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