1.5 指令增量(Retune value) 插补器每插补周期(20ms)输出到位置控制器的脉冲数。单位 为位置控制分辨力。如显示值为 20，位置控制分辨力为 0.5um， 每 20ms 的指令增量为 10um。 4.3.1.6 实际增量(segment value) 在每个采样周期(5ms)，把从测量装置，如光栅或脉冲编码器 中来的脉冲经倍顿后转换成实际位置增量．与指令增量进行比较， 单位为位置控制分辨力。如显示值为 24，位置按制分辨力为 0.5um．经 4 倍频，则每 5ms 的实际增量为 12 um。 4.3.1.7 轮廓偏差(Coutour deviation) 由于跟随误差的变化引起实际加工时轮廓偏差。显示单位为 位置控制分辨力。如显示值为 2，位置控制分辨力为 0.5，则轮廓 偏差为 1 um
