羅興華

（成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川成都 610092）

1 西門(mén)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(xiàn)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V成正比，與伺服系統(tǒng)速度增益Kv成反比。因此，Kv越大，跟隨誤差就越小。但是Kv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V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［1－2］。

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［4－5］。

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［3］。

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KvMD32200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)Kv（Kv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［4－5］。

2.2 伺服系統(tǒng)方面

查看電氣柜溫度和廠(chǎng)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(xiàn)查看電動(dòng)機(jī)相間是否平衡，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)相間電阻。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(xiàn)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(mén)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)X1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)X1軸平滑電流波動(dòng)很大，X2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)X1軸的反向間隙進(jìn)行了檢查，X1軸的絲杠竄動(dòng)有0.02～0.03 mm，X2有0.02 mm;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X1軸和X2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0.01 mm，機(jī)床報(bào)警消除。

例2 一配置西門(mén)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5 A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(chē)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(chē)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、定位精度和重復(fù)定位精度，導(dǎo)軌是否有損傷、液壓系統(tǒng)工作是否正常、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(mén)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(chǎng)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?chē)欠衽K了、反饋線(xiàn)路虛接、屏蔽層接觸不良、動(dòng)力電纜線(xiàn)是否破損，三相電阻是否平衡等。

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［3］祝林.解決輪廓監(jiān)控報(bào)警的幾種方法［J］.設(shè)備管理與維修，2010（2）.

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［5］李恩林.數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)原理通論［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2007.