设置华中数控系统参数

引出任务

根据实验台具体要求，设置华中数控系统的主要参数，保证各部分正常工作。

学习目标

·熟悉数控系统电子齿轮比的计算，完成参数的设定;

·熟悉机床软限位的设定原理与方法;

·熟悉反向间隙的调整与螺距误差补偿的原理与方法。

相关知识

现在的数控装置和驱动装置一般都设计了内部电子齿轮及步进驱动装置的细分功能，可以方便地改变外部指令和所发位置指令的关系，从而代替传动系统的作用，使用起来非常方便。可以通过调节内部电子齿轮比来修改内部脉冲当量，即改变每个位置单位 (脉冲信号)所对应的实际坐标轴移动的距离或旋转的角度。

世纪星系列数控装置的控制软件，具有两级电子齿轮，第一级电子齿轮调整零件程序指令与机床实际移动距离的匹配关系，称为外部电子齿轮; 第二级电子齿轮调整位置指令和位置反馈的匹配关系，称为反馈电子齿轮。

移动轴外部脉冲当量分子的单位为μm; 旋转轴外部脉冲当量分子的单位为0．001°。外部脉冲当量分母无单位。通过设置外部脉冲当量分子和外部脉冲当量分母，可实现改变电子齿轮比的目的。也可通过改变电子齿轮比的符号，达到改变电动机旋转方向的目的。

(一) 外部电子齿轮比

世纪星系列数控装置的外部电子齿轮比由外部脉冲当量分子/外部脉冲当量分母两个参数组成，在轴参数中设置，设置的范围为-32767～+32767，软件系统的内部脉冲当量为0．001mm，为了提高控制精度，系统对内部脉冲当量有固定的细分系数X1，如表8-8所示。

表8-8 内部脉冲当量细分系数X1

外部电子齿轮比的计算公式为:

对于步进电机/伺服电机电子齿轮比的计算方法，如公式A/公式B所示。

式中: L——丝杠螺距所对应的内部脉冲当量 (对于世纪星系列的数控系统，在进行齿轮比计算的时候内部脉冲当量为0．001mm);

N——电动机每转一圈，所需要的脉冲数;

X1——数控系统的细分数;

X2——对步进电机来说是指步进驱动器本身的细分数，对伺服电机来说是指伺服驱动器的内部电子齿轮比;

J——机床进给轴的机械传动齿轮比;

M——伺服电机码盘的每转脉冲数，即电动机的码盘线数;

B——数控系统对伺服电机的码盘反馈的倍频数 (对于世纪星系列的数控系统，电机的码盘反馈的倍频数为4)。

以数控综合实验台X轴的电子齿轮比为例，计算方法如下:

若X轴为步进电机，电机的步距角为1．8″，则电机的每转脉冲数为N=360/1．8=200;

电机与丝杠为直联方式，则J=l;

丝杠的导程为5mm，则L=5000;

系统对内部脉冲当量的细分数X1=16;

假设步进驱动器本身的细分数为X2=8;

则:

数控综合实验台X轴的电子齿轮比为25/128，我们把轴参数中的外部脉冲当量分子改为25，外部脉冲当量分母改为128，整个X轴的电子齿轮比的计算并设置的过程即告完成。

(二) 反馈电子齿轮比

世纪星系列数控装置的反馈电子齿轮比由反馈电子齿轮分子、反馈电子齿轮分母两个参数组成，在伺服参数中设置，设置的范围是-32767～+32767。反馈通常来自伺服驱动装置，和机床传动机构无关，由于步进电机没有反馈，这两个参数无效。

反馈电子齿轮比的计算公式为:

式中: W——电机转一圈所需脉冲数;

M——伺服电机的码盘线数;

X1——数控系统的细分数;

X2——伺服驱动器的倍频数或伺服驱动器的内部电子齿轮比;

B——数控系统对伺服电机的码盘反馈的倍频数。

对伺服电机来说，W=M，所以:

例如: 华中数控生产的HSV-16D和HSV-20D系列伺服驱动器，标配电机的编码器为2500线，驱动器内部进行了4倍频处理，计算系统的反馈电子齿轮比。

若采用华中数控HNC21/22系列世纪星，对伺服的反馈信号有4倍频，因此反馈电子齿轮比为

若采用HNC-18i/19i系列世纪星，对伺服的反馈信号没有倍频，则反馈电子齿轮比为

试利用上述的计算方法，计算出综合实验台的2轴的反馈电子齿轮比，已知伺服驱动器内部的电子齿轮比为4/1。

(三) 机床软限位的设定

若需将机床软极限的位置设置为距离硬极限5mm处，设置机床软限位的步骤如下:

1． 将软超程调成无效 (大于硬超程，如X轴设置为20000，单位: μm);

2． 回参考点 (X);

3． 手动方式继续移动，出现硬超程报警显示 (继续移动X轴，出现机床实际坐标显示17．983);

4． 计算软超程坐标值 (17983-5000=12983，软超程在硬超程前5000处);

5． 将轴正向软限位数值12983输入在轴参数中;

6． 保存数据，返回;

7． 重新启动系统，使参数生效;

8． 再次回参考点;

9． 进行数据检验。

注意，上例对于X轴采用半径形式设定，如采用直径形式，应进行数据换算。

(四) 伺服参数的设定

通过定义伺服参数中硬件配置参数的配置【0】来确定不同伺服驱动类型，配置【0】的大小是1个字节，这个字节用二进制表示共有8位，即D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0，每一位都有不同的功能定义。

对于脉冲接口伺服驱动器来说:

D0～D3: 步进电机的轴号，在这里我们定义它为2号轴，数值为0010;

D4～D5: 数控系统脉冲指令形式:

00—— (缺省) 单脉冲输出;　01——单脉冲输出;

10——双脉冲输出;　11——AB相输出;

D6～D7: 数控系统接收反馈脉冲的指令形式:

00—— (缺省) AB相反馈;　01——单脉冲反馈;

10——双脉冲反馈;　11——AB相反馈。

例如: 若伺服驱动器运行指令与反馈指令都采用的是AB相脉冲，那么配置【0】的数值为: 00110010或11110010，换算成十进制为: 50或242。将其输入到配置【0】中，数控系统输出指令与反馈指令脉冲形式即为AB相脉冲。

伺服可以通过修改参数PA400的数值来改变伺服驱动器的指令脉冲接收形式，其中00H表示双脉冲，10H表示AB相脉冲，20H表示单脉冲。

(五) 反向间隙的设定

由于螺母结构本身的游隙及受到轴向载荷后的弹性变形，滚珠丝杆螺母机构存在的轴向间隙，这些反向间隙的存在，在机械传动链改变方向时，会引起伺服电机的空转，使工作台无实际运动，见图8-17。

图8-17 反向间隙补偿

反向间隙的补偿步骤:

(1) 在回零工作方式下，Z轴执行回零;

(2) 将Z轴所有轴补偿参数置0;

(3) 记录光栅尺反馈的位置A，在MDI方式下调用G01指令，使轴正向移动1mm，然后再调用G01指令使轴反向移动1mm，记录光栅尺反馈的位置B;

(4) 计算反向间隙误差补偿值，| 数据A - 数据B| ，单位是μm;

(5) 将轴补偿参数的反向间隙参数设置为反向间隙位置补偿值;

(6) 重复 (3) 和 (4)，比较第一次和第二次的误差值。

注: 反向间隙误差补偿值=| 数据A-数据B| ，单位是内部脉冲当量，数据A为A处读到的数据，数据B为B处读到的数据。例如数据A=3mm，数据B=2．75mm，则反向间隙误差补偿值为3-2．75=0．25mm=25内部脉冲当量，内部脉冲当量为1μm。

(六) 单向螺距误差补偿

螺距误差补偿分为单向和双向补偿两种形式。一般情况下采用单向螺距误差补偿，具体步骤如下:

(1) Z轴回零;

(2) 将Z轴轴补偿参数内和螺距误差有关的参数设置为0;

(3) 在Z轴150mm的有效行程内，补偿间隔为10mm，补偿点数为16个补偿点;

(4) 调入螺距误差补偿程序，在补偿点处记录光栅尺反馈数据;

(5) 螺距误差补偿值=机床指令坐标值-机床实际测量位置值;

(6) 设置轴补偿参数内和螺距误差有关参数，见表8-9。

表8-9 螺距误差补偿

参考程序如下:

%0110　;

G92Z0　; 建立临时坐标，应该在参考点位置开始。

G91Z1F200　; X轴正向移动1mm。

G04P4　; 暂停4s。

G91Z-1　; X轴负向移动1mm，返回测量位置，并消除反向间隙。

; 此时测量系统清零。

G04P4　; 暂停4s，测量系统记录数据。

M98P1111L15　; 调用负向移动子程序15次，程序号为1111。

M30　; 停止返回。

%1111　; X轴负向移动子程序名为1111。

G91Z-40F100　; X轴负向移动40mm。

G04P4　; 暂停4s，测量系统记录数据。

M99　; 子程序结束。

实施

(1) 根据X轴和Z轴的计算公式和软限位的设置过程，填写X轴和Z轴的脉冲当量分子分母以及X轴和Z轴正负软限位的数据，并让其生效，进行参数的检验，见表8-10。

表8-10 系统参数的计算

(2) 如果数控系统脉冲输出指令采用单脉冲，反馈信号采用AB相脉冲，系统硬件配置0参数设为( ); 伺服参数PA400设为( ); 系统才能够正常运行。如果数控系统脉冲输出指令采用双脉冲，反馈信号采用AB相脉冲，系统硬件配置0参数设为( ); 如果此时伺服系统指令信号采用单脉冲，伺服参数PA400 应设为( )。

(3) 根据机床性能指标，填写表8-11、表8-12参数。

根据表8-13、表8-14的相关机床参数，调整数控系统相关参数 (注: 步进驱动器细分数设为16; 换刀超时时间设为8s; 刀架锁紧时间设为1500ms)，参数设置应能符合技术要求及保证机床正常运行。

表8-11 机床相关部件技术指标

表8-12 机床技术指标要求

表8-13 轴参数及伺服参数

表8-14 机床软限位设置