【摘要】本文以臺(tái)達(dá)20PM系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)單介紹數(shù)控系統(tǒng)20PM間隙誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

【Abstract】Take Delta 20PM system as an example, this paper mainly introduces the clearance error compensation methods of CNC system 20PM.

【關(guān)鍵字】間隙補(bǔ)償功能；定位精度；運(yùn)動(dòng)控制 

【Keywords】clearance compensation function; positioning accuracy; motor control

由于機(jī)械電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為一種高精度、高效率、穩(wěn)定性強(qiáng)的自動(dòng)化加工裝備，已經(jīng)成為機(jī)械行業(yè)必不可少的現(xiàn)代化技術(shù)裝置。數(shù)控機(jī)床的定位精度是影響其高精度性能的一個(gè)重要方面，因而也是數(shù)控機(jī)床驗(yàn)收時(shí)的一個(gè)重要項(xiàng)目。利用數(shù)控系統(tǒng)的間隙補(bǔ)償功能進(jìn)行調(diào)整，可以大大提高數(shù)控機(jī)床的定位精度，而電氣控制系統(tǒng)不同，其定位精度的補(bǔ)償方法也不盡相同。

臺(tái)達(dá)DVP-20PM是一款專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制型PLC，采用高速雙CPU結(jié)構(gòu)形式，利用獨(dú)立CPU處理運(yùn)動(dòng)控制算法，可以很好地實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)軌跡控制、邏輯動(dòng)作控制，直線/圓弧插補(bǔ)控制等。

圖1 運(yùn)動(dòng)控制器DVP-20PM00D

1  間隙檢測(cè)

一般機(jī)床在出廠前都有各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)定過(guò)程，如利用激光干涉儀測(cè)定出相關(guān)參數(shù)。當(dāng)然也可以通過(guò)百分表、千分表或者扭簧表等簡(jiǎn)易設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，定出反向間隙的參考值。簡(jiǎn)單地測(cè)試是否存在反向間隙的方法：從起點(diǎn) A 開(kāi)始，沿虛線空程運(yùn)動(dòng)到B 點(diǎn)，然后以B 點(diǎn)為起點(diǎn)切割一個(gè)整圓，如果B 點(diǎn)處存在封口不重合，可判斷X 軸機(jī)械傳動(dòng)存在反向間隙。用20PM編寫(xiě)一個(gè)測(cè)試程序如圖2和圖3。

啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)程序OX1，OX1里編寫(xiě)兩個(gè)指令，一個(gè)正向行走，然后畫(huà)個(gè)整圓。

圖2 測(cè)試程序

圖3 測(cè)試程序

下面是用軟件監(jiān)控，反映實(shí)際走的圖形，反映的是坐標(biāo)位置。從A點(diǎn)出發(fā)，到B點(diǎn)，然后從B點(diǎn)走個(gè)整圓到C點(diǎn)，在X軸沒(méi)有間隙的情況下，實(shí)際機(jī)械加工B點(diǎn)與C點(diǎn)完全重合，有間隙的情況下，會(huì)出現(xiàn)不能封口的現(xiàn)象。

圖4 軟件監(jiān)控界面

在上面的測(cè)試中,初始狀態(tài)X軸間隙為0。中間X軸僅僅反向一次，所以能夠反映實(shí)際間隙。同樣的運(yùn)動(dòng)對(duì)于Y軸，則反映不出間隙。

反向間隙是從正向到反向或者由反向到正向的換向過(guò)程產(chǎn)生的，無(wú)論正向反向還是反向正向，對(duì)間隙的影響是相當(dāng)?shù)摹?duì)于剛才這個(gè)測(cè)試初始狀態(tài)Y軸間隙為0，中間運(yùn)動(dòng)過(guò)程Y軸反向二次，在兩次過(guò)程中其正向到反向間隙和反向到正向間隙抵消，所以即使曲線閉合，也不能說(shuō)明沒(méi)有誤差，只不過(guò)誤差反映在整個(gè)形狀。

如果需要測(cè)試Y軸誤差，同樣可設(shè)置一個(gè)程序，讓在初始狀態(tài)歸完原點(diǎn)的情況下，Y軸正向直走一距離，然后劃一整圓。程序如圖5。

圖5 測(cè)試Y軸誤差程序

圖6 坐標(biāo)值顯示界面

2   20PM間隙補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)方法

2.1通過(guò)特定寄存器設(shè)置間隙補(bǔ)償值

X軸D1817，Y軸D1897，Z軸D2077。

需要注意的是這里的補(bǔ)償值是以脈沖為單位，且為單字。最大補(bǔ)償為+/-30000個(gè)脈沖。補(bǔ)償原理是：各軸在歸完原點(diǎn)后處于初始狀態(tài)。20PM內(nèi)部會(huì)檢測(cè)任意一次換向，20PM內(nèi)部會(huì)在換向之后，先行走補(bǔ)償脈沖，然后按目標(biāo)值執(zhí)行。但是需要注意的是這個(gè)補(bǔ)償值，在觀察當(dāng)前坐標(biāo)位置D1848，D1928，D2008里體現(xiàn)不了。可以通過(guò)觀察伺服，或步進(jìn)驅(qū)動(dòng)實(shí)際接受脈沖來(lái)觀察換向補(bǔ)償?shù)奈恢?，或者把輸出接到高速?jì)數(shù)觀察。

2.2通過(guò)特殊指令實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功能

表1 特殊指令

通過(guò)MOVC指令補(bǔ)償間隙的好處是應(yīng)用比較靈活，可在程序里任意位置插入直線補(bǔ)償。缺點(diǎn)是換向時(shí)需要自己判斷寫(xiě)入。CNTC圓弧的圓心補(bǔ)償，可針對(duì)實(shí)際測(cè)出誤差，直接修改相應(yīng)參數(shù)，還可以在有些刀具磨損應(yīng)用中起作用，下面通過(guò)程序介紹應(yīng)用指令實(shí)現(xiàn)直線補(bǔ)償及圓弧圓心補(bǔ)償?shù)姆椒?。圖7中程序?qū)崿F(xiàn)了正向補(bǔ)償，反向不補(bǔ)償?shù)墓δ堋?/p>

圖7 正向補(bǔ)償，反向不補(bǔ)償程序

圖8圓心補(bǔ)償程序

圖8中程序?qū)崿F(xiàn)了對(duì)圓心的補(bǔ)償功能。其運(yùn)行軌跡示意圖如圖9，圓（1）為未補(bǔ)償前所畫(huà)的圓弧圓（2）為補(bǔ)償X軸所畫(huà)出來(lái)的圓弧，圓（3）為補(bǔ)償Y軸所畫(huà)出來(lái)的圓弧，圓（4）為補(bǔ)償X，Y軸所畫(huà)出的圓弧。

圖9 運(yùn)行軌跡示意圖

3  結(jié)束語(yǔ)

20PM的間隙補(bǔ)償、圓弧圓心補(bǔ)償功能滿足了客戶對(duì)于磨床等精密系統(tǒng)應(yīng)用的要求。

作者簡(jiǎn)介：

余強(qiáng)，男，出生于1969 年 12 月，畢業(yè)于安徽機(jī)電學(xué)院電氣工程系工業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，曾就職于信息產(chǎn)業(yè)部第八研究所和科大創(chuàng)新股份有限公司自動(dòng)化分公司工程部，現(xiàn)就職于中達(dá)電通股份有限股份有限公司PLC產(chǎn)品開(kāi)發(fā)處，主要專(zhuān)注于PLC在自動(dòng)化的高端運(yùn)用，包括各類(lèi)機(jī)械設(shè)備的精密運(yùn)動(dòng)控制及工程項(xiàng)目的過(guò)程控制的研究與市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。