西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控機床上的應用

一、金屬材料具有“熱脹冷縮“的性質，該特性在物理學上通常用熱膨脹系數(shù)描述。數(shù)控機床的床身、立柱、拖板等導軌基礎件和滾珠絲杠等傳動部件都是由金屬材料制成，由于機床驅動電機的發(fā)熱、運動部件摩擦發(fā)熱以及環(huán)境溫度等的變化，均會對機床運動軸位置產生附加誤差，這將直接影響機床的定位精度，從而影響工件的加工精度。對于在普通車間環(huán)境條件下使用的數(shù)控機床尤其是行程比較長的落地式鏜床，熱膨脹系數(shù)的影響更不容忽視。以行程5M的X軸來說，金屬材料的熱膨脹系數(shù)為10ppm（10μm/每1m每1度），理論上溫度每上升1度，5m的行程的X軸就”脹長“50μm。日溫差和冬夏季節(jié)溫差的影響便可想而知。因此高精度機床要求在規(guī)定的恒溫條件下制造或使用，普通條件下使用的數(shù)控機床為保證較高定位精度和加工精度，須使用西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)”溫度補償“等選件功能消除誤差。

二、補償原理

機床坐標軸的定位誤差隨溫度變化會附加一定偏差，對每一給定溫度可測出相應的定位誤差曲線。

數(shù)字表達式為：

△Kx（T）=Ko（T）+tanβ（T）*（Px-Po）

其中：△Kx（T）為軸Px位置的定位誤差溫度偏差補償值；

Ko（T）是與軸位置不相關的溫度偏差（補償）值；

Px為軸的實際位置

Po為軸的參考點位置；

tanβ（T）為與軸位置相關的溫度補償系數(shù)（定位誤差曲線的梯度）。

西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)溫度補償功能的工作過程：將測量得到的溫度偏差（補償）值送至NC插補單元參與插補運算修正軸的運動。若溫度補償值△Kx（T）為正值就控制軸負向移動，否則就正向移動。由于溫度影響的滯后性，PLC程序采取定時間隔采樣溫度（T）的方法，周期性的修改NC中相關補償參數(shù)，并利用上面公式計算溫度偏差△Kx（T），從而補償?shù)魷囟茸兓a生的位置偏差。

三、硬件設計

采用PT100型熱敏電阻，安裝在機床靠近絲杠桿處，采樣溫度更接近印發(fā)熱膨脹的“機溫”。A86為S7-300型PLC兩通道12位A/D轉換器，起作用是將電阻溫度傳感器采樣的模擬量溫度信號轉換成數(shù)字量，送到西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)的NC-PLC接口，以便PLC程序做運算處理。

四、PT100型電阻溫度傳感器

PT100是鉑電阻溫度傳感器，使用于測量-60度-----+400度之間的溫度，*適用于機床的使用環(huán)境溫度5---45度。PT100在0度時電阻為100Ω，隨著溫度的變化電阻成線性變化，大約是每攝氏度0.4Ω。為了把PT100隨溫度變化的電阻轉換成電壓，即輸出12.5mA恒電流源共給PT100傳感器，在傳感器回路中產生5Mv/攝氏度線性輸入電壓。A/D傳感器把這個電壓轉換成數(shù)字量，程序周期地讀入這些數(shù)字量，并將所讀的數(shù)字量，利用下面的公式計算出溫度值。

溫度T[攝氏度]=（溫度數(shù)字量-0攝氏度偏置量）/1攝氏度數(shù)字量。

其中：溫度數(shù)字量=存儲在NC---PLC接口Ixx中的測量值；

0攝氏度偏置量=在0攝氏度測出的數(shù)字量（此次取4000）；

1攝氏度數(shù)字量=溫度每升高1攝氏度的數(shù)字量（此次取16）。

PLC定時采樣溫度值，利用上式計算出溫度數(shù)字量并轉換為帶一位小數(shù)點的十進制溫度值，然后計算出溫度補償參數(shù)Ko（T），tanβ（T），周期性送到NCK刷新溫度補償參數(shù)MD=TEMP_COMP_SLOP。

五、軟件設計

西門子溫度補償有三種類型供選擇：

1、位置不相關型：△Kx（T）=Ko（T）

2、位置相關性：△Kx（T）= tanβ（T）*（Px-Po）

3、位置不相關和位置相關型：

△Kx（T）=Ko（T）+tanβ（T）*（Px-Po）

軟件設計選擇第二種類型，即一般溫度補償公式△Kx（T）=Ko（T）+tanβ（T）*（Px-Po）中取Ko（T）=0（忽略參考點出溫度影響）。