SINUMERIK 840D自動過象限誤差補償QEC的應用

顧向清

(西門子(中國)有限公司，北京 100102)

機床加工精度是指零件加工后的實際幾何參數與理想幾何參數的符合程度。對于機床，不可避免的存在工藝系統變形誤差、測量系統誤差以及環境溫度誤差等。機床軸實際運動過程中，或大或小地存在定位誤差。針對不同的誤差，SINUMERIK 840D系統提供各種補償手段以提高機床的加工精度。主要有以下幾種補償方法：溫度補償、反向間隙補償、螺距誤差補償(LEC)、垂度補償(CEC)、動態前饋控制(跟蹤誤差補償)、過象限誤差補償(摩擦補償)和電子重錘補償。

本文主要討論在SINUMERIK 840D上，如何進行過象限誤差的自動補償。

1 過象限誤差補償(QEC)功能介紹

不同的摩擦條件和機械剛性，在象限切換點處，參與插補運動的各個軸的實際速度不同，機床軸不可能每一次都精確地定位到指令值。因此各軸的實際位置并不是理想的編程軌跡，尤其在過象限處，產生了輪廓誤差。如圖1所示。

過象限誤差補償，也稱摩擦補償。在過象限處，數控系統自動對機床軸加入額外的補償值，用于保證在加工時，尤其是加工圓弧軌跡時獲得更高的加工輪廓精度。如圖2所示。過象限誤差補償，即在軸的過象限處預先加入額外的速度設定值脈沖，減小軸突然反向運動中由于機械變形、反向間隙或摩擦條件的突變引起的定位輪廓誤差。如圖3所示。

在840D上，過象限補償分手動和自動兩種。手動過象限誤差補償，即傳統的方法。調試工程師按照不同加速度下的特性設置，根據圓弧測試的結果，手動設置相應的補償值。這一過程復雜并要求相當的經驗才能達到最優化補償的目的。自動過象限誤差補償，即智能學習的方法。數控系統通過智能學習后，自動獲得各種加速度下所需的補償特性曲線。根據加工精度，可設定補償特性曲線的分辨率，使獲得的加工軌跡更為接近理想曲線。

2 自動過象限誤差補償調試

2.1 基本要求

過象限誤差補償的補償依據是測量系統反饋值和指令值間的偏差。因而只有當被測量機床軸具有直接測量系統(直線光柵或圓光柵)時，才能反映出真實的誤差情況。在開始過象限誤差補償之前，驅動必須是已經優化過的，包括電流環、速度環、位置環和前饋等的優化。

2.2 QEC學習和QEC工作階段

智能學習的自動過象限誤差補償分學習階段和工作階段。

(1)學習階段 分初次學習和再學習。初次學習階段，NC程序使用高級編程語言激活QEC學習功能，系統自動分析實際值和指令值的誤差，自動對機床軸加入補償值，并將補償值存儲在用戶存儲器中。再學習階段，對第一次學習補償的再優化。

(2)工作階段 系統根據在學習階段生成的QEC補償值，自動對機床軸加入額外的速度設定值脈沖，使機床軸的實際運動軌跡接近于指令值。

2.3 QEC自動學習調試步驟

2.3.1 參數設定

激活選項功能：

需要注意的是，修改MD38010會引起系統內存的重新分配，此時不能NCK復位或斷電。應當備份當前的系列啟動數據(包含補償數據)，再重新讀入新的系列備份數據。

2.3.2 生成自動QEC補償NC程序

拷貝ToolBox中的8X0DEXAMPLES_TOOLSQFK.MPF文件夾下的以下程序到NC。

在ToolBox中，提供兩種自動過象限誤差補償學習的程序，即多項式學習程序QECLRNP.SPF和圓學習程序QECLRNC.SPF。多項式學習可用于所有的軸類型，圓學習僅用于幾何軸。根據需要的學習類型，將QECLRNP.SPF或QECLRNC.SPF改名為QECLRN.SPF，并存放到子程序文件夾SPF下。

2.3.3 調用自動QEC補償NC程序

(1)QEC系統變量初始化主程序QECDAT.MPF

根據實際需要調整激活學習軸的QEC系統變量。程序如下：

(2)QEC自動學習子程序QECLRN.SPF(以圓學習程序為例)

程序詳細內容參考ToolBox下的8X0DEXAMPLES_TOOLSQFK.MPF文件夾。

(3)QEC自動學習啟動主程序QECSTART.MPF

將需要QEC自學習的軸移動到測試位置，執行QECSTART.MPF，進行QEC自學習。在學習階段，進給倍率開關必須置于100%，以保證學習測試的效果。學習所花費的時間取決于學習的軸數和QEC補償的精度。

在學習階段，在診斷的軸服務顯示中可看到＂QEC learning active＂。

根據需要調整激活所有學習軸的QEC系統變量。程序如下：

2.3.4 激活QEC補償

設定軸數據。

2.3.5 圓度測試

執行完QEC自動學習QECSTART.MPF啟動主程序后，NC系統自動生成QEC的補償值并存放于用戶存儲器中。可根據圓加工程序QECTEST.MPF，使用伺服追蹤功能的圓度測試或球感儀檢測QEC補償的效果。對比圖1、圖2可看到，經過QEC補償后，圓加工精度有了顯著提高。

2.3.6 備份QEC補償數據

QEC補償數據保存在文件夾NC Active DataQuadrant-error-compensation下，如圖4所示。可單獨備份QEC補償數據。

3 結語

在SINUMERIK 840D上，和傳統的手動QEC補償相比，使用智能學習的QEC過象限誤差補償，減少了調試時間，降低了調整難度，并提高了補償精度。

［1］西門子公司，SINUMERIK 840D/840Di/810D/Description of Func-tions Basic Machine(Part 1)［M］，11/2006.

［2］西門子公司，SINUMERIK 840D/810D/840Di/Extended Functions(Part 2)［M］，11/2006.

［3］西門子公司，SINUMERIK 840D/810D/840Di/Job planning Programming Manual［M］，11/2006.