1 西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的輪廓監(jiān)控的功能

　　輪廓監(jiān)控功能是監(jiān)控輪廓誤差和跟隨誤差。輪廓誤差是通過測量的實際值和從NCK位置計算出的位置理論值之間的誤差。為了能提前計算出實際值，系統(tǒng)使用包括前饋控制在內(nèi)的一個數(shù)學(xué)模型來模擬位置控制動態(tài)響應(yīng)。跟隨誤差是插補(bǔ)器輸出與機(jī)床實際測量值比較結(jié)果，其監(jiān)控就是判斷其值是否大于規(guī)定公差，跟隨誤差的監(jiān)控功能在位置控制方式下生效，用于監(jiān)控直線軸、旋轉(zhuǎn)軸或主軸位置控制，系統(tǒng)的加減速過程和恒速過程，連續(xù)或不連續(xù)的輪廓加工過程。如跟隨誤差超過輪廓監(jiān)控公差帶，就會發(fā)生報警信息。

　　伺服系統(tǒng)的跟隨誤差e與進(jìn)給速度l，成正比，與伺服系統(tǒng)速度增益E成反比。因此，K越大，跟隨誤差就越小。但是K過大，會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時，進(jìn)給速度Y越小，跟隨誤差越小。跟隨誤差使實際運(yùn)動軌跡偏離指令軌跡，產(chǎn)生輪廓誤差。實際上，大多是連續(xù)控制系統(tǒng)中兩軸的增益持續(xù)特性常有差異，因此。加工圓弧會產(chǎn)生形狀誤差，即變成橢圓。

　　數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)控制加工時，由于跟隨誤差的影響會產(chǎn)生形狀誤差。欲減小該項誤差，除將各插補(bǔ)坐標(biāo)的系統(tǒng)增益調(diào)整至盡量接近外，還要降低進(jìn)給速度，但這會降低效率。其次是盡可能增大位置增益，而增益過大時可能會引起振動。減小跟隨誤差的另一種措施是充分利用伺服前饋控制功能。預(yù)先設(shè)置合適的前饋量，使其與伺服滯后值接近，運(yùn)動指令直接移后控

　　數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)控制加工時，由于跟隨誤差的影響會產(chǎn)生形狀誤差。欲減小該項誤差，除將各插補(bǔ)坐標(biāo)的系統(tǒng)增益調(diào)整至盡量接近外，還要降低進(jìn)給速度，但這會降低效率。其次是盡可能增大位置增益，而增益過大時可能會引起振動。減小跟隨誤差的另一種措施是充分利用伺服前饋控制功能。預(yù)先設(shè)置合適的前饋量，使其與伺服滯后值接近，運(yùn)動指令直接移后控制，然后進(jìn)行位置負(fù)反饋比較。這比通常的誤差控制要快的很多，而且極大地減少了增益大小的限制，會顯著減小跟隨誤差‘引。

2 輪廓監(jiān)控報警原因分析

　　2.1系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置問題

　　首先查看輪廓監(jiān)控的公差帶MD36400的設(shè)置，較大的公差帶設(shè)置難以影響由于負(fù)載變化引起的速度波動，但較小的公差帶又會使系統(tǒng)頻繁報警，因此設(shè)置合理的輪廓監(jiān)控公差帶是必要的。

　　查看伺服增益因子KMD32200在機(jī)床中的設(shè)置和位置控制器的優(yōu)化情況，以確定坐標(biāo)軸是否跟隨設(shè)定的設(shè)置點而沒有過沖。否則，必須改進(jìn)速度控制器的優(yōu)化狀態(tài)，或者必須減小伺服增益系數(shù)K(K決定于機(jī)床傳動裝置的一般響應(yīng)速度和機(jī)床的質(zhì)量)。

　　改進(jìn)速度控制器的優(yōu)化狀態(tài)，即查看軸的最大加速度MD32300在機(jī)床中設(shè)定值。加速度太大會使電流值達(dá)到極限，致使位置調(diào)節(jié)回路被斷開，一旦位置調(diào)節(jié)回路被接通，則丟失的實際值將以超調(diào)的形式被恢復(fù)，將MD32300的值改小，觀察是否有變化。

　　2.2 伺服系統(tǒng)方面

　　查看電氣柜溫度和廠房環(huán)境溫度，通風(fēng)過濾網(wǎng)，灰塵等造成驅(qū)動器運(yùn)行不穩(wěn)定，從而使系統(tǒng)動態(tài)特性能有所降低，特性較硬或偏軟將會導(dǎo)致輪廓誤差報警。通過動力電纜線查看電動機(jī)相問是否平衡，對地絕緣狀態(tài)是否良好。如果狀態(tài)不好，將電動機(jī)與電纜分開，分別檢查電動機(jī)相問電阻。對地絕緣情況和電纜的通斷狀態(tài)和絕緣狀態(tài)。

　　查看驅(qū)動模塊上的狀態(tài)指示燈是否有報警信號以及光柵尺是否被污染，反饋電纜接口是否有松動，以及電纜通斷狀態(tài)以及屏蔽層是否損壞。

　　2.3檢查機(jī)械方面

　　數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)一般是由減速齒輪、聯(lián)軸器、滾珠絲杠副及支承軸支承軸承組成。在這些環(huán)節(jié)當(dāng)中均存在間隙，在反向時，會產(chǎn)生反向間隙。對于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，反向間隙存在會影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，從而影響到機(jī)床的加工精度。數(shù)控機(jī)床的傳動機(jī)構(gòu)，如直線導(dǎo)軌有損壞，或電動機(jī)連接軸承損壞，或者液壓系統(tǒng)故障造成平衡裝置出問題，都會造成機(jī)床運(yùn)行時摩擦力過大，從而產(chǎn)生輪廓監(jiān)控報警。機(jī)械故障原因可能在機(jī)械傳動系統(tǒng)上，一般先檢查測量元件是否松動，固定位置是否正確，如果松動或位置不當(dāng)都會導(dǎo)致NC系統(tǒng)采集位置環(huán)的信號失真。檢查負(fù)載是否過大，工作臺在移動過程中速度是否太快導(dǎo)致工作慣性太大等。

3 實例分析

　　例1一配置西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的臥式五坐標(biāo)銑床，其X坐標(biāo)軸采用的是雙軸驅(qū)動，在加工工件時Xl軸出現(xiàn)25050輪廓監(jiān)控報警，觀察驅(qū)動控制板上沒有報警燈亮。清除報警，手動開動x軸，運(yùn)行一段距離就出現(xiàn)25050輪廓監(jiān)控報警。查看驅(qū)動服務(wù)菜單，發(fā)現(xiàn)xl軸平滑電流波動很大，胞軸的電流波動要小些，而且X軸在運(yùn)動過程中聲音比較大。在運(yùn)動過程中觸摸加工平臺時感覺有點抖動，判斷應(yīng)該是機(jī)械傳動過程阻力過大或不均勻引起的。于是機(jī)床主管人員對Xl軸的反向間隙進(jìn)行了檢查，Xl軸的絲杠竄動有O.02～0.03mm，炮有O.02mm；對絲杠的軸承和導(dǎo)軌滾動體潤滑情況進(jìn)行了檢查。潤滑情況良好，但發(fā)現(xiàn)絲杠兩端的軸承座發(fā)熱較快，拆開絲杠Xl軸和胞軸的絲杠兩端的軸承座，發(fā)現(xiàn)里面的復(fù)合軸承有不同程度的損壞。更換新的軸承，處理完畢后，檢查絲杠傳動不到0.01mm，機(jī)床報警消除。

　　例2一配置西門840D系統(tǒng)的落地鏜銑床在加工工件過程中出現(xiàn)Y向輪廓監(jiān)控報警。查看驅(qū)動控制板上沒有報警燈亮，在手動方式下開動Y軸，查看驅(qū)動服務(wù)菜單，Y軸的平滑電流值5A左右，負(fù)載維持在10％左右正常，但是當(dāng)Y軸停止時出現(xiàn)25050輪廓監(jiān)控報警，偶爾出現(xiàn)25080位置監(jiān)控報警。25040剛性監(jiān)控報警。針對此現(xiàn)象，于是調(diào)整M34600輪廓公差帶、MD32200伺服增益和MD32300加速度的值后，故障現(xiàn)象依舊。將診斷菜單調(diào)出，觀察y軸實際位置值和系統(tǒng)給定值的變化情況比較發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Y軸出現(xiàn)報警時，實際位置值都下降2～5 mm。進(jìn)一步驗證，架百分表檢查Y軸實際下降情況，也是下降2～5 mm。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)床在按下急停鈕的情況下也是要下降。于是問題集中在Y軸電動機(jī)剎車和機(jī)械配重情況下，檢查機(jī)械配重，沒有發(fā)現(xiàn)松動和卡殼，在傳動部分和配重傳動鏈上添加潤滑油?，F(xiàn)象依舊。綜合分析之后，問題應(yīng)該是由于帶剎車的Y軸伺服電動機(jī)引起，更換Y軸電動機(jī)后，機(jī)床按急停鈕情況下，不再下降，運(yùn)行Y軸報警消失。

4 預(yù)防輪廓監(jiān)控報警的措施

　　(1)定期檢查機(jī)床精度。按計劃對主軸跳動、各坐標(biāo)的反向間隙、定位精度和鶯復(fù)定位精度，導(dǎo)軌是否有損傷、液壓系統(tǒng)工作足否正常、垂直坐標(biāo)平衡系統(tǒng)工作是否正常、各坐標(biāo)的潤滑是否充分進(jìn)行檢查。

　　(2)優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。利用西門子系統(tǒng)自帶的測試功能和優(yōu)化功能，測試各個坐標(biāo)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)響應(yīng)特性，必要時可以對某些坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。

　　(3)優(yōu)化加工程序。充分根據(jù)機(jī)床的機(jī)構(gòu)特點和加工工件的特性，選取合適的工藝參數(shù)，如加工半徑較小的圓弧時，應(yīng)盡量降低進(jìn)給速度。而加工半徑較大的圓弧時，應(yīng)盡量提高進(jìn)給速度，以提高加工效率。

　　(4)加強(qiáng)機(jī)床保養(yǎng)。按計劃節(jié)點檢查電氣柜溫度和廠房環(huán)境溫度，通風(fēng)過濾網(wǎng)、粉塵等這些造成驅(qū)動運(yùn)行不穩(wěn)定，使系統(tǒng)動態(tài)性能有所降低(特性較硬或者較軟)，導(dǎo)致產(chǎn)生輪廓監(jiān)控報警的因素。這時我們可以針對不同情況進(jìn)行處理，如更換損壞的過濾網(wǎng)或風(fēng)機(jī)，對系統(tǒng)進(jìn)行除塵，將參數(shù)進(jìn)行重新調(diào)整或優(yōu)化等。檢查光柵尺周圍是否臟了、反饋線路虛接、屏蔽層接觸不良、動力電纜線是否破損，三相電阻是否平衡等。

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