全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)改半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的方法及應(yīng)用

楊云峰

（中國航發(fā)西安動力控制科技有限公司，陜西西安 710077）

0 引言

隨著現(xiàn)代制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控機床被廣泛應(yīng)用，同時對數(shù)控機床定位精度、重復(fù)定位精度的要求也日益提高。光柵尺對數(shù)控機床各線性坐標(biāo)軸進(jìn)行全閉環(huán)控制，提高機床的定位精度、重復(fù)定位精度以及精度可靠性。隨著數(shù)控機床技術(shù)的不斷更新，全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用在高精度數(shù)控機床上。全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)采用的是光柵尺的全閉環(huán)控制方式來檢測機床的位置，光柵尺成為全閉環(huán)控制系統(tǒng)中的核心功能部件，光柵尺一旦損壞，全閉環(huán)控制系統(tǒng)就無法正常運行，光柵尺的訂貨周期一般比較長，如果能夠?qū)⑷]環(huán)控制系統(tǒng)改成半閉環(huán)控制系統(tǒng)，在加工工藝允許的范圍內(nèi)不影響加工精度，使機床能夠正常工作的話，不僅可以減少故障引起的停機時間，而且還能提高機床的利用率。

1 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

1.1 全閉環(huán)控制系統(tǒng)

由于開環(huán)控制精度達(dá)不到精密機床和大型機床的要求，所以必須檢測他的實際工作位置，為此，在開環(huán)控制控制機床上增加檢測反饋裝置，在加工中時刻檢測機床移動部件的位置，使之和數(shù)控裝置所要求的位置相符合，以期達(dá)到很高的加工精度。

閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖1 所示。圖中A 為速度測量元件，C為位置測量元件（光柵尺）。當(dāng)指令值發(fā)送到位置比較電路時，此時若工作臺沒有移動，則沒有反饋量，指令值使伺服電機轉(zhuǎn)動，通過A 將速度反饋信號送到速度控制電路，通過C 將工作臺實際位移量反饋回去，在位置比較電路中與指令值進(jìn)行比較，用比較的差值進(jìn)行控制，直至差值消除時為止，實現(xiàn)工作臺精確定位。這類機床的優(yōu)點是精度高、速度快。

圖1 閉環(huán)控制系統(tǒng)

1.2 半閉環(huán)控制系統(tǒng)

半閉環(huán)控制系統(tǒng)組成如圖2 所示。這種控制方式不檢測工作臺的實際位置，通過與伺服電機同軸的測量元件，如測速發(fā)電機A 和光電編碼盤B（或旋轉(zhuǎn)變壓器）等間接檢測胡伺服電機的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實際位移量，用此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實現(xiàn)控制。從圖2 可以看出，由于工作臺沒有完全包括在控制回路內(nèi)，因此稱之為半閉環(huán)控制。

圖2 半閉環(huán)控制系統(tǒng)

2 全閉環(huán)控制系統(tǒng)改半閉環(huán)控制系統(tǒng)的方法及應(yīng)用

全閉環(huán)控制系統(tǒng)改半閉環(huán)控制系統(tǒng)，具體方法因不同數(shù)控系統(tǒng)而異，下面就FANUC、SIEMENS、FAGOR 三種主流系統(tǒng)舉例分別加以介紹。

2.1 FANUC 系統(tǒng)

在一臺采用FANUC 18i 系統(tǒng)的瑞士立式加工中心上，突然出現(xiàn)383 X 軸脈沖丟失（EXT）的報警，首先懷疑光柵尺故障，將全閉環(huán)改半閉環(huán)后報警消除。修改的具體方法如下：

（1）按功能鍵［OFFSET］，打開設(shè)定（SETTING）畫面，修改PWE=1，參數(shù)寫保護(hù)打開。

（2）按下功能鍵［SYSTEM］后，打開參數(shù)設(shè)定畫面，修改1815＃1=0，1815＃2=0，1818＃3（絕對光柵尺原點）=0，2185（位置脈沖變換系數(shù)）=0，2024（位置脈沖數(shù)）=12 500，2084（柔性齒輪比N）=3，2085（柔性齒輪比M）=250。

（3）進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定支援畫面，按下軟件［操作］，將光標(biāo)移至“FSSB（軸）”處，按下軟件［選擇］，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)定畫面，修改X 軸的M1=0，輸入完之后按設(shè)定。

（4）關(guān)閉電源，重啟機床后出現(xiàn)300 X 軸零點丟失。將X 軸用手輪搖到負(fù)向最大位置，再反向搖10 cm，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定畫面，修改1815＃4=1，關(guān)閉電源從新啟動機床，各軸回完零后機床即可正常使用。

2.2 SIEMENS 系統(tǒng)

在1 臺采用Siemens 840D 系統(tǒng)的德國進(jìn)口加工中心上，在移動A 軸時出現(xiàn)“25000：Axis A hardware fault of active encoder”的報警，針對報警，首先懷疑是光柵尺故障，將A 軸由全閉環(huán)控制改成半閉環(huán)控制后，報警消除，說明光柵尺故障。修改方法如下：

（1）查看PLC 程序，這臺機床A 軸的全閉環(huán)采用PLC 機床數(shù)據(jù)（對應(yīng)PLC 數(shù)據(jù)塊DB20）賦值：

AN DB20.DBX62.6（對應(yīng)的PLC 機床參數(shù)MD14512［0］bit6）=DB34.DBX1.5

A DB20.DBX62.6=DB34.DBX1.6

AN DB20.DBX62.7（對應(yīng)的PLC 機床參數(shù)MD14512［0］bit7）=DB34.DBX1.5

A DB20.DBX62.7=DB34.DBX1.6

（2）按［機床菜單］軟鍵，找到［診斷］軟鍵，進(jìn)入診斷畫面，在診斷畫面下的水平方向軟鍵有一個［機床數(shù)據(jù)］軟鍵，修改PLC機床數(shù)據(jù)MD14512［0］bit6=0，NC 軸軸參數(shù)MD30200=1，軸參數(shù)MD30240［1］=0，NCKRESET 后A 軸的第一測量系統(tǒng)被改為半閉環(huán)。

2.3 FAGOR 系統(tǒng)

在一臺采用FAGOR 8055 系統(tǒng)的臥式加工中心上，Z 軸突然出現(xiàn)的報警，查報警說明后，知道是Z 軸光柵尺故障，為了不影響正常生產(chǎn)，將Z 軸原全閉環(huán)控制系統(tǒng)（光柵尺檢測）改為半閉環(huán)控制系統(tǒng)（編碼器檢測），修改方法如下：

（1）按MAINMENU，再按軟鍵F7（+）

（2）按軟件F4（機床參數(shù)），打開Z 參數(shù)設(shè)定畫面，修改P5=1，P6=－601，P7（柵距）=0.004，P8（脈沖數(shù)）=0，P13（計數(shù)方向）=NO，P14（反向間隙）=0，P15（螺距補償）=ON，P19（死區(qū)）=0.01，P63（光纜）=0，P47（零點偏置）=3.5

（3）打開Z 軸伺服參數(shù)設(shè)定畫面，修改EP1=1250 PPV。

（4）關(guān)閉電源，重新啟動機床，各軸回完零后機床即可正常使用。

3 結(jié)束語

高精度數(shù)控機床的位置檢測裝置都是采用光柵尺的全閉環(huán)控制方式，而光柵尺出現(xiàn)故障的頻率相對很高，而且訂貨周期較長。因此，當(dāng)光柵尺出現(xiàn)故障時，利用參數(shù)把全閉環(huán)控制系統(tǒng)更改為半閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而使得機床能夠正常工作的方法將會成為日常機床維修中必不可少的方法。