西门子840D垂度补偿对机床精度调整的应用--中国期刊网

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西门子840D垂度补偿对机床精度调整的应用

发表时间：2021/4/27 来源：《基层建设》2020年第33期作者：许鑫

[导读] 摘要：机床加工零件的质量和精度，主要取决于机床的精度。

        中国一重集团公司设备能源管控中心设备维修厂黑龙江齐齐哈尔 161042
        摘要：机床加工零件的质量和精度，主要取决于机床的精度。而机床的几何精度和各种误差又是影响精度的主要原因。而其中针对于落地镗床，垂度误差又影响最为严重。本文简要介绍垂度误差产生原因、补偿原理及基于西门子SINUMERIK 840D系统的补偿应用。
        关键词：垂度误差，补偿，西门子840D
        1.悬垂误差产生的原因及垂度补偿的原理
        1.1产生原因
        以落地镗床为例，落地镗床的滑枕或镗杆伸出主轴箱时，由于自身的重量及材料、结构特性造成相关轴的位置相对于移动部件产生倾斜。也就是说，一个轴（基准轴或输入轴）移动后由于自身的重量造成下垂，相对于另一个轴（补偿轴或输出轴）的绝对位置产生了变化，如图1所示。由于滑枕或镗杆伸出的位置不同，也就造成了相应位置下垂程度的不同，这种现象可直观的反映在我们在水平的大理石方尺上所压百分表上，当滑枕或镗杆伸出在不同的位置时百分表显示的数值相对于百分表的零点是不同的。

        图1：悬垂误差
        1.2补偿原理
        由于上述原因，当滑枕或镗杆伸出在不同的位置时，使得主轴箱相对于水平的大理石方尺的绝对位置发生了变化，这时就要通过垂度补偿功能使主轴箱产生微量的补偿移动，移动量是由滑枕或镗杆伸出在不同的位置时百分表所检测到的主轴箱的绝对位移来决定的。补偿时可根据实际情况设定不同的补偿点数（最多2000个补偿点），补偿点数越多补偿效果越明显，当然所设定补偿点数只要满足加工要求即可，将滑枕或镗杆移动至补偿点位置，然后通过百分表采集当前所在位置下主轴箱的绝对位移数据，并将采集到的数据填写到事先生成的补偿表格中，再激活补偿表即可实现垂度补偿功能。
        对于SIEMENS SINUMERIK 840D系统，该系统提供了多种补偿功能，用来弥补机械结构、外部环境、加工制造和安装问题引起的误差，使得各轴坐标实际位置更加趋近于给定位置，提高机床自身精度和加工精度。这些补偿包括温度补偿、反向间隙补偿、插补补偿、动态前馈控制（跟随误差补偿）、象限误差补偿、漂移补偿及电子重量平衡补偿等。其中插补补偿是最常用的补偿方式。借助插补补偿，可针对各进给轴，进行丝杠螺距、测量系统、垂度和角度误差所造成的、所需轴位置和实际轴位置间的偏差进行补偿。为此必须通过各种方式测定偏差，并将对应的补偿值保存在 NC 中的一张或多张补偿表中。再实际运行中，系统会基于补偿表中的当前位置设定值为补偿轴插补对应的补偿值。在补偿表中，控制点间采用直线插补。插补补偿又分为螺距误差补偿、垂度和角度误差补偿两种类型。
        垂度补偿多应用在镗床的主轴箱滑枕或镗杆与立柱间的交叉补偿。通过调节主轴箱也就是Y轴垂直于立柱的位置，最大限度的消除滑枕或镗杆水平伸出后在重力作用下对其伸出水平的影响。假设补偿起始点位置a，补偿终止点位置b，补偿间隔距离c，那么需要插补的中间点的个数为n，则n=1+（b-a）/c。
        2.机床故障现象及解决方案
        2.1故障现象
        我公司某分厂购买的齐二160镗床，该机床由于外部原因使得机床的几何精度产生了比较严重的变化，而且无法通过机械调整达到满足生产加工的要求，具体表现为当该机床的主轴箱停在立柱的不同高度时，主轴箱与垂直基面之间形成的夹角不同，即机床X-Y夹角产生变化，也可说是立柱的倾斜角度不同。
        2.2解决方案
        参照镗床滑枕和镗杆的垂度补偿方法，同样通过垂度补偿功能解决上述问题，只是在垂度补偿功能中将Y轴（主轴箱）设定为基准轴（输入轴），将X轴（立柱）设定为输出轴（补偿轴）。
        2.3具体操作步骤
        1、开通机床的垂度补偿功能：
        1）设定通用参数MD19300=4H，即选项中勾选第2位。
        2）设定轴参数MD18342[0]=50，即垂度补偿表1中设定50个补偿点数。
        3）设定通用参数MD41300[0]=1，激活垂度补偿表1。
        4）修改参数MD18342和MD41300会引起NCK对系统内存的重新分配，系统提示进行NCK复位，此时切记不要直接进行复位操作，需要将当前修改参数后的NC进行数据备份，数据备份完成后，不做更改，直接回装刚刚备份好的NC数据，切记，备份后千万不要执行NCK复位动作，一定要直接回装。
        5）回装NC数据后会在数据管理中生成垂度补偿文件。
        6）选中垂度补偿文件并复制，将复制好的文件粘贴到文件夹AAAX1.MDN中（该文件夹名称可自定义），打开该文件夹会发现生成了一个名为NC_CEC.INI的文件，该文件即为可编辑的垂度补偿表。
        7）修改补偿表文件：
        ％_N_NC_CEC_INI
        CHANDATA（1）
        $AN_CEC[0，0]=0.002
        $AN_CEC[0，1]=0.013
        $AN_CEC[0，2]=0.018
        $AN_CEC[0，3]=0.022
        ……
        $AN_CEC[0，49]=0.000
        $AN_CEC[0，50]=0.000                //以上定义补偿点的
        补偿值
        $AN_CEC_INPUT_AXIS[0]=（AX2）          //定义基准轴（输入轴）
        $AN_CEC_OUTPUT_AXIS[0]=（AX1）        //定义补偿轴（输出轴）
        $AN_CEC_STEP[0]=100                 //定义补偿步距（相邻补     偿点间距）
        $AN_CEC_MIN[0]=-3000                  //定义补偿起点
        $AN_CEC_MAX[0]=0                     //定义补偿终点
        $AN_CEC_DIRECTION[0]=0             //定义补偿方向（1正向，0双向，-1负向）
        8）实际测量每个补偿点的误差值，采集数据做好相关记录。
        9）修改基准轴（输入轴）和补偿轴（输出轴）的轴参数MD32710=0，将上步中采集的点位补偿数值输入到补偿表相应的补偿点中。
        10）关闭编辑器，并将NC_CEC.INI文件装载到NC中，然后执行一次NCK复位动作。
        11）重启后修改补偿轴（输出轴）的轴参数MD32710=1。
        12）各轴执行回参考点动作后，垂度补偿生效，此时通过诊断功能中的轴调整窗口可观察到垂度补偿值得变化。
        3.结论
        补偿功能生效后，再次打表拉大理石六面体检查，在补偿位置往复拉表，表针保持在零位几乎不动，说明补偿效果极佳，移动立柱到大理石六面体另一面再次拉表，某些点位出现微小误差，但仍可满足加工要求。
        参考文献：
        [1]李培志.西门子840D系统下的螺距补偿和垂度补偿的综合运用[C].中国机电装备维修与改造技术协会.2009第八届全国数控设备使用、维修与改造经验交流会论文集.北京：《设备工程》杂志社，2009
        [2]董伟峰.西门子840D垂度补偿功能的应用[J].重工与起重技术，2012（3）