828D系統(tǒng)懸垂補(bǔ)償?shù)腜LC控制實(shí)現(xiàn)

李軍艦，任德勇，蔣德超，王 恒

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

1 引言

數(shù)控機(jī)床發(fā)展到現(xiàn)今，以自動(dòng)化程度高、加工精度高而越來(lái)越受機(jī)床用戶的歡迎。然而，受機(jī)械結(jié)構(gòu)的制約，機(jī)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(lèi)誤差到一定的范圍后，機(jī)械上是無(wú)法完全解決掉的，此時(shí)就需要用電氣的辦法來(lái)解決以達(dá)到機(jī)床的精度要求。機(jī)床電氣最直接的辦法就是通過(guò)各種補(bǔ)償功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，文中以一臺(tái)HHDC400配828D系統(tǒng)的臥式機(jī)床為例，介紹828D系統(tǒng)懸垂補(bǔ)償?shù)腜LC控制實(shí)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(qiáng)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(bǔ)償功能，操作應(yīng)用和補(bǔ)償結(jié)果都是非常可靠和穩(wěn)定的。然而，由于該項(xiàng)功能，在828D和840DSL系統(tǒng)上，都是選項(xiàng)功能，用戶需要購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的授權(quán)才可以正常使用，這無(wú)疑增加了機(jī)床的制造成本。特別是在配828D系統(tǒng)的機(jī)床上，這一點(diǎn)顯得尤為突出。為解決這一難題，既實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的懸垂補(bǔ)償功能，又不至于再增加制造成本，探索出PLC控制的懸垂補(bǔ)償功能顯得是非常有必要的。

2 機(jī)械懸垂結(jié)構(gòu)及其PLC補(bǔ)償原理實(shí)現(xiàn)

2.1 機(jī)械懸垂結(jié)構(gòu)及其補(bǔ)償原理

HHDC400臥式機(jī)床的機(jī)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(yùn)行的越遠(yuǎn)，Z軸就越向Y負(fù)向彎曲，Y向的偏差值為圖1中ΔY。懸垂補(bǔ)償就是方滑枕在不同位置的彎曲量通過(guò)Y軸的上下移動(dòng)來(lái)消除掉而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

2.2 懸垂補(bǔ)償?shù)腜LC控制實(shí)現(xiàn)原理

圖1 懸垂補(bǔ)償機(jī)械結(jié)構(gòu)

由懸垂補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械結(jié)構(gòu)和原理，可看出要實(shí)現(xiàn)PLC懸垂補(bǔ)償，需要確定補(bǔ)償?shù)膮⒖驾S和補(bǔ)償軸，而后依據(jù)參考軸的位置確定補(bǔ)償軸的PLC補(bǔ)償量表。如圖1中，當(dāng)參考軸Z軸移動(dòng)到不同的位置時(shí)，主軸端面的偏差量ΔY由PLC相應(yīng)的動(dòng)作將該值寫(xiě)入到補(bǔ)償軸Y軸的坐標(biāo)里，控制補(bǔ)償軸的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，來(lái)達(dá)到Z軸在此位置的懸垂補(bǔ)償。

鑒于上述分析，實(shí)現(xiàn)懸垂補(bǔ)償?shù)腜LC控制可考慮應(yīng)用828D系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償功能。懸垂補(bǔ)償?shù)膮⒖驾SZ軸坐標(biāo)位置作為Y軸溫度補(bǔ)償?shù)臏囟容斎耄韽澢盍喀作為Y軸溫度補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償量，通過(guò)PLC的系統(tǒng)NC變量讀寫(xiě)功能，將相應(yīng)的補(bǔ)償量寫(xiě)入到Y(jié)軸的溫度補(bǔ)償變量里，這樣在Z軸移動(dòng)到該位置時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)Y軸進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償移動(dòng)，也就完成了Z軸的懸垂補(bǔ)償。

3 828D系統(tǒng)溫度補(bǔ)償概述

828D系統(tǒng)溫度補(bǔ)償功能，可針對(duì)特定軸對(duì)溫度變化造成的實(shí)際值變化進(jìn)行補(bǔ)償。為進(jìn)行溫度補(bǔ)償，首先需要實(shí)際測(cè)量出特定溫度下軸行程內(nèi)各個(gè)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(diǎn)位置取決于溫度。溫度補(bǔ)償?shù)慕普`差直線如圖2所示。

圖2 溫度補(bǔ)償近似誤差直線

補(bǔ)償值ΔKx由補(bǔ)償軸的位置Px和溫度T按以下公式計(jì)算得出：

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

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

4 PLC控制的懸垂補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)

4.1 溫度補(bǔ)償?shù)臋C(jī)床參數(shù)設(shè)置

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

4.2 懸垂補(bǔ)償PLC控制

實(shí)現(xiàn)PLC控制的懸垂補(bǔ)償關(guān)鍵在于PLC能夠向系統(tǒng)溫度補(bǔ)償?shù)淖兞繉?xiě)入補(bǔ)償值，即給機(jī)床設(shè)定數(shù)據(jù)SD43900即時(shí)寫(xiě)值，828D系統(tǒng)支持NC變量的讀寫(xiě)，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(bǔ)償控制和補(bǔ)償讀寫(xiě)三部分加以說(shuō)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(bǔ)償軸為Y軸，故而，NC變量中SD43900機(jī)床數(shù)據(jù)的范圍編號(hào)為2。變量選擇確定后保存并編譯，系統(tǒng)自動(dòng)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(bǔ)償?shù)腜LC控制

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

4.2.3 NC補(bǔ)償變量的PLC讀寫(xiě)控制

（1）PLC讀寫(xiě)接口賦值程序

（2）PLC讀寫(xiě)任務(wù)啟動(dòng)程序

（3）PLC讀寫(xiě)任務(wù)結(jié)束復(fù)位程序

5 PLC懸垂補(bǔ)償診斷查看及PLC補(bǔ)償表設(shè)置

5.1 PLC懸垂補(bǔ)償診斷查看

PLC懸垂補(bǔ)償生效后，可在機(jī)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(bǔ)償診斷查看

5.2 PLC補(bǔ)償表設(shè)置

PLC補(bǔ)償表的設(shè)置可在PLC程序里固化進(jìn)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(kāi)發(fā)補(bǔ)償界面，用于補(bǔ)償相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，如圖6是二次開(kāi)發(fā)的懸垂補(bǔ)償設(shè)置界面。

圖6 懸垂補(bǔ)償設(shè)置界面

6 結(jié)束語(yǔ)

基于828D系統(tǒng)，文中應(yīng)用系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償和PLC的NC變量讀寫(xiě)功能，詳細(xì)介紹了數(shù)控機(jī)床懸垂補(bǔ)償PLC控制實(shí)現(xiàn)的一種方法。通過(guò)在具體的機(jī)床上測(cè)試及使用，能夠很好地達(dá)到機(jī)床的設(shè)計(jì)和補(bǔ)償要求，值得在其它機(jī)床上推廣應(yīng)用。