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西門子數控係統摩擦力補償功能在解（jiě）決加工質量問題中的（de）應用

2023-2-17 來源：昌河飛機工業（集團）有限責任公司作者：胡輝

數控機床各軸在移動過程中，傳動鏈上的導軌（guǐ）與齒（chǐ）輪中的摩擦（cā）力會影響（xiǎng）到機床軸的動態特性，尤其（qí）是機床軸從靜止狀態（tài）開始加速啟動，從靜摩擦到動摩擦轉變過程中產生的摩擦力，會引起短暫的跟隨誤差增大（dà）。當該軸與（yǔ）其它軸進（jìn）行插補運動時（shí），會造成明顯的輪廓誤差。比較典型的（de）是在加工圓形輪廓（kuò）轉換方向時，在過象限處，一根軸靜（jìng）止且換向，會產生負麵效（xiào）應。

為了（le）改善這些位置的輪廓精度（dù），西門子數控（kòng）係統提供了摩擦力補償功能，在機床軸從（cóng）靜止狀態（tài）開始加（jiā）速時，提供一個（gè）附加的設定值速度脈衝（以下簡稱附加脈衝），但（dàn）這個附加脈衝需（xū）要調試，與實際偏差（chà）相匹配，不能（néng）太大，也不能太小，否則就會出現補償（cháng）不足或補償過度的現（xiàn）象。

1、摩擦力補（bǔ）償功能簡介

根（gēn）據（jù）使用（yòng）需求，西門子數控係統提供的摩擦力補償功能可分為以下三種類型 :

（1）補償（cháng）值恒定的摩擦力補償不考慮機床軸的加速（sù）度，始終為速度設定值提供相同的附（fù）加脈衝（如圖 1 所示），可設置調整附加脈衝的振幅和失效時間。

圖（tú） 1 補償值恒定的特性曲線

（2）帶（dài）自適應特性曲線的摩擦力補償

可通過設置三個不同的加速度控製點，以及附加脈衝的最小振幅、最（zuì）大振幅和失效時間，形成一條附加脈衝的幅值特性曲線，如圖 2 所示。

圖 2 帶自適應的特性（xìng）曲線

（3）高階版帶自適應特性曲線的摩擦力補償可設定四條附（fù）加脈衝補償（cháng）特性曲線，每條（tiáo）曲線可（kě）包含至多 9 個加速度控製點，如圖 3 所示。

圖 3 高階版帶自適應的特性曲（qǔ）線（xiàn）

針對每（měi）個加速（sù）度值設置附加脈衝的（de）振幅（fú）、生效時間和失效時間設定權重（chóng）係數。若附加脈衝滿足（zú）不了要求，可考慮再增加一個附加轉矩脈（mò）衝。（該（gāi）功能需許可證功能選件:6FC5800-0AS06-0YB0）以上三種（zhǒng）摩擦力補（bǔ）償功能（néng），其中第一種較為簡單且（qiě）常用，另外兩種使用起來較（jiào）為複雜，尤（yóu）其是第三種，還需要購（gòu）買相關的功能選項才能激活使用（yòng）。在機械狀態良好的（de）情況下，使用第一種功能基（jī）本上就能解決常（cháng）見問題，如果不能解決（jué）且對輪廓精度要求較高的話，才會（huì）考慮使用第二（èr）、第三（sān）種補償功能。

以下就（jiù）以第一種摩擦力補償功能為例，簡單介紹（shào）一下該功能在解決加工質量問題中的應（yīng）用方法。

2、應用案例

（1）故障現象

一台四軸臥式加工中心，配置西門（mén）子840DSL 數控係統，加工一工件時，在圓（yuán）弧輪廓過渡處有（yǒu）明顯的接（jiē）刀痕（如圖 4 所示），無法滿足（zú）工件精度要求。

圖 4 工件接刀痕

（2）問題分析（xī）及解決方案

在排除了操作方（fāng）法、工（gōng）件材料、刀（dāo）具、工（gōng）裝等工藝相關問題後，將分析（xī）的重點轉向設備本身。檢查機床潤（rùn）滑單元、導軌絲杠潤（rùn）滑情況（kuàng），以及機床軸的反向間隙，均沒有發現明顯問題。仔細分析工件接刀痕，發現該接刀痕是在圓弧輪廓換向處，在機床（chuáng） Y 軸換向時出現。

因此，考（kǎo）慮使用西（xī）門子數控係統（tǒng）自帶的圓度測試功能，對機床 X、Y 軸進（jìn）行圓度測試，檢查兩軸之間的插補精度以及（jí）動態匹配性。圓度測試程序如下 :

G91; 增（zēng）量（liàng）編程方式

G17;X、Y 平麵

G02 I20 J0 F2000 TURN=10;

半（bàn）徑 20mm，循環執行 10 次圓弧插補

M30; 程（chéng）序結束

通過執（zhí）行以上圓度測（cè）試程序，測（cè）試結（jié）果如圖5 所示（shì），發現在 Y 方向過象限處有明顯的凹尖（jiān）點，與工件接刀痕一致，同時發現 X 軸在過象限處（chù）也有同樣的故障現象。

圖 5 圓度測試結果

因此，使用補償值恒定的摩（mó）擦力補償功能對X、Y 軸進行補償，補償後用圓度測試進行測試，重複幾次直（zhí）到圓度測試最佳狀（zhuàng）態，無明顯尖點（diǎn）（如圖 6 所示），調整後的參數如下表所示。

圖 6 補償後圓度測試結果

摩擦力補償參數表

補償值恒定的摩擦力補償相關參數 :MD32500 FRICT_COMP_ENABLE[< 軸 >] ;=0: 補償功能關閉，= 1: 補償功能激活（huó）MD32520 $MA_FRICT_COMP_CONST_MAX[< 軸 >]; 附加脈衝振幅（fú）MD32540 $FRICT_COMP_TIME[< 軸 >] ;附加（jiā）脈衝失效時間重新加工工件，表麵質量明顯改善，接刀痕現（xiàn）象基本消失（如圖 7 所示），完全滿足工件精度要求。

圖 7 補償後工件接（jiē）刀（dāo）痕

3、結（jié）語（yǔ）

隨著數控機床使用年限的增長，機械性能逐（zhú）年劣化，機床動態特性降低，加工工件（jiàn）的精度和表麵質量也隨著變差，已無法達到新機床的加工（gōng）效果。

在不進行機械大修或（huò）者更換老化部件的情況下，如何利用數控係統補償功能，對機床動態特性進行優化，彌補機械劣化損失（shī），對於設備（bèi）維護人員來說（shuō），這是一個值得探索的技術方向。

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