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全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)改半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的方法及應(yīng)用
2020-10-19 來源：中國航發(fā)西安動(dòng)力控制科技有限公司 作者：楊云峰
摘要：闡述全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的定義，通過分析日常維修中遇到的典型的全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)故障，介紹 FANUC、SIEMEN S 和 FAGO R 系統(tǒng)中把全閉環(huán)改成半閉環(huán)控制的方法。
關(guān)鍵詞：全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；光柵尺
0 引言
隨著現(xiàn)代制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床被廣泛應(yīng)用，同時(shí)對(duì)數(shù)控機(jī)床定位精度、重復(fù)定位精度的要求也日益提高。光柵尺對(duì)數(shù)控機(jī)床各線性坐標(biāo)軸進(jìn)行全閉環(huán)控制，提高機(jī)床的定位精度、重復(fù)定位精度以及精度可靠性。隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的不斷更新，全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用在高精度數(shù)控機(jī)床上。
全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)采用的是光柵尺的全閉環(huán)控制方式來檢測(cè)機(jī)床的位置，光柵尺成為全閉環(huán)控制系統(tǒng)中的核心功能部件，光柵尺一旦損壞，全閉環(huán)控制系統(tǒng)就無法正常運(yùn)行，光柵尺的訂貨周期一般比較長，如果能夠?qū)⑷]環(huán)控制系統(tǒng)改成半閉環(huán)控制系統(tǒng)，在加工工藝允許的范圍內(nèi)不影響加工精度，使機(jī)床能夠正常工作的話，不僅可以減少故障引起的停機(jī)時(shí)間，而且還能提高機(jī)床的利用率。
1 、全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)
1.1 全閉環(huán)控制系統(tǒng)
由于開環(huán)控制精度達(dá)不到精密機(jī)床和大型機(jī)床的要求，所以必須檢測(cè)他的實(shí)際工作位置，為此，在開環(huán)控制控制機(jī)床上增加檢測(cè)反饋裝置，在加工中時(shí)刻檢測(cè)機(jī)床移動(dòng)部件的位置，使之和數(shù)控裝置所要求的位置相符合，以期達(dá)到很高的加工精度。
閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。圖中 A 為速度測(cè)量元件，C為位置測(cè)量元件（光柵尺）。當(dāng)指令值發(fā)送到位置比較電路時(shí)，此時(shí)若工作臺(tái)沒有移動(dòng)，則沒有反饋量，指令值使伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過 A 將速度反饋信號(hào)送到速度控制電路，通過 C 將工作臺(tái)實(shí)際位移量反饋回去，在位置比較電路中與指令值進(jìn)行比較，用比較的差值進(jìn)行控制，直至差值消除時(shí)為止，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)精確定位。這類機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是精度高、速度快。
圖 1 閉環(huán)控制系統(tǒng)
1.2 半閉環(huán)控制系統(tǒng)
半閉環(huán)控制系統(tǒng)組成如圖 2 所示。這種控制方式不檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位置，通過與伺服電機(jī)同軸的測(cè)量元件，如測(cè)速發(fā)電機(jī) A 和光電編碼盤 B（或旋轉(zhuǎn)變壓器）等間接檢測(cè)胡伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量，用此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實(shí)現(xiàn)控制。從圖 2 可以看出，由于工作臺(tái)沒有完全包括在控制回路內(nèi)，因此稱之為半閉環(huán)控制。
圖 2 半閉環(huán)控制系統(tǒng)
2 、全閉環(huán)控制系統(tǒng)改半閉環(huán)控制系統(tǒng)的方法及應(yīng)用
全閉環(huán)控制系統(tǒng)改半閉環(huán)控制系統(tǒng)，具體方法因不同數(shù)控系統(tǒng)而異，下面就 FANUC、SIEMENS、FAGOR 三種主流系統(tǒng)舉例分別加以介紹。
2.1 FANUC 系統(tǒng)
在一臺(tái)采用 FANUC 18i 系統(tǒng)的瑞士立式加工中心上，突然出現(xiàn) 383 X 軸脈沖丟失（EXT）的報(bào)警，首先懷疑光柵尺故障，將全閉環(huán)改半閉環(huán)后報(bào)警消除。修改的具體方法如下：
（1）按功能鍵［OFFSET］，打開設(shè)定（SETTING）畫面，修改PWE=1，參數(shù)寫保護(hù)打開。
（2）按下功能鍵［SYSTEM］后，打開參數(shù)設(shè)定畫面，修改1815＃1=0，1815＃2=0，1818＃3（絕對(duì)光柵尺原點(diǎn)）=0，2185（位置脈沖變換系數(shù)）=0，2024（位置脈沖數(shù)）=12 500，2084（柔性齒輪比 N）=3，2085（柔性齒輪比 M）=250。
（3）進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定支援畫面，按下軟件［操作］，將光標(biāo)移至“FSSB（軸）”處，按下軟件［選擇］，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)定畫面，修改 X 軸的 M1=0，輸入完之后按設(shè)定。
（4）關(guān)閉電源，重啟機(jī)床后出現(xiàn) 300 X 軸零點(diǎn)丟失。將 X 軸用手輪搖到負(fù)向最大位置，再反向搖 10 cm，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定畫面，修改 1815＃4=1，關(guān)閉電源從新啟動(dòng)機(jī)床，各軸回完零后機(jī)床即可正常使用。
2.2 SIEMENS 系統(tǒng)
在 1 臺(tái)采用 Siemens 840D 系統(tǒng)的德國進(jìn)口加工中心上，在移動(dòng) A 軸時(shí)出現(xiàn)“25000：Axis A hardware fault of active en－coder”的報(bào)警，針對(duì)報(bào)警，首先懷疑是光柵尺故障，將 A 軸由全閉環(huán)控制改成半閉環(huán)控制后，報(bào)警消除，說明光柵尺故障。修改方法如下：
（1）查看 PLC 程序，這臺(tái)機(jī)床 A 軸的全閉環(huán)采用 PLC 機(jī)床數(shù)據(jù)（對(duì)應(yīng) PLC 數(shù)據(jù)塊 DB20）賦值：
（2）按［機(jī)床菜單］軟鍵，找到［診斷］軟鍵，進(jìn)入診斷畫面，在診斷畫面下的水平方向軟鍵有一個(gè)［機(jī)床數(shù)據(jù)］軟鍵，修改 PLC機(jī)床數(shù)據(jù) MD14512［0］bit6=0，NC 軸軸參數(shù) MD30200=1，軸參數(shù)MD30240 ［1］=0，NCKRESET 后 A 軸的第一測(cè)量系統(tǒng)被改為半閉環(huán)。
2.3 FAGOR 系統(tǒng)
在一臺(tái)采用 FAGOR 8055 系統(tǒng)的臥式加工中心上，Z 軸突然出現(xiàn)的報(bào)警，查報(bào)警說明后，知道是 Z 軸光柵尺故障，為了不影響正常生產(chǎn)，將 Z 軸原全閉環(huán)控制系統(tǒng)（光柵尺檢測(cè)）改為半閉環(huán)控制系統(tǒng)（編碼器檢測(cè)），修改方法如下：
（1） 按 MAINMENU，再按軟鍵 F7（+）
（2）按軟件 F4（機(jī)床參數(shù)），打開 Z 參數(shù)設(shè)定畫面，修改 P5=1，P6=－601，P7（柵距）=0.004，P8（脈沖數(shù)）=0，P13（計(jì)數(shù)方向）=NO，P14（反向間隙）=0，P15（螺距補(bǔ)償）=ON，P19（死區(qū)）=0.01，P63（光纜）=0，P47（零點(diǎn)偏置）=3.5
（3）打開 Z 軸伺服參數(shù)設(shè)定畫面，修改 EP1=1250 PPV。
（4）關(guān)閉電源，重新啟動(dòng)機(jī)床，各軸回完零后機(jī)床即可正常使用。
3、 結(jié)束語
高精度數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置都是采用光柵尺的全閉環(huán)控制方式，而光柵尺出現(xiàn)故障的頻率相對(duì)很高，而且訂貨周期較長。因此，當(dāng)光柵尺出現(xiàn)故障時(shí)，利用參數(shù)把全閉環(huán)控制系統(tǒng)更改為半閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而使得機(jī)床能夠正常工作的方法將會(huì)成為日常機(jī)床維修中必不可少的方法。
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