840D數(shù)控系統(tǒng)輪廓誤差報警及處理方法

羅興華

（成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司，四川成都 610092）

1 西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的輪廓監(jiān)控的功能

輪廓監(jiān)控功能是監(jiān)控輪廓誤差和跟隨誤差。輪廓誤差是通過測量的實際值和從NCK位置計算出的位置理論值之間的誤差。為了能提前計算出實際值，系統(tǒng)使用包括前饋控制在內的一個數(shù)學模型來模擬位置控制動態(tài)響應。跟隨誤差是插補器輸出與機床實際測量值比較結果，其監(jiān)控就是判斷其值是否大于規(guī)定公差，跟隨誤差的監(jiān)控功能在位置控制方式下生效，用于監(jiān)控直線軸、旋轉軸或主軸位置控制，系統(tǒng)的加減速過程和恒速過程，連續(xù)或不連續(xù)的輪廓加工過程。如跟隨誤差超過輪廓監(jiān)控公差帶，就會發(fā)生報警信息。

伺服系統(tǒng)的跟隨誤差e與進給速度V成正比，與伺服系統(tǒng)速度增益Kv成反比。因此，Kv越大，跟隨誤差就越小。但是Kv過大，會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。當系統(tǒng)穩(wěn)定時，進給速度V越小，跟隨誤差越小。跟隨誤差使實際運動軌跡偏離指令軌跡，產生輪廓誤差［1－2］。

實際上，大多是連續(xù)控制系統(tǒng)中兩軸的增益持續(xù)特性常有差異，因此，加工圓弧會產生形狀誤差，即變成橢圓［4－5］。

數(shù)控系統(tǒng)進行連續(xù)控制加工時，由于跟隨誤差的影響會產生形狀誤差。欲減小該項誤差，除將各插補坐標的系統(tǒng)增益調整至盡量接近外，還要降低進給速度，但這會降低效率，其次是盡可能增大位置增益，而增益過大時可能會引起振動。減小跟隨誤差的另一種措施是充分利用伺服前饋控制功能。預先設置合適的前饋量，使其與伺服滯后值接近，運動指令直接移后控制，然后進行位置負反饋比較。這比通常的誤差控制要快的很多，而且極大地減少了增益大小的限制，會顯著減小跟隨誤差［3］。

2 輪廓監(jiān)控報警原因分析

2.1 系統(tǒng)參數(shù)設置問題

首先查看輪廓監(jiān)控的公差帶MD36400的設置，較大的公差帶設置難以影響由于負載變化引起的速度波動，但較小的公差帶又會使系統(tǒng)頻繁報警，因此設置合理的輪廓監(jiān)控公差帶是必要的。

查看伺服增益因子KvMD32200在機床中的設置和位置控制器的優(yōu)化情況，以確定坐標軸是否跟隨設定的設置點而沒有過沖。否則，必須改進速度控制器的優(yōu)化狀態(tài)，或者必須減小伺服增益系數(shù)Kv（Kv決定于機床傳動裝置的一般響應速度和機床的質量）。

改進速度控制器的優(yōu)化狀態(tài)，即查看軸的最大加速度MD32300在機床中設定值。加速度太大會使電流值達到極限，致使位置調節(jié)回路被斷開，一旦位置調節(jié)回路被接通，則丟失的實際值將以超調的形式被恢復，將 MD32300 的值改小，觀察是否有變化［4－5］。

2.2 伺服系統(tǒng)方面

查看電氣柜溫度和廠房環(huán)境溫度，通風過濾網(wǎng)、灰塵等造成驅動器運行不穩(wěn)定，從而使系統(tǒng)動態(tài)特性能有所降低，特性較硬或偏軟將會導致輪廓誤差報警。

通過動力電纜線查看電動機相間是否平衡，對地絕緣狀態(tài)是否良好。如果狀態(tài)不好，將電動機與電纜分開，分別檢查電動機相間電阻。對地絕緣情況和電纜的通斷狀態(tài)和絕緣狀態(tài)。

查看驅動模塊上的狀態(tài)指示燈是否有報警信號以及光柵尺是否被污染，反饋電纜接口是否有松動，以及電纜通斷狀態(tài)以及屏蔽層是否損壞。

2.3 檢查機械方面

數(shù)控機床的進給傳動機構一般是由減速齒輪、聯(lián)軸器、滾珠絲杠副及支承軸支承軸承組成。在這些環(huán)節(jié)當中均存在間隙，在反向時，會產生反向間隙。對于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機床，反向間隙存在會影響到機床的定位精度和重復定位精度，從而影響到機床的加工精度。數(shù)控機床的傳動機構，如直線導軌有損壞，或電動機連接軸承損壞，或者液壓系統(tǒng)故障造成平衡裝置出問題，都會造成機床運行時摩擦力過大，從而產生輪廓監(jiān)控報警。機械故障原因可能在機械傳動系統(tǒng)上，一般先檢查測量元件是否松動，固定位置是否正確，如果松動或位置不當都會導致NC系統(tǒng)采集位置環(huán)的信號失真。檢查負載是否過大，工作臺在移動過程中速度是否太快導致工作慣性太大等。

3 實例分析

例1 一配置西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的臥式五坐標銑床，其X坐標軸采用的是雙軸驅動，在加工工件時X1軸出現(xiàn)25050輪廓監(jiān)控報警，觀察驅動控制板上沒有報警燈亮。清除報警，手動開動X軸，運行一段距離就出現(xiàn)25050輪廓監(jiān)控報警。查看驅動服務菜單，發(fā)現(xiàn)X1軸平滑電流波動很大，X2軸的電流波動要小些，而且X軸在運動過程中聲音比較大。在運動過程中觸摸加工平臺時感覺有點抖動，判斷應該是機械傳動過程阻力過大或不均勻引起的。于是機床主管人員對X1軸的反向間隙進行了檢查，X1軸的絲杠竄動有0.02～0.03 mm，X2有0.02 mm;對絲杠的軸承和導軌滾動體潤滑情況進行了檢查，潤滑情況良好，但發(fā)現(xiàn)絲杠兩端的軸承座發(fā)熱較快，拆開絲杠X1軸和X2軸的絲杠兩端的軸承座，發(fā)現(xiàn)里面的復合軸承有不同程度的損壞。更換新的軸承，處理完畢后，檢查絲杠傳動不到0.01 mm，機床報警消除。

例2 一配置西門840D系統(tǒng)的落地鏜銑床在加工工件過程中出現(xiàn)Y向輪廓監(jiān)控報警。查看驅動控制板上沒有報警燈亮，在手動方式下開動Y軸，查看驅動服務菜單，Y軸的平滑電流值5 A左右，負載維持在10%左右正常，但是當Y軸停止時出現(xiàn)25050輪廓監(jiān)控報警，偶爾出現(xiàn)25080位置監(jiān)控報警，25040剛性監(jiān)控報警。針對此現(xiàn)象，于是調整M34600輪廓公差帶、MD32200伺服增益和MD32300加速度的值后，故障現(xiàn)象依舊。將診斷菜單調出，觀察Y軸實際位置值和系統(tǒng)給定值的變化情況比較發(fā)現(xiàn)，當Y軸出現(xiàn)報警時，實際位置值都下降2～5 mm。進一步驗證，架百分表檢查Y軸實際下降情況，也是下降2～5 mm。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，機床在按下急停鈕的情況下也是要下降。于是問題集中在Y軸電動機剎車和機械配重情況下，檢查機械配重，沒有發(fā)現(xiàn)松動和卡殼，在傳動部分和配重傳動鏈上添加潤滑油。現(xiàn)象依舊。綜合分析之后，問題應該是由于帶剎車的Y軸伺服電動機引起，更換Y軸電動機后，機床按急停鈕情況下，不再下降，運行Y軸報警消失。

4 預防輪廓監(jiān)控報警的措施

（1）定期檢查機床精度。按計劃對主軸跳動、各坐標的反向間隙、定位精度和重復定位精度，導軌是否有損傷、液壓系統(tǒng)工作是否正常、垂直坐標平衡系統(tǒng)工作是否正常、各坐標的潤滑是否充分進行檢查。

（2）優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。利用西門子系統(tǒng)自帶的測試功能和優(yōu)化功能，測試各個坐標的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)響應特性，必要時可以對某些坐標進行優(yōu)化。

（3）優(yōu)化加工程序。充分根據(jù)機床的機構特點和加工工件的特性，選取合適的工藝參數(shù)，如加工半徑較小的圓弧時，應盡量降低進給速度。而加工半徑較大的圓弧時，應盡量提高進給速度，以提高加工效率。

（4）加強機床保養(yǎng)。按計劃節(jié)點檢查電氣柜溫度和廠房環(huán)境溫度，通風過濾網(wǎng)、粉塵等這些造成驅動運行不穩(wěn)定，使系統(tǒng)動態(tài)性能有所降低（特性較硬或者較軟），導致產生輪廓監(jiān)控報警的因素。這時我們可以針對不同情況進行處理，如更換損壞的過濾網(wǎng)或風機，對系統(tǒng)進行除塵，將參數(shù)進行重新調整或優(yōu)化等。檢查光柵尺周圍是否臟了、反饋線路虛接、屏蔽層接觸不良、動力電纜線是否破損，三相電阻是否平衡等。

［1］SIEMENS.Sinumerik840D_810Di簡明調試指南［Z］.2002.

［2］王洪波.數(shù)控機床電機維修技術—SIEMENS，Sinumerik840D_810D系統(tǒng)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007.

［3］祝林.解決輪廓監(jiān)控報警的幾種方法［J］.設備管理與維修，2010（2）.

［4］陳安民.加工中心圓輪廓誤差的研究［J］.機械設計與自動化，2006.

［5］李恩林.數(shù)控系統(tǒng)插補原理通論［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2007.