全閉環數控係統改半閉環數控係統的方法及應用
2020-10-19 來源：中國航發西安（ān）動力控（kòng）製科技有限公司 作者：楊雲峰
摘要：闡述全閉環數控係統和（hé）半閉環數控係統的定義，通過（guò）分析日常維修中遇到的典型的全閉環數控係統故障，介紹 FANUC、SIEMEN S 和 FAGO R 係統中把全閉環改成半閉環控製的方法。
關鍵詞：全閉環數控係統；半（bàn）閉環數控係（xì）統；光柵尺
0 引言
隨著現代製造（zào）業的迅速發展，數控機床被廣泛應（yīng）用，同時對數控機床定位精度、重複定位精度的要（yào）求也日益提高。光柵尺對數控機床各線性坐標軸進行全閉環控製，提高機床的定位精度、重複定位（wèi）精度以及精度可靠（kào）性（xìng）。隨著數控機床技術的不斷更新，全（quán）閉環數控（kòng）係統越來越多的（de）應用（yòng）在高精度（dù）數控機床上。
全閉環數控係統采用的是光柵尺的全閉環控製方式來檢測機床的（de）位置，光柵尺成為全閉環控製係統中的核（hé）心功能部件，光柵（shān）尺一旦（dàn）損壞，全閉環控製係（xì）統就無法正常運行，光柵（shān）尺的訂貨周期一般比較長，如果能夠將全閉（bì）環控製係統改成（chéng）半閉環控製係統，在加工工藝（yì）允許的範圍內不影響加（jiā）工精度，使機床能夠正（zhèng）常工作的話，不僅可以減少故障（zhàng）引起的停機時間，而且還能提高機床的利用率。
1 、全閉環（huán）數控係統和（hé）半閉環數控係統
1.1 全閉環控製係統
由於開環控製精度（dù）達不到精密機床和大型機床的要求，所（suǒ）以必須檢測他的實際工作位置，為此，在開環（huán）控製控製機床上增加檢測反（fǎn）饋裝置，在加工中時刻檢測機床移動部件的位置，使之和數控裝置所要求的（de）位置相（xiàng）符合，以（yǐ）期達到很高（gāo）的加工精度。
閉環控製係統框圖如圖 1 所示。圖中 A 為速度（dù）測量元件，C為位置測量元件（光柵尺）。當指令值發送到位置比較電路時，此時若工作台沒有移動（dòng），則沒有反饋量，指令（lìng）值使伺服電機（jī）轉動，通過 A 將速度反饋信號送到速度控製（zhì）電路，通過 C 將工作台（tái）實際（jì）位移量反饋回去，在位置比（bǐ）較電路中與指令值進行比較，用比較的差值進行控製，直至差值消除時為止，實現工作台精確定位。這類機床的優（yōu）點是精度高、速度快。
圖 1 閉環控（kòng）製係統
1.2 半（bàn）閉環控製係統
半閉環控製係統組成如圖 2 所示。這種控製方式不檢測工作（zuò）台的實際位置，通過與（yǔ）伺服電機同軸的（de）測量元件，如（rú）測速發電（diàn）機 A 和光電編碼盤 B（或旋轉變壓器）等間接檢測胡伺服電機的轉角，推算出工作台的實際位移量，用此值與（yǔ）指令值進行比較，用差值來（lái）實現控（kòng）製（zhì）。從圖 2 可以看出，由於工作台沒（méi）有完全包括在控製回路內，因此稱之（zhī）為半閉環控製。
圖 2 半閉環控（kòng）製係統
2 、全閉環控製係統改半閉環（huán）控製係統的（de）方法及應用
全閉環控（kòng）製係統改半閉環控（kòng）製係統，具體方法因不同數控係統而（ér）異，下麵（miàn）就 FANUC、SIEMENS、FAGOR 三種主（zhǔ）流係統（tǒng）舉例分別加以介紹。
2.1 FANUC 係統
在一台采用 FANUC 18i 係（xì）統的瑞（ruì）士立式加工中心上，突然出現 383 X 軸脈衝丟（diū）失（shī）（EXT）的報警，首先懷疑光柵尺故障（zhàng），將全閉環改半閉環後報（bào）警消（xiāo）除。修改的具體方法（fǎ）如下：
（1）按功能鍵［OFFSET］，打開設定（SETTING）畫麵，修改PWE=1，參數寫（xiě）保護打（dǎ）開。
（2）按下功能鍵［SYSTEM］後，打開參數設定畫麵，修改1815＃1=0，1815＃2=0，1818＃3（絕對光柵尺原點）=0，2185（位置（zhì）脈衝變換係數）=0，2024（位置脈衝數）=12 500，2084（柔性齒輪比 N）=3，2085（柔性齒輪比 M）=250。
（3）進入參（cān）數設定支援畫麵，按下軟（ruǎn）件［操作］，將光標移至“FSSB（軸）”處，按下（xià）軟件［選擇］，出現參（cān）數設定畫麵，修（xiū）改 X 軸的 M1=0，輸入完之後按設定。
（4）關閉電源，重啟機床後出現 300 X 軸零點丟失。將 X 軸用手輪搖到負向最大位置，再反向搖 10 cm，進入參數設定畫麵，修（xiū）改 1815＃4=1，關閉電源從新啟動機床，各軸回完零（líng）後機床即可正常使用。
2.2 SIEMENS 係統
在 1 台采用 Siemens 840D 係（xì）統的德國進口加工中心上，在移動 A 軸時出現“25000：Axis A hardware fault of active en－coder”的報警（jǐng），針對報警，首先懷疑是光柵尺故障，將（jiāng） A 軸由全閉環控製改成半閉環控製後，報警消除（chú），說明光柵尺故障。修（xiū）改方法如下：
（1）查看（kàn） PLC 程序（xù），這台機床（chuáng） A 軸的全閉環采（cǎi）用 PLC 機（jī）床數據（對應 PLC 數據塊 DB20）賦值：
（2）按［機床菜單］軟鍵，找到［診斷］軟鍵，進（jìn）入（rù）診斷畫麵，在診（zhěn）斷畫麵下（xià）的水平方向軟鍵有一個［機床數（shù）據］軟鍵，修改 PLC機床數據 MD14512［0］bit6=0，NC 軸軸參數 MD30200=1，軸參（cān）數（shù）MD30240 ［1］=0，NCKRESET 後（hòu） A 軸的第一（yī）測量係統被改為（wéi）半閉環。
2.3 FAGOR 係統
在一台采用（yòng） FAGOR 8055 係統的臥式加（jiā）工中心上，Z 軸突然出現的報警，查報警說明後（hòu），知道是 Z 軸光柵尺故障，為了不影響正常生（shēng）產，將 Z 軸原（yuán）全（quán）閉環控製係統（光柵尺檢測）改為半閉環控製係（xì）統（編碼器檢測），修改方法如下：
（1） 按 MAINMENU，再（zài）按（àn）軟（ruǎn）鍵 F7（+）
（2）按軟件 F4（機床參數），打開 Z 參數設定畫麵，修改 P5=1，P6=－601，P7（柵距）=0.004，P8（脈衝數）=0，P13（計數（shù）方向）=NO，P14（反向間隙）=0，P15（螺（luó）距補償）=ON，P19（死區）=0.01，P63（光纜）=0，P47（零點（diǎn）偏置）=3.5
（3）打開 Z 軸伺服參數設定畫麵，修（xiū）改 EP1=1250 PPV。
（4）關閉電源，重新啟動機床，各軸回完零後機床即可正常使用。
3、 結束語
高（gāo）精度數控機床的位置檢測裝（zhuāng）置都是采用光柵尺（chǐ）的全閉環控製方式，而光柵尺出現故障（zhàng）的頻率相對（duì）很高，而（ér）且（qiě）訂貨周期較長。因此，當光（guāng）柵尺出現故障時，利用參數（shù）把全閉環控製（zhì）係統更改為半閉環控製係統，從而使得機床能夠正常工作（zuò）的方法將（jiāng）會成為（wéi）日常機床維修中（zhōng）必（bì）不可少的方（fāng）法。
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