進給軸帶位置環時多級變速（sù）在 840Dsl 中的實（shí）現-功能部件網-數控機床市場（chǎng）網

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進給軸（zhóu）帶位置環時多級變速在（zài） 840Dsl 中的實現

2019-6-25 來源（yuán）：中國第一重（chóng）型機械股份公（gōng）司作者：樊凱

摘要 : 進給軸在位置環（huán）建立後，如果傳動比突然變化，即變速實現（xiàn），則（zé）最大速度、進給速度、跟隨誤差以及定位精度等都會相（xiàng）應改變，如何平滑順暢實現變速而不引發報警，是一個（gè）難題。本文闡（chǎn）述了實（shí）現方法。

1. 課題必要（yào）性

主軸變速功能（néng）在所有使用（yòng） ISO 代碼的數（shù）控係統中都規定了（le）一些特定代碼和功能，比如西門子 840D 係列中，輔助應答代碼 M41~M45 分別代表（biǎo）了主軸的Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ和Ⅴ擋，這些（xiē）擋位的傳動（dòng）比（bǐ）參數可以提前預設寫入，為 31050和 31060，當主軸變速完成後，對應（yīng）接口信號 DBX16.3 為 1，同時 DBX16.0 和 DB16.1、DBX16.2 組合起來反饋當前擋位信（xìn）號，讀（dú）取對應擋位（wèi）的傳（chuán）動比和對應擋位的最大（dà）速度（dù）值，則所有參數都能匹配起來，擋位變換產生的輪廓偏差、定位誤（wù）差等（děng）都（dōu）可分別調整，可以實現加工編程中的速度變換。

進給軸多（duō）級變換功能則沒那麽容（róng）易實現，因為 840D 係統中沒有在參數（shù）設計中充分考慮進給軸多級變速功能，對於進給軸變速後的最大進給（gěi）速度、加速度、定位誤差、輪廓偏差、伺（sì）服增益係數和傳動比等都沒有設置對應擋位的參（cān）數組，最最關鍵的問題（tí）是，西門子沒有相應的接口信號通知 NC 係（xì）統該進給軸當前擋位，無法將實際（jì）擋位與參數係（xì）統有機結合起（qǐ）來，那麽（me）就會出現這種情況，就是進給軸變速後，由（yóu）於 NC 無法得知（zhī），但速度變化引發的輪廓（kuò）偏差、定位誤差等會讓進給軸頻繁報警，無法工作。當然了，變速完成後，手動去輸入所有相關參數是可以的，但是，這種方法太（tài）低級了，總不能（néng）操作人員每次變速完成後，維修人員親自去修改機床（chuáng）參數吧？因此，這不是長久之計。

那麽，進（jìn）給軸多（duō）級變速是否有必要保留呢？在現代新機床設（shè）計中，進給軸多級速度很少看到，因為在新（xīn）機床設計中，通過電動機功率、轉速、傳動比和安裝空間匹配（pèi），可以滿足（zú）一台機床的所有加（jiā）工需求，不需要有機械變速（sù）。但是，在一些舊機床改造中，則不能麵麵俱到。比如以我改造的一（yī）台 SKODA 產 SUT200 型重型臥車為例，原來通過Ⅰ級變速增大輸（shū）出轉矩、降低進給速度，用於（yú）粗加工 ; 通過Ⅱ級變速提高進給速度、降低輸出轉矩，用於精加工。做改造方案時，如果隻保留一個擋位，由於電動機安裝空間極其狹窄，可選擇的（de）伺服電動機不能滿（mǎn）足原有加工（gōng）需求，要麽進給速度太低，要麽輸出轉矩不夠，機床的（de）改造就不能取得滿意的效果，所以，必須實現進給的多級變速。

在我最近的數控機床改造過程中，接連（lián）發現了三例這種問題（tí），於是（shì），如何平滑穩定實現進給軸多級變速，而且使位（wèi）置環不報警，這就成了一個重要的問題。經過多次摸索，我們終於攻克了這個難題。

2. 實（shí）現方法

以 SUT200 型數控臥式車床為例，刀台 X、Z 分別都具有兩（liǎng）級變速，其中， X 軸電動機自帶編碼器，外置光柵尺， Ⅰ級（jí）傳動比為 1:18， Ⅱ級傳（chuán）動比為 1:3， Z 軸電動機自帶編碼器，外置一個編碼（mǎ）器做位（wèi）置環，位置環編碼（mǎ）器自帶一個減速箱， Ⅰ級傳動（dòng）比為 1:6， Ⅱ級（jí）傳動比為 1:2，位置環編碼（mǎ）器傳動箱傳動（dòng）比為 2:5。這兩種情況代表了兩種非常典型的全環方式，分別以這（zhè）兩（liǎng）種情況描述進給軸多級變（biàn）速的實（shí）現。

（1）光柵尺做位置環，以 X 軸為例。實現步驟如下。

第一步 : 檢查傳動比。若機械能夠確切推算傳動比，則可省略（luè）此步。進行此步（bù）的前提是（shì），與傳動比相（xiàng）關的 31050（負載齒輪箱分母）、 31060（負載齒輪箱分子）、 31064（附加齒輪箱分母）

和（hé） 31066（附加齒（chǐ）輪（lún）箱分子）這幾個參數必須設置為默認值（zhí） 1， 31030（滾珠（zhū）絲杠螺距）也按默認值 10 設置，反向間隙補償 32450 清掉，且 X軸應激活的是不帶（dài）光柵尺的第一測量係統（DB31.

DBX1.5=1）。

前置條（tiáo）件滿足後， X 軸（zhóu）切換到Ⅰ級，在 X 軸終端壓上一塊百分表，向一個方向開 1mm，此時（shí）可（kě）消除反向間隙，然（rán）後百分表清零，再向前開（kāi）1mm，實際百分表走多些，比如實（shí）際（jì）百分表動0.2mm

，則傳動比為 1 ∶ 0.2=5 ∶ 1，將此傳動比寫入 31064、 31066，然後再壓百（bǎi）分表，看是否準確。界（jiè）麵如（rú）圖 1 所示。如（rú）果有（yǒu）微量（liàng）誤差，將傳動比細分為 500 ∶ 101、 5 000 ∶ 999 等進行嚐試，直到誤差進一步減（jiǎn）小到可忽（hū）略不計。如果追求更加精確的數顯精度，可以通過激光幹涉儀進行螺距誤差補償（LEC）。

圖（tú） 1

記錄下Ⅰ級的傳（chuán）動比，然後切換到Ⅱ級，將31064、 31066 清掉，重新進（jìn）行上述步驟，得到Ⅱ級的傳動比。這裏（lǐ）需要特別說明的是，為什（shí）麽傳動比寫入 31064、 31066，而不寫入 31050、31060 ？因為（wéi） 31064、 31066 的生效方式（shì）是 CF（NEW CONFIG），不需停電重啟，而 31050、31060 的生效方式是 PO（POWER ON），需（xū）要停電重啟。

第二步 : 建立定（dìng）義文件。得到Ⅰ、 Ⅱ級的傳動比後，開始寫定義（yì）文件（jiàn）。在 840Dsl 的 “調試”菜單裏找到 “係統數據” 菜（cài）單，再找到（dào） “定義”文（wén）件夾。在該文件夾內新建一個定義文件，默認客（kè）戶自（zì）定義文件名為 MMAC.DEF。打（dǎ）開該文件，在該文件內寫（xiě）入如下內容 :

DEF M51 AS MLX1; 書寫 M51 調用（yòng） MLX1.SPF 子程序。

DEF M52 AS MLX2; 書寫 M52 調用（yòng） MLX2.SPF 子程序。

然後保存退出，則係統開始自動編譯該定義文件，如（rú）果（guǒ）文件內容書寫無錯誤，則編譯可順利通過，若編譯（yì）不（bú）通過，請檢查書寫。這裏，MLX1.SPF 為 X 軸Ⅰ級變（biàn）速子程序， MLX2.SPF為 X 軸Ⅱ級變速子程序。

第（dì）三步 : 建立變速子程序。定義文件建立後，可（kě）以在 “製造商循環” 文件夾內建立 MLX1、MLX2 變速（sù）啟動子程序。該子程序（xù）的作用有兩個，一個是驅動 PLC 程序進行變速執行（háng）元件的動作，比如離合器、電磁閥等 ; 一個是寫變速相（xiàng）關參數，包括傳動比、伺服增（zēng）益係數和最大進給速度等。子程序以 MLX1.SPF 為例，書寫子程序（xù）如下 :

M53; 驅動 PLC 開始進（jìn）給變速（sù）的條件。

G4F3; 停頓 3s，給擋位切換時間。

$MA_DRIVE_AX_RATIO2_DENOM=1; 寫31064。

$MA_DRIVE_AX_RATIO2_NUMERA=18; 寫31066，傳動比（bǐ）為 1 ∶ 18。

$MA_POSCTRL_GAIN=0.6; 寫伺服增益係數 32200。

$MA_MAX_AX_VELO=1000; 寫軸最大進給速度 32000。

NEW CONF; 上述參數即時生效。

M30; 程序結束。

注（zhù）意上述四個參數的生效方式均為 CF，可以使用 NEW CONF 即時生效（xiào），生（shēng）效方式為 PO的則不可以。所以，使用這種方法可（kě）寫的參數必須生效方式隻能為 CF。程（chéng）序界麵如圖 2 所示。

第四步 : 編製 PLC 程序（xù）。 NC 方麵的準備已經就緒，接下（xià）來就可以編製 PLC 程序了。這裏，不贅述（shù） PLC 程序（xù），大家可（kě）以根據實際情況自行（háng）編製。

圖 2

第五步 : 全環試車。上述步（bù）驟完成後，則可以進行半（bàn）環試車，可以看到，當在 MDA 方式下執行 M51 時，則 31064、 31066、 32200 和32000 等自動按照（zhào） MLX1.SPF 內設置（zhì）而（ér）更改 ; 執行 M52 時，上述參數按照 MLX2.SPF 內設（shè）置而更改。在Ⅰ擋、 Ⅱ擋（dǎng）速度下，明顯可以看（kàn）到同樣的電動（dòng）機速度，驅動 X 軸的速度（dù）已經按（àn）傳動比切換過來。此時，可以激活帶（dài）光柵尺的第（dì）二測量係統（DB31.DBX1.6=1）。

按照常規（guī）設置，將 3 1 0 0 0（是否光柵尺）、31040（位置環（huán）檢測是否直接安裝到（dào）機床上而沒有中間變速（sù））均設置為 1，全環設置完成。注意（yì），若（ruò） 31040 為 0，則 NCU 會檢（jiǎn）測 31050、 31060

的數值，當（dāng）掛光柵（shān）尺時，會出現輪廓監控報警、不受（shòu）控製（zhì）等現象。由（yóu）於光柵尺直連， 31070（編碼器齒輪箱分母）、 31080（編（biān）碼器齒輪箱分子）默認為 1 即可。

（2）編碼器外帶減速箱做位置環，以 Z 軸為（wéi）例。實現步驟與上麵完（wán）全一樣，但設置參數有略微差別。 31000、 31040 必須設（shè）置為 0，同時，31044（編碼器是否有中間變速）必須設置為 1。由於（yú）編（biān）碼器中間有傳動比， 31070、 31080 必須設置。

3. 結語

通過西門子 840Dsl 的配套軟件 NC-VAR 也可以實現該功能，但需要大量複雜的編程工作，有（yǒu）興（xìng）趣的（de）同行可以自行嚐試。進給多級變速通（tōng）過這種方法實現，不僅僅（jǐn）拓寬了設備維係（xì）人改造機床的思路，減（jiǎn）少了不必要（yào）的機械結構修改，而且（qiě）為其他一些特殊功能的實現提供了更加簡便易（yì）行的思路。

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