模块7进给运动控制参数的设置

2016年12月7日星期三
进给运动控制参数的设置
数控原理与应用
4. 到位范围 由于运动过程中跟随误差的存在， 使轮 廓的转接为圆角过渡。 当执行尖角过渡指令 时， 数控系统每执行完一个运动程序段， 就 自动判别跟随误差是否小于到位范围， 如不 满足， 即处于等待状态， 直至跟随误差修正 至小于到位范围才执行下一程序段。
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一、一般参数的设定 1. 倍频数与分辨率 倍频数与所用的传感器有关， 如使用方波 输出型光电编码器， 则可选择 1 、 2 或 4 倍频； 如使用正弦波输出型光电编码器或光栅， 则可 选择 5 、 10 或 20 倍频。 进给轴分辨率由编码器 每转输出脉冲数（P/r）、 位置检测接口倍频数 （KB）以及传动机构的传动比（mm/r）共同决定， 一 般 为 0.001 mm 、 0.002 mm 、 0.005 mm 、 0.01 mm等。
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计算式为：
传动比（mm/r ) 分辨率（mm/数字） 转动冲数（P / ） 倍频数（K B）
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2. 正、负向限位 为保障数控设备的安全，需要对进给部件的 移动范围进行限制，具体措施包括硬件和软件两 个方面：
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一般可通过设置升降速方式和升降速时间等 参数，来调整机床的升降速性能。在西门子802S 中，采用直线升降速方式，升降速时间由最大加 速度MD32300设定，单位为m/min2。
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4.寻找零脉冲速度为了定位准确，必须以较低速 度趋近。在西门子802S 中，由MD34040设定， 默认值为300mm/min。 5.参考点坐标即参考点相对机床零点的坐标值， 可在机床出厂调试时测量并输入到CNC中。当 返回参考点操作完成后，显示器即显示出机床参 考点在机床坐标系中的坐标值。在西门子802S 中，由MD34090设定。
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2. 螺距误差补偿 在数控机床上，定位精度主要取决于滚珠丝 杠的精度。尽管可以采用高精度的滚珠丝杠， 但制造误差总是存在的。此外，在数控机床使 用中，由于磨损，丝杠精度也会下降。因此， 需要利用数控系统的螺距误差补偿功能加以补 偿，以得到超过滚珠丝杠制造精度的运动精度， 并可通过定期测量与补偿，在保持精度不变的 前提下，延长机床使用寿命。
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6. 升降速参数 进给轴运动的速度变化可分为无升 降速、 直线升降速与指数升降速三种， 其速度与加速度变化曲线如图 5.15 所示。
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V V V
O a
t
O a
t
O a
t
O
t
O
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二、返回参考点参数设置 参考点是为了确定机床原点而设置的可测 量位置点。数控机床每次开机上电后，必须通 过返回参考点操作（或回零操作）才能建立机 床坐标系。因此，正确设置返回参考点参数， 对保证机床的位置控制精度时十分重要的。不 同的CNC系统，其返回参考点的动作细节会有 所不同；但一般来说，都是先通过减速行程开 关粗定位，然后再由精定位开关或编码器零位 脉冲精定位两个步骤。通常需要设定如下参数。
数控原理与应用进给运动控制参数的设置数控原理与应用模块七进给运动控制参数的设置数控技术教研室林芝兰模块7进给运动控制参数的设置设置进给运动控制参数的目的是为了使数控系统与被控制的机床传动机构相匹配
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《数 控 原 理 与 应 用》
模块七、进给运动控制参数的设置
数控技术教研室 林芝兰
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1. 间隙补偿 在进给传动链中，齿轮传动、滚珠丝杠螺母 副等均存在反转间隙，这种反转间隙会造成在工 作台改变方向时，电动机空走而工作台不运动， 从而造成加工误差。为此，可用激光干涉仪等测 量工具测出间隙值，作为参数输入 CNC 系统中， 由 CNC 装置自动补偿。其补偿过程为，每当坐 标轴改变方向时， CNC 装置会控制电动机多走 一段距离（一个间隙值），从而补偿了间隙误差。 在西门子802S 中，间隙由MD32450设定。
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5. 变增益位置控制参数 现代数控系统均采用变增益的位置控制， 其增益设置如图5.14所示。 （1） K1为进给切削时的增益， 一般要尽可 能高一些， 以减小跟随误差。
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U( 输 出 电 压 ) K2 K1 Um O Eb Emax E(跟 随 误 差 )
7. 单向定位参数 设置单向定位参数， 可提高快速定位（G00） 的定位精度。 该项参数中， P1为单向定位的方 向， P2为接近点到定位点的距离， P3为定位趋 近速度。如果指令运动方向与 P1 一致， 则当运 动到接近点(未达到定位点)时减速， 以P3速度趋 近定位点； 如果指定运动方向与P1相反， 则首 先运动超过定位点至接近点， 再改变运动方向， 并以P3速度趋近定位点， 如图5.16所示。
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三、 进给运动的补偿设定
在机械传动链中，影响进给位置控制特性的 各种因素是客观存在的，由此会造成进给位置控 制的误差。对于不可测量的动态误差，只有通过 提高传动机构的精度和刚性等加以解决；而对于 一些有规律的、可以测量的误差，可以利用数控 系统提供各种补偿功能进行自动补偿，以提高加 工零件的精度。一般的数控系统，都具有间隙补 偿和螺距误差补偿功能。
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（2） 方式2： 按下返回参考点操作按钮后， 按设定的 运动方向快速返回， 压下参考点开关后立即减速并改 变方向， 低速退出挡块， 再反向寻找零脉冲； 零脉 冲到来时立即停止， 如图5.17（b）所示。
（3） 方式3： 按下返回参考点操作按钮后， 按设定的 运动方向快速返回， 压下参考点开关后立即减速， 不 需等待挡块释放； 当速度降为设定低速后即开始寻找 零脉冲， 零脉冲到来时立即停止， 如图5.17（c）所 示。
在西门子802S 数控系统中，由机床数据MD34200 设定。
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速 度
O 减速挡块
行程
零位脉冲 超程挡块 速 度
(a)
速 度
O
行程 减速挡块 零位脉冲 超程挡块
O
行程 减速挡块 零位脉冲 超程挡块
(b)
(c)
图5.17 返回参考点方式
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（3） Emax为最大跟随误差。 （ 4 ） Eb 为变增益转折点， 一般应设定为比机 床最高切削速度所对应的跟随误差略大一些。 （5） Vm为最小模拟电压输出值，用来克服伺服 驱动的死区。由于伺服单元存在一定的死区， 当模拟控制电压小于一定值时，伺服单元已无 输出，电动机停止运动，这样就无法修正剩余 的跟随误差。合理设置Vm则可克服这一现象。 但如果 Vm 选择过大，则会在定位点处产生震 荡。
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接近点 定位点
P1 G00
P2 P3 G00 P3
图5.16 单向定位过程示意图
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8. 报警保护参数 (1) 超速保护参数通过对计数频率的限制实现超 速报警保护。 (2) 最大跟随误差报警参数。跟随误差作为位置 控制过程中的一个重要数据，可用于较全面地 判断位置控制是否处于正常状态。
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2. 返回参考点方向 参考点粗定位开关一般安装在丝杠的末端， 返回参考点方向一般为远离工件的方向，返回 参考点操作为单方向操作，此时另一个方向的 按 钮 无 效 。 在 西 门 子 802S 中 ， 返 回 方 向 由 MD34010设定。 3.返回参考点速度即返回参考点粗定位速度，为 了提高效率，一般设定比较高的返回速度。在 西门子 802S 中，由 MD34020 设定，默认值为 5000mm/min。
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3. 快速移动速度、 最大切削进给速度 目前的 CNC 系统一般都能达到很高的快速移 动速度与最大切削速度。 在应用于具体的机床 时， 由于机械强度有限， 还要考虑惯性的影响， 因而必须根据所配机床的具体情况而定。在 FANUC 中， 1420 为各轴快速速度， 1424 为各轴手 动快速速度，1430为各轴最大切削进给速度。
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1. 返回参考点方式 根据返回参考点的动作步骤不同， 可大致 分为以下3种返回参考点方式。 （1） 方式1： 按下返回参考点操作按钮后， 按设 定的运动方向快速返回， 在挡块压下参考点开 关（粗定位开关）后立即减速， 以低速继续返 回， 直至挡块释放才开始寻找零脉冲； 零脉冲 到来时立即停止， 如图5.17（a）所示。
图5.14 变增益位置控制参数设置
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（2） K2为快速定位（G00）时的增益。由于快速 定位时不进行切削加工，为减小起动制动时的加 速度，从而减小对机床进给机构的冲击，可将位 置增益减小为K1的50％～80％。
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在硬件方面，通常是在其极限位置设置行程 限位开关，一旦行程限位开关被压下，就立即切 断进给驱动电源，并通知数控装置产生超程报警。 在逻辑上与急停（EMG）信号相“与”，且不允 许自动恢复。
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在软件方面，可通过合理设置各坐标轴的 正、负向软限位参数实现。软限位通常设定在进 给轴硬件超程限位开关的内侧，一旦坐标值超越 此限制，就立即停止进给，并产生报警信息，但 允许自行恢复。由于软限位是在机床坐标系中建 立的，因此该功能只有在通过返回参考点操作， 建立起机床坐标系后，才能有效。在FANUC系统 中，PRM3620为正向软限位，PRM3621为负向软限 位。
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进给运动控制参Βιβλιοθήκη 的设置设置进给运动控制参数的目的，是 为了使数控系统与被控制的机床传动机 构相匹配。合理地设置数控系统的进给 运动控制参数，可以充分发挥数控机床 的性能，提高加工精度和效率。
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在实际应用中，不同的数控系统产品，对 进给运动控制参数的定义及分类各不相同，但 其作用都是一样的。例如在FANUC系统中称为机 床参数（PARAMETER），在SIEMENS数控系统中 叫做机床数据（Machin Data—MD）。西门子 810数控系统的机床数据分为通用数据、轴数据、 主轴数据、机床数据位等几类；西门子802S数 控系统的机床数据分为显示机床数据、通用机 床数据、轴数据等几类。按照其功能作用，分 以下几类进行介绍。
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在西门子802S 中，MD36000为粗定位范围， MD36010为精定位范围，MD36050为夹紧容差。 一般粗定位范围约50um，精定位范围约10um， 夹紧容差约20um。夹紧容差是指定位结束后， 由于电机制动或进给部件受外力作用而造成的位 置偏差范围。 但必需注意，由于伺服系统存在一定的死区， 如果到位范围设置太小，则数控装置无法将跟随 误差修正至小于到位范围，系统会无限等待下去 而造成死机。
t
O
t
(a)
(b)
(c)
图5.15 不同升降速方式的速度与加速度曲线 (a) 无升降速； (b) 直线升降速； (c) 指数升降速
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无升降速时，在速度变化瞬间，加速度为无 穷大，这时会产生很大的机械冲击，因此通常不 宜采用。直线升降速的加速度恒定，并限制在一 定范围之内。指数升降速时，加速度的变化无突 变，速度变化更加平滑，但加减速时间较长。