进给系统的功能调试

任务导入

使用GSK218M-CNC系统配置DA98驱动器的某数控车床加工零件时，发现工件尺寸与实际尺寸相差有几毫米，或某一轴向尺寸有很大变化，近1mm之多。经排查，引发上述故障的原因不在编程及工艺等方面。那引发这些故障的原因到底是什么呢？要怎样检测并排除类似故障呢？

任务目标

（1）熟悉DA98操作。

（2）会正确设置驱动器，能调整齿轮比、加减速特性，能对机床反向间隙进行补偿。

（3）能在手动方式、MDI方式下完成数控机床进给轴的调试。

（4）能完成试车工件的编程与加工，能使用通用量具对所试切的工件进行检测，并进行误差分析与调整。

任务分析

引发上述故障的原因既然不在编程与工艺等方面，那很有可能是相关参数设置不合理。工件尺寸与实际尺寸相差有几毫米，或某一轴向尺寸有很大变化，很有可能是丝杠反向间隙误差较大，可通过合理修改电子齿轮比来修正该误差，而电子齿轮比可通过调整驱动器或数控系统的相关参数来修改；切削螺纹时乱牙，很有可能是线性加减速时间常数以及螺纹指数加减速时间常数等参数设置不合理。

因此，掌握数控机床进给系统相关参数的含义并正确设置伺服驱动器参数及进给驱动系统CNC参数，是解决类似故障的关键，也是进给系统功能调整的关键。

任务实施

一、相关知识

1．电子齿轮比

1）电子齿轮比（G）定义

通俗地说，电子齿轮比就是编码器反馈脉冲数与输入脉冲数之比。换言之，上位控制机向伺服系统发出位置指令脉冲，伺服系统接收到上位机的脉冲频率后进行放大或者缩小，这个放大或缩小的系数就是电子齿轮比。

指令脉冲序列包含了两方面的信息，一是指明电动机运行的位移，二是指明电动机运行的方向。通常指令脉冲单位是0．001mm或0．01mm等，而伺服系统的位置反馈脉冲当量由检测器（如光电脉冲编码器等）的分辨率以及电动机每转对应的机械位移量等决定。

2）电子齿轮比的作用

（1）电子齿轮比可以用来任意设置每个单位指令脉冲所对应的电动机速度和位移量（脉冲当量）。

位置控制方式下，负载实际速度＝指令脉冲×G×机械传动比；负载实际最小位移＝最小指令脉冲行程×G×机械传动比。

（2）当上位控制器的脉冲发生器能力（最高输出频率）不足以获得所需速度时，可以用电子齿轮比功能（指令脉冲倍频）来对指令脉冲作倍频调整。

【例】已知编码器的线数为131072p／r（脉冲／转），伺服电动机额定转速为3000r／min，上位机发送脉冲的能力为200kp／s，要想达到额定转速，那么电子齿轮比至少应该设为多少？

【解】 200×1000×电子齿轮比＝3000／60×131072

由此可算出：电子齿轮比＝32．768

3）工件尺寸与实际尺寸

工件尺寸与实际尺寸相差几毫米，或某一轴向有很大变化，或许同步齿形带轮磨损导致脉冲和位移不对应，这些位移偏差均可通过调整电子齿轮比来校正。

4）电子齿轮比（G）计算公式

电子齿轮比（G）的计算公式为

式中，犆犕犚—指令倍乘系数（数据参数No．015、No．016，见表231）；

犆犕犇—指令分频系数（数据参数No．017、No．018，见表231）；

α—步距角；

犔—丝杠的导程，mm；

δ—脉冲当量（GSK218M，犣轴为0．001mm／脉冲，X轴为0．0005mm／脉冲）；

犣M—丝杠端齿轮的齿数；

犣D—电动机端齿轮的齿数；

分频分子—位置指令脉冲分频分子，伺服驱动器参数PA12；

分频分母—位置指令脉冲分频分母，伺服驱动器参数PA13。

表231 NO．015～NO．018参数

注意：如果为同步齿形带传动，则分别为丝杠端与电动机端同步带轮的齿数；如果电动机与丝杠直连，则机械传动比为1∶1。

【例】某GSK218M系统数控车床，采用DA98驱动器，丝杠端齿轮的齿数为50，电动机端齿轮的齿数为30，步距角α＝0．075°，丝杠导程犔＝4mm，试计算电子齿轮比，并进行相关的参数设置。

【解】

则数据参数No．015（犆犕犚X）＝1，No．017（犆犕犇X）＝1；No．016（犆犕犚Z）＝2， No．018（犆犕犇Z）＝1。

调整DA98的分频分子与分频分母，X轴伺服驱动器中的PA12与PA13均设为1。犣轴伺服驱动器中的PA12设为2，PA13设为1。

使用伺服驱动器时，一般在驱动器中设置电子齿轮比。故一般都将系统No．15～No．18的参数设为1，在驱动器中调整驱动参数PA12、PA13来调整电子齿轮比。

当电子齿轮比中分子大于分母时，CNC允许的最高速度将会下降；当电子齿轮比中分子与分母不相等时，CNC的定位精度可能会下降。例如，数据参数No．016（犆犕犚Z）＝1，No．018（犆犕犇Z）＝5时，输入增量为0．004mm时不输出脉冲，输入增量达到0．005mm时输出一个脉冲。

5）电子齿轮比调整

（1）检查测量。用百分表检查机床的移动距离与CNC坐标显示的位移距离是否一致，如果不一致，则应调整电子齿轮比。

（2）调整方法：

①调整驱动器的PA12（指令脉冲分频分子）、PA13（指令脉冲分频分母）参数。

②如果误差≤1．5mm，可通过修改CNC中No．015～No．018数据参数来进行电子齿轮比的调整，以适应不同的机械传动比。

为了保证CNC的定位精度和速度指标，配套具有电子齿轮比功能的数字伺服时，建议将CNC的电子齿轮比设置为1∶1，将计算出的电子齿轮比设置到数字伺服中。

配套步进驱动时，尽可能选用带步进细分功能的驱动器，同时合理选择机械传动比，尽可能保持CNC的电子齿轮比为1∶1，避免CNC电子齿轮比的分子与分母悬殊太大。

2．CNC装置的加减速控制

1）加减速控制的意义

在CNC装置中，为了保证机床在启动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对送到进给电动机的进给脉冲频率或电压进行加减速控制。即在机床加速启动时，保证加在伺服电动机上的进给脉冲频率或电压逐渐增大；而当机床减速或停止时，保证加在伺服电动机上的进给脉冲频率或电压逐渐减小。

加减速时间常数越大，加减速过程越慢，机床运动的冲击越小，加工时的效率越低；加减速时间常数越小，加减速过程越快，机床运动的冲击越大，加工时的效率越高。

加减速时间常数相同时，加减速的起始／终止速度越高，加减速过程越快，机床运动的冲击越大，加工时的效率越高；加减速的起始／终止速度越低，加减速过程越慢，机床运动的冲击越小，加工时的效率越低。

2）加减速控制的实现方法

在CNC装置中，加减速控制多采用软件实现。常用的加减速控制实现方法有指数规律和直线规律两种。指数规律加减速控制一般适用跟踪响应要求较高的切削加工中，直线规律加减速控制一般适用速度变化范围较大的快速定位方式中。

3）加减速特性的调整参数

对GSK218M-CNC数控车床，应根据驱动器、电动机的特性及机床负载大小等因素来调整加减速特性调整参数，从而调整其加减速特性。相关参数如表232所示。

表232 加减速特性调整相关参数

调整加减速特性时，首先应考虑状态参数No．007参数的Bit3（SMZ）决定相邻的切削进给程序段速度是否平滑过渡。状态参数No．007的Bit3（SMZ）＝1时，在切削进给的轨迹交点处，进给速度要降至加减速的起始速度，然后再加速至相邻程序段的指令速度，在轨迹的交点处实现准确定位，但这种轨道过渡方式会使加工效率降低；Bit3＝0时，相邻的切削轨迹直接以加减速的方式进行平滑过渡，前一条轨迹结束时进给速度不一定降到起始速度，在轨迹的交点处形成一个弧形过渡（非准确定位），这种轨迹过渡方式工件表面光洁度好、加工效率较高。配套步进电动机驱动装置时，为避免失步现象，应将状态参数No．007的Bit3设置为1。

4）加减速特性的调整原则

加减速特性的调整原则是在驱动器不报警、电动机不失步及机床运动没有明显冲击的前提下，适当地减小加减速时间常数、提高加减速的起始／终止速度，以提高加工效率。加减速时间常数设置得太小、加减速的起始／终止速度设置得过高，容易引起驱动器报警、电动机失步或机床振动。

GSK218M-CNC配套步进电动机驱动装置时，快速移动速度过高、加减速时间常数太小、加减速的起始／终止速度过高，容易导致电动机失步。GSK218M-CNC配套交流伺服驱动装置时，可以将起始速度设置得较高、加减速时间常数设置得较小，以提高加工效率。如果要得到最佳的加减速特性，可以尝试将加减速时间常数设置为0，通过调整交流伺服的加减速参数实现。

GSK218M-CNC配套步进电动机或配套交流伺服电动机时加减速特性参数建议设置如表233所示（电子齿轮比为1∶1时）。

表233 加减速特性调整

注意：上述参数设置值为推荐值，具体设置要参考驱动器、电动机的特性及机床负载的实际情况而定。

3．反向传动间隙

机床在长期使用中，由于摩擦、磨损等原因，会使丝杠螺母副间隙增大。机床反向传动间隙简称为反向间隙。机床反向间隙直接影响位置控制精度，会使加工过程中的尺寸漂浮不定。机床每使用3个月要重新检测反向间隙。反向间隙大小比较固定，故工件的误差总在间隙范围内变化。可通过下面两种方法减小反向传动间隙。

1）机械修调

如果反向间隙过大，一般需通过机械修调，即修调丝杠螺母副和修紧中拖板线条。

2）修改CNC参数进行补偿

修改机床内部CNC参数，通过CNC装置的间隙补偿功能来补偿。反向间隙补偿的方式和补偿频率可通过No．011参数的Bit7和Bit6设定，补偿值输入到数据参数No．034、No．035中。各参数说明如表234所示。

表2-3-4 NO．034、NO．035参数

二、准备工作

配置DA98驱动器的GSK218M-CNC车床若干台，试切工件毛坯若干件，百分表、千分表或激光检测仪等若干。

三、实施步骤

1．熟悉DA98驱动器面板与DA98操作

1）熟悉DA98操作面板

要能正确设置DA98驱动器参数，就必须先熟悉驱动器面板及其操作方式。DA98驱动器操作面板各按键功能如表235所示。对照实物与表235认识DA98操作面板，熟悉操作面板各按键功能，并手动操作各按键。

表235 DA98按键功能

驱动器面板由6个LED管显示器和4个按键组成，显示器用来显示系统各种状态、设置参数等。

注意：6位LED管显示系统各种状态及数据，如果全部数码管或最右边数码管的小数点显示闪烁，表示发生报警。

2）熟悉DA98操作

DA98方式选择操作。操作按多层操作菜单执行，第一层为主菜单，包括8种操作方式；第二层为各操作方式下的功能菜单。图2-3-1为主菜单操作。

图2-3-1 方式选择操作

（1）监视方式。在第一层中选择“d P－”，并按【Enter】键进入监视方式。共有21种显示状态，用户用【↑】、【↓】键选择需要的显示模式，再按【Enter】键，就进入具体的显示状态了。

图2-3-2 参数设置操作

（2）参数设置。在第一层中选择【PA－】并按【Enter】键进入参数设置方式，参数设置操作如图2-3-2所示。用【↑】、【↓】键选择参数号，按【Enter】键，显示该参数的数值，用【↑】、【↓】键可以修改参数值。按【↑】、【↓】键一次，参数增加或减少1，按下并保持【↑】、【↓】键，参数能连续增加或减少。参数值被修改时，最右边的LED数码管小数点点亮，按【Enter】键确定修改数值有效，此时右边的LED数码管小数点熄灭，修改后的数值将立刻反映到控制中，此后按【↑】、【↓】键还可以继续修改参数，修改完毕按【←】键退回到参数选择状态。如果对正在修改的数值不满意，不要按【Enter】键确定，可按【←】键取消，参数恢复原值，并退回到参数选择状态。

注意：须将0号参数设为相应值后才能对其他参数进行修改；参数设置立即生效，故应谨慎对待参数的修改；修改后的参数须进入“参数管理”方式并执行“参数写入”，如未执行写入操作，断电后参数不保存，修改无效。

（3）速度试运行。在第一层中选择“Sr－”，并按【Enter】键进入试运行方式。速度试运行提示符为“S”，数值单位是r／min，系统处于速度控制方式，速度指令由按键提供，如图2-3-3所示。进入速度试运行后，用【↑】、【↓】键改变速度指令，电动机按给定的速度运行。【↑】控制速度正向增加，【↓】控制速度正向减少（反向增加）。显示速度为正值时，电动机正转；显示速度为负值时，电动机反转。

（4）JOG运行。在第一层中选择“Jr－”，并按【Enter】键进入JOG运行方式，即点动方式。JOG运行提示符为“J”，数值单位是r／min，系统处于速度控制方式，速度指令由按键提供，如图2-3-4所示。进入JOG操作后，按下【↑】键并保持，电动机按JOG速度运行，松开按键，电动机停转，保持零速；按下【↓】键并保持，电动机按JOG速度反向运行，松开按键，电动机停转，保持零速。JOG速度由参数No．21设置。

图2-3-3 速度运行操作

图2-3-4 JOG运行操作

注意：速度试运行及JOG运行在电动机空载时进行，以防止设备发生意外事故；试运行时驱动器SON（伺服使能）须有效。

（5）电动机测试。在第一层中选择“OL－”，并按【Enter】键进入电动机测试方式。电动机测试提示符为“r”，数值单位是r／min，系统处于位置控制方式，位置限制值为268435456个脉冲，速度由参数No．024设置。进入电动机测试方式操作后，按下【Enter】键并保持2s，电动机按测试速度运行，按下【←】键并保持2s，电动机停转，保持零速，按下【←】键，则断开使能，退出电动机测试方式。编码器调零功能只能在电动机空载状态下进行操作，带负载操作时，会影响调零精度。

2．驱动器设置

检查驱动器的报警逻辑电平，根据驱动器的报警逻辑电平设置No．009参数的Bit1、Bit0。注意：配套GSK系列驱动器时状态参数No．009的Bit1、Bit0均设为1。

根据机床移动方向与位移指令要求方向是否一致，修改状态参数No．008。如果机床移动方向与位移指令要求方向不一致，可修改状态No．008参数的Bit1和Bit0。

No．009参数、No．008参数分别如表236所示。

表236 NO．009参数、NO．008参数

3．齿轮比、加减速特性等主要参数设置

根据机床相关技术指标及技术要求设置进给伺服驱动系统相关的伺服驱动参数与CNC参数。根据机床实际情况，机床相关技术指标如表2 3 7所示，技术要求如表238所示。

表237 机床相关技术指标

表238 机床技术指标要求

伺服驱动器主要参数及进给驱动主要CNC参数参考设置如表239所示。

表239 伺服驱动参数及数控系统参数调整

（续表）

注意：参数调整先在伺服电动机空载下进行，伺服电动机参数默认适配广数SJT系列，以及华中STZ、Star系列伺服电动机，如使用其他伺服电动机，需调整相应参数，否则伺服电动机可能运行不正常。

4．反向间隙补偿

（1）编辑程序。参考程序如下：

O0001；

N10 G01 W10 F800；

N20 W15；

N30 W1；

N40 W-1；

N50 M30；

（2）测量。使用百分表、千分表或激光检测仪等测量，测量步骤如下：

①测量前应将反向间隙误差补偿值设置为零。

②单段运行程序，定位两次后找测量基准犃，记录犃点当前数据，再同向运行1mm，然后反向运行1mm到犅点，读取犅点当前数据，如图2-3-5所示。

图2-3-5 反向间隙测量方法

③输入反向间隙补偿量。首先计算出测量数据之差，测量数据之差＝｜犃点记录的数据－B点记录的数据｜；然后输入反向间隙补偿量至数据参数No．034（BKLX）或No．035（BKLZ）中，其中X轴的反向间隙补偿量为测量数据之差再乘以2，而犣轴的反向间隙补偿量为测量数据之差。

注意：反向间隙补偿量固定以直径值输入，与直径编程还是半径编程无关，输入值单位为0．001mm。X轴的补偿值应为测量数据之差乘以2后，然后再输入到No．034中。

5．进给轴调试

（1）手动方式下试运行。检测时首先将机床的工作状态切换到手动方式下，按如表2310所示项目检查，并将检查结果填入表中。

表2310 进给轴手动方式下试运行

（2）MDI或自动方式下试运行。检测时首先将机床的工作状态切换到MDI方式或自动方式下，按如表2311所示项目检查，并将检查结果填入表中。

表2311 进给轴犕犇犐（或自动）方式下试运行

（3）工件试切。工件如图2-3-6所示，零件材料为45＃钢，正确编制程序，试切并测量，检验调试效果。并将结果分别填入表2312、表2313中。

图2-3-6 试切工件

表2312 工件试切评分

表2313 误差分析并处理（是什么原因引起，在“□”里画√）

（续表）

6．进给驱动系统常见参数设置不当故障及其维修

人为设置两处参数设置不当的故障，让学生观察故障现象，分析故障原因并在教师的引导下正确排除故障，严禁产生新的故障。进给驱动系统由于参数设置不当引起的常见故障如表2314所示。

表2314 进给驱动系统常见参数设置不当故障及其维修

（续表）

四、评分标准

（续表）