1、840d系統補償功能匯總數控機床的的幾何精度，定位精度一方面受到機械加工母機的精度限制，另一方面更受到機床的材料和機械安裝工藝的限制，往往不能夠達到設計精度要求。而要在以上諸多方面來提高數控機床的幾何精度，定位精度需要投入大量的人力物力。在機械很難提高精度的情況下，通過數控電氣補償能夠使數控機床達到設計精度。一、 反向間隙補償機床反向間隙誤差是指由于機床傳動鏈中機械間隙的存在，機床執行件在運動過程中，從正向運動變為反向運動時，執行件的運動量與目標值存在的誤差，最后反映為疊加至工件上的加工精度。機床反向間隙是機床傳動鏈中各傳動單元的間隙綜合，如電機與聯軸器的間隙，齒輪箱中齒輪間隙，齒輪與齒條間隙

2、，滾珠絲杠螺母副與機床運動部件貼合面的間隙等等。反向間隙直接影響到數控機床的定位精度和重復定位精度。在半閉環下，由伺服電機編碼器作為位置環反饋信號。機械間隙無法由編碼器檢測到，在機械調整到最佳狀態下需要進行反向間隙補償。在全閉環下，直線軸一般采用光柵尺作為位置環反饋信號，旋轉軸一般采用外接編碼器或圓光柵作為位置環反饋信號。由于是直接檢測運動部件的實際位移，理論上講全閉環下無反向間隙。但是由于光柵尺或圓光柵本身精度的限制和安裝工藝的限制等等，使得全閉環下也具有“反向間隙”，這在激光干涉儀下能很明顯看出來，一般在0.01mm左右。西門子840d數控系統反向間隙補償的方法如下：測得反向間隙值后在軸機

3、床數據輸入反向差值，單位為mm。md32450 backlash 0md32450 backlash 1其中0為半閉環，1為全閉環。輸入后按下reset鍵，回參考點后補償生效。可以在 診斷 服務顯示 軸調整 絕對補償值測量系統 中看到補償效果。反向間隙補償能夠在較大程度上提高數控機床的定位精度、重復定位精度，但是它的值是固定的，不能適用于機床的整個行程，這就需要另一種電氣補償手段，螺距誤差補償。兩者結合能使數控機床達到較高的定位精度和重復定位精度。二、螺距誤差補償重型數控機床的傳動機構，一般為滾珠絲杠傳動或齒輪齒條傳動。受到制造精度的影響絲杠上的螺距和齒條齒輪的齒距都有微小的誤差，對于半閉環數

4、控機床，這將直接影響其定位精度與重復定位精度。而對于全閉環，由于受到光柵尺自身的精度，光柵尺安裝的直線度、撓度的影響也會產生“螺距誤差”。 西門子840d數控系統螺距誤差補償原理如下圖所示： $aa_enc_comp_step 補償間隔為100mm $aa_enc_comp_min 補償起點為100mm $aa_enc_comp_max 補償終點為1200mm md: mm_enc_comp_max_points 補償點總數為12 下面以齊二機床廠tk6926型控落地鏜的主軸箱y軸（第2軸）為例來說明西門子840d數控系統螺距誤差補償的操作步驟：主軸箱y軸為全閉環，行程5500mm，我們設置補

5、償間隔500mm，起始點為-5500mm，終點為0mm。（1） 設定軸螺距補償點數修改軸參數 38000mm_enc_comp_max_points1=20注意：修改此參數會引使系統在下次上電時重新分配 nck 內存，導致數據丟失，因此在 nck reset 前，應先做好 nc 數據備份（包括補償數據）。（2） 生成并修改補償表將nc數據回傳后，系統自動生成螺距誤差補償文件。在 服務 數據管理 nc-生效-數據 測量系統誤差補償 測量系統誤差補償-軸2。將此文件復制到 nc數據保存 xx.mdn文件夾中，文件名變為ax2_eec.ini。按下input鍵打開該文件夾，將激光干涉儀測量的誤差值寫

6、入文件中，并保存。如下表所示：chandata(1)$aa_enc_comp1,0,ax2=-0.179 $aa_enc_comp1,1,ax2=-0.146 $aa_enc_comp1,2,ax2=-0.128 $aa_enc_comp1,3,ax2=-0.111 $aa_enc_comp1,4,ax2=-0.099 $aa_enc_comp1,5,ax2=-0.082 $aa_enc_comp1,6,ax2=-0.065 $aa_enc_comp1,7,ax2=-0.05 $aa_enc_comp1,8,ax2=-0.039 $aa_enc_comp1,9,ax2=-0.023 $aa_e

7、nc_comp1,10,ax2=-0.014 $aa_enc_comp1,11,ax2=0 $aa_enc_comp1,12,ax2=0 $aa_enc_comp1,13,ax2=0 $aa_enc_comp1,14,ax2=0 $aa_enc_comp1,15,ax2=0 $aa_enc_comp1,16,ax2=0 $aa_enc_comp1,17,ax2=0 $aa_enc_comp1,18,ax2=0 $aa_enc_comp1,19,ax2=0 $aa_enc_comp_step1,ax2=500 $aa_enc_comp_min1,ax2=-5500 $aa_enc_comp_ma

8、x1,ax2=0 $aa_enc_comp_is_modulo1,ax2=0 m17（3） 導入補償數據ini文件至系統 先設定參數32700 enc_comp_enable 1=0（關閉螺距誤差補償使能，否側數據被保護無法裝載）。然后將ax2_eec.ini文件裝載至nc系統。（4） 補償數據生效設定32700 enc_comp_enable 1=1，nck reset，軸返回參考點后，新的螺距補償值生效。可以在 診斷 服務顯示 軸調整 絕對補償值測量系統2 中看到補償效果。數控機床螺距誤差補償時需要注意問題： 在全閉環下，進行螺距誤差補償前，應將光柵尺鋼帶校準，光柵尺盒校直，一般全長在0.

9、1mm以內。如果光柵尺盒未校準，激光干涉儀檢測的曲線往往是交叉或平行漂移的。 要充分考慮環境對機床和檢測儀器的影響，如溫度，風速等。大型數控機床往往由于環境的變化精度也隨之變化。三、垂度補償（交叉補償）在大型數控機床，由于機床自身的結構及其剛性，在重力等自然因素下，機床懸垂軸的平行度，垂直度往往不能達到機床的設計精度。如數控落地鏜床主軸箱滑枕、鏜桿與主軸箱垂直移動的垂直度，大型數控龍門銑床的溜板移動對工作臺面的平行度，大跨度立車垂直刀架移動對工作臺面的平行度。以上誤差雖然在機械制造工藝上能夠改善但是一般也都很難達到理想狀態，尤其是對高精度的數控機床。垂度補償能夠使此種誤差得以修正，并達到機床的

10、設計精度。    西門子840d數控系統垂度補償原理與螺距誤差補償相似，其補償原理和系統變量、設定數據和機床參數如下圖所示：系統變形量意義如下： $an_cec<t>,<n> (補償點為 <n> 補償表號為 <t>) $an_cec_input_axis<t> (基準軸) $an_cec_output_axis<t> (補償軸) $an_cec_step<t> (兩插補點之間的距離) $an_cec_min<t> (起點位置) $an_cec_max<t> (終點位置

11、) $an_cec_direction<t> (補償方向) 其中：$an_cec_directiont=0：補償值在基準軸的兩個方向有效。 $an_cec_directiont=1：補償值只在基準軸的正方向有效。 $an_cec_directiont=-1：補償值只在基準軸的負方向有效。 $an_cec_is_modulot：基準軸的補償帶模功能。 $an_cec_mult_by_tablet：基準軸的補償表的相乘表。設定數據意義如下：sd41300$sn_cec_table_enable<t>垂度補償賦值表有效。sd41310$sn_cec_table_weight&

12、lt;t>垂度補償賦值表加權因子。機床參數意義如下：md18342 $mn_mm_cec_max_points<t>：補償表的最大補償點數。 md32710 $ma_cec_enable：激活補償表。md32720 $ma_cec_max_sum：垂度補償補償值總和的極限值。下面以齊二機床廠tk6920型控落地鏜的鏜桿z軸（第3軸）和主軸箱y軸（第2軸）為例來說明西門子840d數控系統垂度誤差補償的操作步驟：其中z軸為基準軸，y軸為補償軸。z軸行程1200mm我們設置補償間隔為30mm，補償起點為-1200mm，終點為0mm，需要設置總補償點數為41個點。1） 設定垂度補償的

13、補償點數修改機床參數md18342 $mn_mm_cec_max_points0=41注意：修改此參數會引使系統在下次上電時重新分配 nck 內存，導致數據丟失，因此在 nck reset 前，應先做好 nc 數據備份（包括補償數據）。（2） 生成并修改補償表將nc數據回傳后，系統自動生成垂度誤差補償文件。在 服務 數據管理 nc-生效-數據 垂度/斜度的補償。將此文件復制到 nc數據保存 xx.mdn文件夾中，文件名變為nc_cec.ini。按下input鍵打開該文件夾，將所測得的誤差值寫入文件中，并保存。如下表所示：chandata(1)$an_cec0,0=-0.18 $an_cec0,

14、1=-0.17 $an_cec0,2=-0.165 $an_cec0,3=-0.16 $an_cec0,4=-0.15 $an_cec0,5=-0.145 $an_cec0,6=-0.14 $an_cec0,7=-0.135 $an_cec0,8=-0.13 $an_cec0,9=-0.129 $an_cec0,10=-0.126 $an_cec0,11=-0.125 $an_cec0,12=-0.12 $an_cec0,13=-0.115 $an_cec0,14=-0.11 $an_cec0,15=-0.1 $an_cec0,16=-0.09 $an_cec0,17=-0.08 $an_ce

15、c0,18=-0.075 $an_cec0,19=-0.04 $an_cec0,20=-0.03 $an_cec0,21=-0.025 $an_cec0,22=-0.02 $an_cec0,23=-0.01 $an_cec0,24=0 $an_cec0,25=0 $an_cec0,26=0 $an_cec0,27=0 $an_cec0,28=0 $an_cec0,29=0 $an_cec0,30=0 $an_cec0,31=0 $an_cec0,32=0 $an_cec0,33=0 $an_cec0,34=0 $an_cec0,35=0 $an_cec0,36=0 $an_cec0,37=0

16、$an_cec0,38=0 $an_cec0,39=0 $an_cec_input_axis0=(ax3) $an_cec_output_axis0=(ax2) $an_cec_step0=30 $an_cec_min0=-1200 $an_cec_max0=0 $an_cec_direction0=0 $an_cec_mult_by_table0=0 $an_cec_is_modulo0=0 m17（3） 導入補償數據ini文件至系統 先設定z軸與y軸的軸參數md32710 $ma_cec_enable =0（關閉垂度補償使能，否側數據被保護無法裝載）。然后將nc_cec.ini文件裝載至n

17、c系統。（4） 補償數據生效設定z軸與y軸的軸參數md32710 $ma_cec_enable =1，再設定數據sd41300$sn_cec_table_enable0=1垂度補償賦值表有效。nck reset，z軸與y軸返回參考點后，垂度補償生效。可以在 診斷 服務顯示 軸調整 絕對補償值測量系統2 中看到補償效果。注：如果輸入軸和輸出軸定義為同一軸且方向相反，這樣可以實現螺距誤差雙向補償。同時激活垂度補償功能參數19300=4h。四、840d系統溫度補償一、影響：金屬材料具有“熱脹冷縮“的性質，該特性在物理學上通常用熱膨脹系數（thermal expansion coefficient，t

18、herm）描述。數控機床的床身、立柱、拖板等導軌基礎件和滾珠絲杠等傳動部件都是由金屬材料制成，由于機床驅動電機的發熱、運動部件摩擦發熱以及環境溫度等的變化，均會對機床運動軸位置產生附加誤差，這將直接影響機床的定位精度，從而影響工件的加工精度。對于在普通車間環境條件下使用的數控機床尤其是行程比較長的落地式鏜床，熱膨脹系數的影響更不容忽視。以行程5m的x軸來說，金屬材料的熱膨脹系數為10ppm（10m/每1m每1度），理論上溫度每上升1度，5m的行程的x軸就”脹長“50m。日溫差和冬夏季節溫差的影響便可想而知。因此高精度機床要求在規定的恒溫條件下制造或使用，普通條件下使用的數控機床為保證較高定位精

19、度和加工精度，須使用”溫度補償“等選件功能消除福建誤差。二、補償原理：機床坐標軸的定位誤差隨溫度變化會附加一定偏差，對每一給定溫度可測出相應的定位誤差曲線。 數字表達式為：kx（t）=ko（t）+tan（t）*（px-po）其中：kx（t）為軸px位置的定位誤差溫度偏差補償值；ko（t）是與軸位置不相關的溫度偏差（補償）值；px為軸的實際位置po為軸的參考點位置；tan（t）為與軸位置相關的溫度補償系數（定位誤差曲線的梯度）。840d系統溫度補償功能的工作過程：將測量得到的溫度偏差（補償）值送至nc插補單元參與插補運算修正軸的運動。若溫度補償值kx（t）為正值就控制軸負向移動，否則就正向移動。

20、由于溫度影響的滯后性，plc程序采取定時間隔采樣溫度（t）的方法，周期性的修改nc中相關補償參數，并利用上面公式計算溫度偏差kx（t），從而補償掉溫度變化產生的位置偏差。三、硬件設計： 采用pt100型熱敏電阻，安裝在機床靠近絲杠桿處，采樣溫度更接近印發熱膨脹的“機溫”。a86為s7-300型plc兩通道12位a/d轉換器，起作用是將電阻溫度傳感器采樣的模擬量溫度信號轉換成數字量，送到840d的nc-plc接口，以便plc程序做運算處理。四、pt100型電阻溫度傳感器 pt100是鉑電阻溫度傳感器，使用于測量-60度-+400度之間的溫度，完全適用于機床的使用環境溫度5-45度。pt100在0

21、度時電阻為100，隨著溫度的變化電阻成線性變化，大約是每攝氏度0.4。為了把pt100隨溫度變化的電阻轉換成電壓，即輸出12.5ma恒電流源共給pt100傳感器，在傳感器回路中產生5mv/攝氏度線性輸入電壓。a/d傳感器把這個電壓轉換成數字量，程序周期地讀入這些數字量，并將所讀的數字量，利用下面的公式計算出溫度值。溫度t攝氏度=（溫度數字量-0攝氏度偏置量）/1攝氏度數字量。其中：溫度數字量=存儲在nc-plc接口iwxxx中的測量值；0攝氏度偏置量=在0攝氏度測出的數字量（此次取4000）；1攝氏度數字量=溫度每升高1攝氏度的數字量（此次取16）。 plc定時采樣溫度值，利用上式計算出溫度數

22、字量并轉換為帶一位小數點的十進制溫度值，然后計算出溫度補償參數ko（t），tan（t），周期性送到nck刷新溫度補償參數md=temp_comp_slop。五、軟件設計：西門子溫度補償有三種類型供選擇：1、 位置不相關型：kx（t）=ko（t）2、 位置相關性：kx（t）= tan（t）*（px-po）3、 位置不相關和位置相關型： kx（t）=ko（t）+tan（t）*（px-po） 軟件設計選擇第二種類型，即雜一般溫度補償公式kx（t）=ko（t）+tan（t）*（px-po）中取ko（t）=0（忽略參考點出溫度影響）。plc程序設計如下：ob23 /定時調用組織塊：用pt100rtd測量

23、溫度并計算tan值，傳送到nc刷新機床參數network 1network 1l 0t md196 /清除mw196和mw198l b#16#10t mw250 /在mw250中裝入1攝氏度數字量=16l b#16#4000t mw252 /0攝氏度偏置量=4000network 2l iw500 /軸采樣溫度值t mw200 /把采樣溫度數字量裝入mw200l iw200 l iw252-i /減去0攝氏度偏置量t mw198l mw250/i /除以1攝氏度數字量t mw196l b#16#10*i /余數乘以10l mw250/i /10*余數/16=一位小數點的數l mw196t mw196 /保存一位小數前的數，即溫度小數點*10l 0t mw198 /刪除mw198的值l b#16#10*i /溫度整數值乘以10l mw160l mw200+i /溫度整數值*10+溫度小數值*10l mw200t db103.dbd220 /傳送結果到db103.dbd220network 3 a m78.4 /滿足啟動條件an m78.1an m78.2an m78.3s m7