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全闭环数控系统改半闭环数控系统的方法及应用
Oct 19, 2020  来源:中国航发西安动力控制科技有限公司  作者:杨云峰


  
  
      摘要:阐述全闭环数控系统和半闭环数控系统的定义,通过分析日常维修中遇到的典型的全闭环数控系统故障,介绍 FANUC、SIEMEN S 和 FAGO R 系统中把全闭环改成半闭环控制的方法。
  
      关键词:全闭环数控系统;半闭环数控系统;光栅尺

      0 引言
  
      随着现代制造业的迅速发展,数控机床被广泛应用,同时对数控机床定位精度、重复定位精度的要求也日益提高。光栅尺对数控机床各线性坐标轴进行全闭环控制,提高机床的定位精度、重复定位精度以及精度可靠性。随着数控机床技术的不断更新,全闭环数控系统越来越多的应用在高精度数控机床上。

     全闭环数控系统采用的是光栅尺的全闭环控制方式来检测机床的位置,光栅尺成为全闭环控制系统中的核心功能部件,光栅尺一旦损坏,全闭环控制系统就无法正常运行,光栅尺的订货周期一般比较长,如果能够将全闭环控制系统改成半闭环控制系统,在加工工艺允许的范围内不影响加工精度,使机床能够正常工作的话,不仅可以减少故障引起的停机时间,而且还能提高机床的利用率。

      1 、全闭环数控系统和半闭环数控系统
  
      1.1 全闭环控制系统
  
      由于开环控制精度达不到精密机床和大型机床的要求,所以必须检测他的实际工作位置,为此,在开环控制控制机床上增加检测反馈装置,在加工中时刻检测机床移动部件的位置,使之和数控装置所要求的位置相符合,以期达到很高的加工精度。

     闭环控制系统框图如图 1 所示。图中 A 为速度测量元件,C为位置测量元件(光栅尺)。当指令值发送到位置比较电路时,此时若工作台没有移动,则没有反馈量,指令值使伺服电机转动,通过 A 将速度反馈信号送到速度控制电路,通过 C 将工作台实际位移量反馈回去,在位置比较电路中与指令值进行比较,用比较的差值进行控制,直至差值消除时为止,实现工作台精确定位。这类机床的优点是精度高、速度快。

  
图 1 闭环控制系统

      1.2 半闭环控制系统

      半闭环控制系统组成如图 2 所示。这种控制方式不检测工作台的实际位置,通过与伺服电机同轴的测量元件,如测速发电机 A 和光电编码盘 B(或旋转变压器)等间接检测胡伺服电机的转角,推算出工作台的实际位移量,用此值与指令值进行比较,用差值来实现控制。从图 2 可以看出,由于工作台没有完全包括在控制回路内,因此称之为半闭环控制。


图 2 半闭环控制系统


      2 、全闭环控制系统改半闭环控制系统的方法及应用
  
     全闭环控制系统改半闭环控制系统,具体方法因不同数控系统而异,下面就 FANUC、SIEMENS、FAGOR 三种主流系统举例分别加以介绍。

     2.1 FANUC 系统
  
     在一台采用 FANUC 18i 系统的瑞士立式加工中心上,突然出现 383 X 轴脉冲丢失(EXT)的报警,首先怀疑光栅尺故障,将全闭环改半闭环后报警消除。修改的具体方法如下:
  
    (1)按功能键[OFFSET],打开设定(SETTING)画面,修改PWE=1,参数写保护打开。

    (2)按下功能键[SYSTEM]后,打开参数设定画面,修改1815#1=0,1815#2=0,1818#3(绝对光栅尺原点)=0,2185(位置脉冲变换系数)=0,2024(位置脉冲数)=12 500,2084(柔性齿轮比 N)=3,2085(柔性齿轮比 M)=250。

    (3)进入参数设定支援画面,按下软件[操作],将光标移至“FSSB(轴)”处,按下软件[选择],出现参数设定画面,修改 X 轴的 M1=0,输入完之后按设定。
  
    (4)关闭电源,重启机床后出现 300 X 轴零点丢失。将 X 轴用手轮摇到负向最大位置,再反向摇 10 cm,进入参数设定画面,修改 1815#4=1,关闭电源从新启动机床,各轴回完零后机床即可正常使用。

     2.2 SIEMENS 系统
  
     在 1 台采用 Siemens 840D 系统的德国进口加工中心上,在移动 A 轴时出现“25000:Axis A hardware fault of active en-coder”的报警,针对报警,首先怀疑是光栅尺故障,将 A 轴由全闭环控制改成半闭环控制后,报警消除,说明光栅尺故障。修改方法如下:

    (1)查看 PLC 程序,这台机床 A 轴的全闭环采用 PLC 机床数据(对应 PLC 数据块 DB20)赋值:

      
  
    (2)按[机床菜单]软键,找到[诊断]软键,进入诊断画面,在诊断画面下的水平方向软键有一个[机床数据]软键,修改 PLC机床数据 MD14512[0]bit6=0,NC 轴轴参数 MD30200=1,轴参数MD30240 [1]=0,NCKRESET 后 A 轴的第一测量系统被改为半闭环。

     2.3 FAGOR 系统

     在一台采用 FAGOR 8055 系统的卧式加工中心上,Z 轴突然出现的报警,查报警说明后,知道是 Z 轴光栅尺故障,为了不影响正常生产,将 Z 轴原全闭环控制系统(光栅尺检测)改为半闭环控制系统(编码器检测),修改方法如下:

     (1) 按 MAINMENU,再按软键 F7(+)
     (2)按软件 F4(机床参数),打开 Z 参数设定画面,修改 P5=1,P6=-601,P7(栅距)=0.004,P8(脉冲数)=0,P13(计数方向)=NO,P14(反向间隙)=0,P15(螺距补偿)=ON,P19(死区)=0.01,P63(光缆)=0,P47(零点偏置)=3.5
     (3)打开 Z 轴伺服参数设定画面,修改 EP1=1250 PPV。
     (4)关闭电源,重新启动机床,各轴回完零后机床即可正常使用。

      3、 结束语
  
     高精度数控机床的位置检测装置都是采用光栅尺的全闭环控制方式,而光栅尺出现故障的频率相对很高,而且订货周期较长。因此,当光栅尺出现故障时,利用参数把全闭环控制系统更改为半闭环控制系统,从而使得机床能够正常工作的方法将会成为日常机床维修中必不可少的方法。

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