828D系統(tǒng)懸垂補償?shù)腜LC控制實現(xiàn)

李軍艦，任德勇，蔣德超，王 恒

（漢川數(shù)控機床股份公司技術(shù)中心，陜西 漢中723000）

1 引言

數(shù)控機床發(fā)展到現(xiàn)今，以自動化程度高、加工精度高而越來越受機床用戶的歡迎。然而，受機械結(jié)構(gòu)的制約，機床不可避免的存在一些結(jié)構(gòu)性誤差，諸如垂度誤差、溫度變化引起的定位誤差等，這類誤差到一定的范圍后，機械上是無法完全解決掉的，此時就需要用電氣的辦法來解決以達到機床的精度要求。機床電氣最直接的辦法就是通過各種補償功能來實現(xiàn)的，文中以一臺HHDC400配828D系統(tǒng)的臥式機床為例，介紹828D系統(tǒng)懸垂補償?shù)腜LC控制實現(xiàn)的一種方法。

不論是828D系統(tǒng)還是840DSL系統(tǒng)都是一款功能特別強大而且非常完善的數(shù)控系統(tǒng)，其本身都具有由NC控制的懸垂補償功能，操作應(yīng)用和補償結(jié)果都是非?？煽亢头€(wěn)定的。然而，由于該項功能，在828D和840DSL系統(tǒng)上，都是選項功能，用戶需要購買相應(yīng)的授權(quán)才可以正常使用，這無疑增加了機床的制造成本。特別是在配828D系統(tǒng)的機床上，這一點顯得尤為突出。為解決這一難題，既實現(xiàn)了機床的懸垂補償功能，又不至于再增加制造成本，探索出PLC控制的懸垂補償功能顯得是非常有必要的。

2 機械懸垂結(jié)構(gòu)及其PLC補償原理實現(xiàn)

2.1 機械懸垂結(jié)構(gòu)及其補償原理

HHDC400臥式機床的機械結(jié)構(gòu)如圖1所示，垂直軸為Y軸，水平軸為Z軸，其中Z軸采用的是方滑枕。方滑枕伸出運行的越遠，Z軸就越向Y負向彎曲，Y向的偏差值為圖1中ΔY。懸垂補償就是方滑枕在不同位置的彎曲量通過Y軸的上下移動來消除掉而達到補償?shù)哪康摹?/p>

2.2 懸垂補償?shù)腜LC控制實現(xiàn)原理

圖1 懸垂補償機械結(jié)構(gòu)

由懸垂補償?shù)臋C械結(jié)構(gòu)和原理，可看出要實現(xiàn)PLC懸垂補償，需要確定補償?shù)膮⒖驾S和補償軸，而后依據(jù)參考軸的位置確定補償軸的PLC補償量表。如圖1中，當(dāng)參考軸Z軸移動到不同的位置時，主軸端面的偏差量ΔY由PLC相應(yīng)的動作將該值寫入到補償軸Y軸的坐標里，控制補償軸的補償運動，來達到Z軸在此位置的懸垂補償。

鑒于上述分析，實現(xiàn)懸垂補償?shù)腜LC控制可考慮應(yīng)用828D系統(tǒng)的溫度補償功能。懸垂補償?shù)膮⒖驾SZ軸坐標位置作為Y軸溫度補償?shù)臏囟容斎耄韽澢盍喀作為Y軸溫度補償?shù)难a償量，通過PLC的系統(tǒng)NC變量讀寫功能，將相應(yīng)的補償量寫入到Y(jié)軸的溫度補償變量里，這樣在Z軸移動到該位置時，系統(tǒng)會自動對Y軸進行相應(yīng)的補償移動，也就完成了Z軸的懸垂補償。

3 828D系統(tǒng)溫度補償概述

828D系統(tǒng)溫度補償功能，可針對特定軸對溫度變化造成的實際值變化進行補償。為進行溫度補償，首先需要實際測量出特定溫度下軸行程內(nèi)各個位置上的誤差，這樣可得出一條該溫度的熱誤差曲線。然后以相同方式獲得其它溫度下的誤差曲線。通常情況下一條直線便可足夠精確地表示指定溫度下的誤差曲線，直線的斜率和參考點位置取決于溫度。溫度補償?shù)慕普`差直線如圖2所示。

圖2 溫度補償近似誤差直線

補償值ΔKx由補償軸的位置Px和溫度T按以下公式計算得出：

其中：ΔKx為位置Px上的溫度補償值；K0為與位置無關(guān)的溫度補償值；Px為軸的實際位置；P0為軸參考點位置；tanβ為位置相關(guān)溫度補償?shù)南禂?shù)（等同于誤差曲線的斜率）。

參考點位置P0的設(shè)置基本分為兩種：P0=0，與位置無關(guān)的溫度補償值K0≠0；P0≠0，位置相關(guān)的溫度補償值K0=0。由上述控制原理分析，文中選擇與位置無關(guān)的溫度補償值。這樣一來，溫度補償值就不包含位置的相關(guān)分量，很適合方滑枕的懸垂補償功能的實現(xiàn)。

4 PLC控制的懸垂補償實現(xiàn)

4.1 溫度補償?shù)臋C床參數(shù)設(shè)置

由于補償軸是Y軸，故而所述相關(guān)機床軸數(shù)據(jù)僅對Y軸有效。相關(guān)參數(shù)如下：

4.2 懸垂補償PLC控制

實現(xiàn)PLC控制的懸垂補償關(guān)鍵在于PLC能夠向系統(tǒng)溫度補償?shù)淖兞繉懭胙a償值，即給機床設(shè)定數(shù)據(jù)SD43900即時寫值，828D系統(tǒng)支持NC變量的讀寫，完全可滿足控制的需求。PLC控制部分以828D系統(tǒng)PLC的NC變量選擇、補償控制和補償讀寫三部分加以說明。

4.2.1 828D系統(tǒng)PLC的NC變量選擇

NC變量選擇如圖3所示。文中補償軸為Y軸，故而，NC變量中SD43900機床數(shù)據(jù)的范圍編號為2。變量選擇確定后保存并編譯，系統(tǒng)自動生成NC變量的數(shù)據(jù)塊DB9910(NC_DATA1),數(shù)據(jù)塊DB9910的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 NC變量選擇

圖4 NC變量數(shù)據(jù)塊DB9910結(jié)構(gòu)

4.2.2 懸垂補償?shù)腜LC控制

懸垂補償PLC控制程序如上。程序中DB4500.DBW36為機床數(shù)據(jù)MD14510[18]，自定義PLC懸垂補償點數(shù)；DB5701.DBD0為Z軸當(dāng)前坐標位置。數(shù)據(jù)塊DB9042為補償數(shù)據(jù)表，其中，DBD4,DBD8，DBD12,…,等為補償位置表；DBD136,DBD140,…,等為補償值表；DBD0為NC變量（機床設(shè)定數(shù)據(jù)SD43900）的PLC接口。

4.2.3 NC補償變量的PLC讀寫控制

（1）PLC讀寫接口賦值程序

（2）PLC讀寫任務(wù)啟動程序

（3）PLC讀寫任務(wù)結(jié)束復(fù)位程序

5 PLC懸垂補償診斷查看及PLC補償表設(shè)置

5.1 PLC懸垂補償診斷查看

PLC懸垂補償生效后，可在機床的軸診斷－Y軸軸信息里查看，診斷信息如圖5所示。

圖5 懸垂補償診斷查看

5.2 PLC補償表設(shè)置

PLC補償表的設(shè)置可在PLC程序里固化進行，也可在系統(tǒng)PLC狀態(tài)表里設(shè)置。當(dāng)然了，也可以在系統(tǒng)上二次開發(fā)補償界面，用于補償相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，如圖6是二次開發(fā)的懸垂補償設(shè)置界面。

圖6 懸垂補償設(shè)置界面

6 結(jié)束語

基于828D系統(tǒng)，文中應(yīng)用系統(tǒng)的溫度補償和PLC的NC變量讀寫功能，詳細介紹了數(shù)控機床懸垂補償PLC控制實現(xiàn)的一種方法。通過在具體的機床上測試及使用，能夠很好地達到機床的設(shè)計和補償要求，值得在其它機床上推廣應(yīng)用。