828D系统悬垂补偿的PLC控制实现

李军舰，任德勇，蒋德超，王 恒

（汉川数控机床股份公司技术中心，陕西 汉中723000）

1 引言

数控机床发展到现今，以自动化程度高、加工精度高而越来越受机床用户的欢迎。然而，受机械结构的制约，机床不可避免的存在一些结构性误差，诸如垂度误差、温度变化引起的定位误差等，这类误差到一定的范围后，机械上是无法完全解决掉的，此时就需要用电气的办法来解决以达到机床的精度要求。机床电气最直接的办法就是通过各种补偿功能来实现的，文中以一台HHDC400配828D系统的卧式机床为例，介绍828D系统悬垂补偿的PLC控制实现的一种方法。

不论是828D系统还是840DSL系统都是一款功能特别强大而且非常完善的数控系统，其本身都具有由NC控制的悬垂补偿功能，操作应用和补偿结果都是非常可靠和稳定的。然而，由于该项功能，在828D和840DSL系统上，都是选项功能，用户需要购买相应的授权才可以正常使用，这无疑增加了机床的制造成本。特别是在配828D系统的机床上，这一点显得尤为突出。为解决这一难题，既实现了机床的悬垂补偿功能，又不至于再增加制造成本，探索出PLC控制的悬垂补偿功能显得是非常有必要的。

2 机械悬垂结构及其PLC补偿原理实现

2.1 机械悬垂结构及其补偿原理

HHDC400卧式机床的机械结构如图1所示，垂直轴为Y轴，水平轴为Z轴，其中Z轴采用的是方滑枕。方滑枕伸出运行的越远，Z轴就越向Y负向弯曲，Y向的偏差值为图1中ΔY。悬垂补偿就是方滑枕在不同位置的弯曲量通过Y轴的上下移动来消除掉而达到补偿的目的。

2.2 悬垂补偿的PLC控制实现原理

图1 悬垂补偿机械结构

由悬垂补偿的机械结构和原理，可看出要实现PLC悬垂补偿，需要确定补偿的参考轴和补偿轴，而后依据参考轴的位置确定补偿轴的PLC补偿量表。如图1中，当参考轴Z轴移动到不同的位置时，主轴端面的偏差量ΔY由PLC相应的动作将该值写入到补偿轴Y轴的坐标里，控制补偿轴的补偿运动，来达到Z轴在此位置的悬垂补偿。

鉴于上述分析，实现悬垂补偿的PLC控制可考虑应用828D系统的温度补偿功能。悬垂补偿的参考轴Z轴坐标位置作为Y轴温度补偿的温度输入，滑枕弯曲偏差量ΔY作为Y轴温度补偿的补偿量，通过PLC的系统NC变量读写功能，将相应的补偿量写入到Y轴的温度补偿变量里，这样在Z轴移动到该位置时，系统会自动对Y轴进行相应的补偿移动，也就完成了Z轴的悬垂补偿。

3 828D系统温度补偿概述

828D系统温度补偿功能，可针对特定轴对温度变化造成的实际值变化进行补偿。为进行温度补偿，首先需要实际测量出特定温度下轴行程内各个位置上的误差，这样可得出一条该温度的热误差曲线。然后以相同方式获得其它温度下的误差曲线。通常情况下一条直线便可足够精确地表示指定温度下的误差曲线，直线的斜率和参考点位置取决于温度。温度补偿的近似误差直线如图2所示。

图2 温度补偿近似误差直线

补偿值ΔKx由补偿轴的位置Px和温度T按以下公式计算得出：

其中：ΔKx为位置Px上的温度补偿值；K0为与位置无关的温度补偿值；Px为轴的实际位置；P0为轴参考点位置；tanβ为位置相关温度补偿的系数（等同于误差曲线的斜率）。

参考点位置P0的设置基本分为两种：P0=0，与位置无关的温度补偿值K0≠0；P0≠0，位置相关的温度补偿值K0=0。由上述控制原理分析，文中选择与位置无关的温度补偿值。这样一来，温度补偿值就不包含位置的相关分量，很适合方滑枕的悬垂补偿功能的实现。

4 PLC控制的悬垂补偿实现

4.1 温度补偿的机床参数设置

由于补偿轴是Y轴，故而所述相关机床轴数据仅对Y轴有效。相关参数如下：

4.2 悬垂补偿PLC控制

实现PLC控制的悬垂补偿关键在于PLC能够向系统温度补偿的变量写入补偿值，即给机床设定数据SD43900即时写值，828D系统支持NC变量的读写，完全可满足控制的需求。PLC控制部分以828D系统PLC的NC变量选择、补偿控制和补偿读写三部分加以说明。

4.2.1 828D系统PLC的NC变量选择

NC变量选择如图3所示。文中补偿轴为Y轴，故而，NC变量中SD43900机床数据的范围编号为2。变量选择确定后保存并编译，系统自动生成NC变量的数据块DB9910(NC_DATA1),数据块DB9910的结构如图4所示。

图3 NC变量选择

图4 NC变量数据块DB9910结构

4.2.2 悬垂补偿的PLC控制

悬垂补偿PLC控制程序如上。程序中DB4500.DBW36为机床数据MD14510[18]，自定义PLC悬垂补偿点数；DB5701.DBD0为Z轴当前坐标位置。数据块DB9042为补偿数据表，其中，DBD4,DBD8，DBD12,…,等为补偿位置表；DBD136,DBD140,…,等为补偿值表；DBD0为NC变量（机床设定数据SD43900）的PLC接口。

4.2.3 NC补偿变量的PLC读写控制

（1）PLC读写接口赋值程序

（2）PLC读写任务启动程序

（3）PLC读写任务结束复位程序

5 PLC悬垂补偿诊断查看及PLC补偿表设置

5.1 PLC悬垂补偿诊断查看

PLC悬垂补偿生效后，可在机床的轴诊断－Y轴轴信息里查看，诊断信息如图5所示。

图5 悬垂补偿诊断查看

5.2 PLC补偿表设置

PLC补偿表的设置可在PLC程序里固化进行，也可在系统PLC状态表里设置。当然了，也可以在系统上二次开发补偿界面，用于补偿相关的参数设置，如图6是二次开发的悬垂补偿设置界面。

图6 悬垂补偿设置界面

6 结束语

基于828D系统，文中应用系统的温度补偿和PLC的NC变量读写功能，详细介绍了数控机床悬垂补偿PLC控制实现的一种方法。通过在具体的机床上测试及使用，能够很好地达到机床的设计和补偿要求，值得在其它机床上推广应用。