西門子840D數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)輪廓監(jiān)控報(bào)警的分析以及故障實(shí)例

從輪廓誤差的原理出發(fā)分析西門子數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)輪廓監(jiān)控ALM25050報(bào)警的報(bào)警機(jī)制分析，在此基礎(chǔ)之上介紹如何在實(shí)際數(shù)控機(jī)床維護(hù)過程中針對(duì)輪廓監(jiān)控報(bào)警采取合適的解決方法和手段。

一、輪廓誤差概念

輪廓誤差是由于位置控制環(huán)路中信號(hào)的畸變引起的，輪廓監(jiān)控功能的定義是從數(shù)控系統(tǒng)NCK輸出的位置給定值，與實(shí)際位置值進(jìn)行的比較，經(jīng)過計(jì)算得出的一個(gè)偏差值。使用一個(gè)模型來模擬包括前饋控制的位置控制的動(dòng)態(tài)特性，從圖1中可以更好的理解輪廓誤差的概念。

二、輪廓監(jiān)控

為了使得監(jiān)控系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速輕微變化時(shí)不作出響應(yīng)(由于負(fù)載變化而導(dǎo)致的速度環(huán)設(shè)定的變化)，允許使用公差帶用于輪廓偏差范圍。如果超出了MD36400 CONTOUR_TOL（輪廓監(jiān)控公差帶）中定義的允許的實(shí)際值偏差，則輸出報(bào)警，進(jìn)給軸停止。輪廓監(jiān)控適用于進(jìn)給軸和位置控制的主軸，在位置控制運(yùn)行下輪廓監(jiān)控總是有效的 。

如果輪廓誤差過大，當(dāng)超出允差帶時(shí)，會(huì)觸發(fā)報(bào)警“25050 Axis [Name]Contour monitoring”同時(shí)軸會(huì)根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的制動(dòng)曲線而制動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算坐標(biāo)軸每個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)(給定值)的計(jì)算實(shí)際值，這個(gè)值由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部模型產(chǎn)生。如果所計(jì)算的值與實(shí)際的機(jī)床實(shí)際值相差較大，大于在MD 36400 CONTOUR_TOL中存儲(chǔ)的值，則終止程序運(yùn)行，發(fā)出報(bào)警。此時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)將會(huì)切換到如下保護(hù)模式。模式組BAG沒有準(zhǔn)備就緒；

NC轉(zhuǎn)換為跟隨模式；

通道沒有準(zhǔn)備就緒；

通道NC啟動(dòng)禁止；

報(bào)警顯示；

報(bào)警時(shí)NC停止。

三、故障分析

輪廓誤差的產(chǎn)生一般是由于位置控制環(huán)的信號(hào)畸變引起的，而這種信號(hào)畸變通常是可以是線性的或非線性的。導(dǎo)致線性信號(hào)畸變的原因。

（1）速度環(huán)和位置環(huán)沒有優(yōu)化。

（2）同時(shí)執(zhí)行路徑插補(bǔ)的進(jìn)給軸之間的伺服增益值不一致。

（3）進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能不一致。

導(dǎo)致非線性信號(hào)畸變的原因。

（1）在加工區(qū)域激活了電流限制。

（2）激活了速度給定值限制。

（3）反向間隙誤差。

（4）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的摩擦等非線性誤差干擾。

出現(xiàn)輪廓監(jiān)控誤差報(bào)警，主要的故障檢查點(diǎn)如下幾個(gè)方面。

（1）檢查MD 36400 CONTOUR_TOL中的編程的容差值是否太小。

（2）檢查位置控制器的優(yōu)化(MD 32200 POSCTRL_GAIN 中的環(huán)路放大系數(shù))。

（3）檢查坐標(biāo)軸是否無沖擊地跟隨設(shè)定的額定值，如果有過沖，則須改善轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的優(yōu)化曲線，或者減小KV系數(shù)。

（4）檢查MD 32300 MAX_AX_ACCEL中的加速度，如果由于加速度很大而使電流值達(dá)到極限值，則位置調(diào)節(jié)回路被斷開。一旦調(diào)節(jié)回路又再次接通，則“丟失”的實(shí)際值將以過沖的形式被補(bǔ)充。

（5）改善轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)優(yōu)化曲線。

（6）檢查機(jī)械結(jié)構(gòu)(平滑運(yùn)行，擺動(dòng)質(zhì)量)。

四、處理故障分析

（1）機(jī)械系統(tǒng)故障：此類故障多是由于導(dǎo)軌和絲杠潤(rùn)滑較差，或是傳動(dòng)系統(tǒng)故障，使軸在運(yùn)行過程中產(chǎn)生較大阻力，從而使位控元件所檢測(cè)的實(shí)際值與給定值之間產(chǎn)生較大差距而產(chǎn)生報(bào)警。

（2）電氣系統(tǒng)故障。

①帶有抱閘的伺服電機(jī)在軸使能時(shí)抱閘未打開。

②用于位置實(shí)際值檢測(cè)的編碼器或光柵尺故障。

③編碼器或光柵尺電纜故障。

④軸驅(qū)動(dòng)器故障。

⑤伺服電機(jī)故障。

（3）相關(guān)的NC參數(shù)錯(cuò)誤或丟失，與之相關(guān)的NC參數(shù)有：

①M(fèi)D36400 CONTOUR_TOL（輪廓監(jiān)控允差帶），通常設(shè)置為快速運(yùn)行時(shí)位置跟隨誤差的1.1～1.5倍(視機(jī)床的機(jī)械精度而定)。

②MD32200POSCTRL_GAIN（位置控制器增益KV因子）。在保證軸運(yùn)行穩(wěn)定無過沖的條件下越大越好，此參數(shù)的設(shè)置是為了得到較大的閉環(huán)增益，但KV因子的大小是有限制的，不能引起位置控制器的振蕩，為了避免輪廓誤差，所有參與插補(bǔ)的軸必須具有相同的KV因子。

③MD32300 MAX_AX_ACCEL（軸加速度）。

④MD32000由電機(jī)最大轉(zhuǎn)速和機(jī)械性能決定，按機(jī)床使用說明設(shè)置；

⑤MD31030根據(jù)實(shí)際使用的絲杠螺距設(shè)置。

⑥MD14512[17]Bit6根據(jù)使用的Z軸電機(jī)是否帶制動(dòng)器設(shè)置,0=電機(jī)不帶制動(dòng)器,1=電機(jī)帶制動(dòng)器。

5.檢驗(yàn)方法總結(jié)

系統(tǒng)出現(xiàn)ALM 25050的輪廓監(jiān)控報(bào)警，可以按照如圖2所示的流程圖來逐步分析并排除故障。