1 西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的輪廓監(jiān)控的功能

　　輪廓監(jiān)控功能是監(jiān)控輪廓誤差和跟隨誤差,。輪廓誤差是通過(guò)測(cè)量的實(shí)際值和從NCK位置計(jì)算出的位置理論值之間的誤差。為了能提前計(jì)算出實(shí)際值,，系統(tǒng)使用包括前饋控制在內(nèi)的一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬位置控制動(dòng)態(tài)響應(yīng),。跟隨誤差是插補(bǔ)器輸出與機(jī)床實(shí)際測(cè)量值比較結(jié)果，其監(jiān)控就是判斷其值是否大于規(guī)定公差,，跟隨誤差的監(jiān)控功能在位置控制方式下生效,，用于監(jiān)控直線軸、旋轉(zhuǎn)軸或主軸位置控制,，系統(tǒng)的加減速過(guò)程和恒速過(guò)程,，連續(xù)或不連續(xù)的輪廓加工過(guò)程,。如跟隨誤差超過(guò)輪廓監(jiān)控公差帶，就會(huì)發(fā)生報(bào)警信息,。

　　伺服系統(tǒng)的跟隨誤差e與進(jìn)給速度l,，成正比，與伺服系統(tǒng)速度增益E成反比,。因此,，K越大，跟隨誤差就越小,。但是K過(guò)大,，會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí),，進(jìn)給速度Y越小,，跟隨誤差越小。跟隨誤差使實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡偏離指令軌跡,，產(chǎn)生輪廓誤差,。實(shí)際上，大多是連續(xù)控制系統(tǒng)中兩軸的增益持續(xù)特性常有差異,，因此,。加工圓弧會(huì)產(chǎn)生形狀誤差，即變成橢圓,。

　　數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)控制加工時(shí),，由于跟隨誤差的影響會(huì)產(chǎn)生形狀誤差。欲減小該項(xiàng)誤差,，除將各插補(bǔ)坐標(biāo)的系統(tǒng)增益調(diào)整至盡量接近外,，還要降低進(jìn)給速度，但這會(huì)降低效率,。其次是盡可能增大位置增益,，而增益過(guò)大時(shí)可能會(huì)引起振動(dòng)。減小跟隨誤差的另一種措施是充分利用伺服前饋控制功能,。預(yù)先設(shè)置合適的前饋量,，使其與伺服滯后值接近，運(yùn)動(dòng)指令直接移后控

　　數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)控制加工時(shí),，由于跟隨誤差的影響會(huì)產(chǎn)生形狀誤差,。欲減小該項(xiàng)誤差，除將各插補(bǔ)坐標(biāo)的系統(tǒng)增益調(diào)整至盡量接近外,，還要降低進(jìn)給速度,，但這會(huì)降低效率。其次是盡可能增大位置增益，而增益過(guò)大時(shí)可能會(huì)引起振動(dòng),。減小跟隨誤差的另一種措施是充分利用伺服前饋控制功能,。預(yù)先設(shè)置合適的前饋量，使其與伺服滯后值接近,，運(yùn)動(dòng)指令直接移后控制,，然后進(jìn)行位置負(fù)反饋比較。這比通常的誤差控制要快的很多,，而且極大地減少了增益大小的限制,，會(huì)顯著減小跟隨誤差‘引。

2 輪廓監(jiān)控報(bào)警原因分析

　　2.1系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置問(wèn)題

　　首先查看輪廓監(jiān)控的公差帶MD36400的設(shè)置,，較大的公差帶設(shè)置難以影響由于負(fù)載變化引起的速度波動(dòng),，但較小的公差帶又會(huì)使系統(tǒng)頻繁報(bào)警，因此設(shè)置合理的輪廓監(jiān)控公差帶是必要的,。

　　查看伺服增益因子KMD32200在機(jī)床中的設(shè)置和位置控制器的優(yōu)化情況,，以確定坐標(biāo)軸是否跟隨設(shè)定的設(shè)置點(diǎn)而沒(méi)有過(guò)沖。否則,，必須改進(jìn)速度控制器的優(yōu)化狀態(tài)，或者必須減小伺服增益系數(shù)K(K決定于機(jī)床傳動(dòng)裝置的一般響應(yīng)速度和機(jī)床的質(zhì)量),。

　　改進(jìn)速度控制器的優(yōu)化狀態(tài),，即查看軸的最大加速度MD32300在機(jī)床中設(shè)定值。加速度太大會(huì)使電流值達(dá)到極限,，致使位置調(diào)節(jié)回路被斷開(kāi),，一旦位置調(diào)節(jié)回路被接通，則丟失的實(shí)際值將以超調(diào)的形式被恢復(fù),，將MD32300的值改小,，觀察是否有變化。

　　2.2 伺服系統(tǒng)方面

　　查看電氣柜溫度和廠房環(huán)境溫度,，通風(fēng)過(guò)濾網(wǎng),，灰塵等造成驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行不穩(wěn)定，從而使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性能有所降低,，特性較硬或偏軟將會(huì)導(dǎo)致輪廓誤差報(bào)警,。通過(guò)動(dòng)力電纜線查看電動(dòng)機(jī)相問(wèn)是否平衡，對(duì)地絕緣狀態(tài)是否良好,。如果狀態(tài)不好,，將電動(dòng)機(jī)與電纜分開(kāi)，分別檢查電動(dòng)機(jī)相問(wèn)電阻,。對(duì)地絕緣情況和電纜的通斷狀態(tài)和絕緣狀態(tài),。

　　查看驅(qū)動(dòng)模塊上的狀態(tài)指示燈是否有報(bào)警信號(hào)以及光柵尺是否被污染，反饋電纜接口是否有松動(dòng)，以及電纜通斷狀態(tài)以及屏蔽層是否損壞,。

　　2.3檢查機(jī)械方面

　　數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一般是由減速齒輪,、聯(lián)軸器、滾珠絲杠副及支承軸支承軸承組成,。在這些環(huán)節(jié)當(dāng)中均存在間隙,，在反向時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反向間隙,。對(duì)于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床,，反向間隙存在會(huì)影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，從而影響到機(jī)床的加工精度,。數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),，如直線導(dǎo)軌有損壞，或電動(dòng)機(jī)連接軸承損壞,，或者液壓系統(tǒng)故障造成平衡裝置出問(wèn)題,，都會(huì)造成機(jī)床運(yùn)行時(shí)摩擦力過(guò)大，從而產(chǎn)生輪廓監(jiān)控報(bào)警,。機(jī)械故障原因可能在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)上,，一般先檢查測(cè)量元件是否松動(dòng)，固定位置是否正確,，如果松動(dòng)或位置不當(dāng)都會(huì)導(dǎo)致NC系統(tǒng)采集位置環(huán)的信號(hào)失真,。檢查負(fù)載是否過(guò)大，工作臺(tái)在移動(dòng)過(guò)程中速度是否太快導(dǎo)致工作慣性太大等,。

3 實(shí)例分析

　　例1一配置西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的臥式五坐標(biāo)銑床,，其X坐標(biāo)軸采用的是雙軸驅(qū)動(dòng)，在加工工件時(shí)Xl軸出現(xiàn)25050輪廓監(jiān)控報(bào)警,，觀察驅(qū)動(dòng)控制板上沒(méi)有報(bào)警燈亮,。清除報(bào)警，手動(dòng)開(kāi)動(dòng)x軸,，運(yùn)行一段距離就出現(xiàn)25050輪廓監(jiān)控報(bào)警,。查看驅(qū)動(dòng)服務(wù)菜單，發(fā)現(xiàn)xl軸平滑電流波動(dòng)很大,，胞軸的電流波動(dòng)要小些,，而且X軸在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中聲音比較大。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中觸摸加工平臺(tái)時(shí)感覺(jué)有點(diǎn)抖動(dòng),，判斷應(yīng)該是機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程阻力過(guò)大或不均勻引起的,。于是機(jī)床主管人員對(duì)Xl軸的反向間隙進(jìn)行了檢查，Xl軸的絲杠竄動(dòng)有O.02～0.03mm,，炮有O.02mm,；對(duì)絲杠的軸承和導(dǎo)軌滾動(dòng)體潤(rùn)滑情況進(jìn)行了檢查。潤(rùn)滑情況良好，但發(fā)現(xiàn)絲杠兩端的軸承座發(fā)熱較快,，拆開(kāi)絲杠Xl軸和胞軸的絲杠兩端的軸承座,，發(fā)現(xiàn)里面的復(fù)合軸承有不同程度的損壞。更換新的軸承,，處理完畢后,，檢查絲杠傳動(dòng)不到0.01mm，機(jī)床報(bào)警消除,。

　　例2一配置西門840D系統(tǒng)的落地鏜銑床在加工工件過(guò)程中出現(xiàn)Y向輪廓監(jiān)控報(bào)警,。查看驅(qū)動(dòng)控制板上沒(méi)有報(bào)警燈亮，在手動(dòng)方式下開(kāi)動(dòng)Y軸,，查看驅(qū)動(dòng)服務(wù)菜單,，Y軸的平滑電流值5A左右，負(fù)載維持在10％左右正常,，但是當(dāng)Y軸停止時(shí)出現(xiàn)25050輪廓監(jiān)控報(bào)警,，偶爾出現(xiàn)25080位置監(jiān)控報(bào)警。25040剛性監(jiān)控報(bào)警,。針對(duì)此現(xiàn)象,，于是調(diào)整M34600輪廓公差帶、MD32200伺服增益和MD32300加速度的值后,，故障現(xiàn)象依舊,。將診斷菜單調(diào)出，觀察y軸實(shí)際位置值和系統(tǒng)給定值的變化情況比較發(fā)現(xiàn),，當(dāng)Y軸出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，實(shí)際位置值都下降2～5 mm,。進(jìn)一步驗(yàn)證,，架百分表檢查Y軸實(shí)際下降情況，也是下降2～5 mm,。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn),，機(jī)床在按下急停鈕的情況下也是要下降。于是問(wèn)題集中在Y軸電動(dòng)機(jī)剎車和機(jī)械配重情況下,，檢查機(jī)械配重,，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)松動(dòng)和卡殼，在傳動(dòng)部分和配重傳動(dòng)鏈上添加潤(rùn)滑油?，F(xiàn)象依舊。綜合分析之后,，問(wèn)題應(yīng)該是由于帶剎車的Y軸伺服電動(dòng)機(jī)引起,，更換Y軸電動(dòng)機(jī)后，機(jī)床按急停鈕情況下，不再下降,，運(yùn)行Y軸報(bào)警消失,。

4 預(yù)防輪廓監(jiān)控報(bào)警的措施

　　(1)定期檢查機(jī)床精度。按計(jì)劃對(duì)主軸跳動(dòng),、各坐標(biāo)的反向間隙,、定位精度和鶯復(fù)定位精度，導(dǎo)軌是否有損傷,、液壓系統(tǒng)工作足否正常,、垂直坐標(biāo)平衡系統(tǒng)工作是否正常、各坐標(biāo)的潤(rùn)滑是否充分進(jìn)行檢查,。

　　(2)優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù),。利用西門子系統(tǒng)自帶的測(cè)試功能和優(yōu)化功能，測(cè)試各個(gè)坐標(biāo)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,，必要時(shí)可以對(duì)某些坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化,。

　　(3)優(yōu)化加工程序。充分根據(jù)機(jī)床的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)和加工工件的特性,，選取合適的工藝參數(shù),，如加工半徑較小的圓弧時(shí)，應(yīng)盡量降低進(jìn)給速度,。而加工半徑較大的圓弧時(shí),，應(yīng)盡量提高進(jìn)給速度，以提高加工效率,。

　　(4)加強(qiáng)機(jī)床保養(yǎng),。按計(jì)劃節(jié)點(diǎn)檢查電氣柜溫度和廠房環(huán)境溫度，通風(fēng)過(guò)濾網(wǎng),、粉塵等這些造成驅(qū)動(dòng)運(yùn)行不穩(wěn)定,，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能有所降低(特性較硬或者較軟)，導(dǎo)致產(chǎn)生輪廓監(jiān)控報(bào)警的因素,。這時(shí)我們可以針對(duì)不同情況進(jìn)行處理,，如更換損壞的過(guò)濾網(wǎng)或風(fēng)機(jī)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行除塵,，將參數(shù)進(jìn)行重新調(diào)整或優(yōu)化等,。檢查光柵尺周圍是否臟了、反饋線路虛接,、屏蔽層接觸不良,、動(dòng)力電纜線是否破損，三相電阻是否平衡等,。

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