西門子840D數控系統伺服跟蹤功能在維修中的應用*

羅興華

(成都飛機工業(集團)有限責任公司，四川 成都610092)

良好的機床靜態精度和動態精度是保證機床產出合格產品的保證。靜態精度比較容易檢查，但是機床的動態精度需要借助專用的儀器和配套的分析軟件進行檢測，不但價格昂貴，而且儀器的調試、校準、使用繁瑣，使用時還受環境條件限制。

在設備維護中經常采用輔助設備儀器進行檢測分析，卻忽略了西門子自帶的伺服跟蹤檢測功能。伺服跟蹤功能作為西門子840D系統的伺服診斷的一項重要功能，不但可以檢測機床的動態精度，還可以監控機床各個軸的電流負載變化以及測量出機床內部相應時間，查看系統內部控制邏輯關系，更直觀地反映出機床存在的問題。一般在機床的調試過程中用，在設備維護過程中很少用。

1 伺服跟蹤功能簡介

伺服跟蹤功能是西門子840D系統在啟動區中測量功能中的一種，對于驅動信號和NCK信號的伺服跟蹤通過測量時間和條件觸發啟動測量。測量結果以圖表顯示，兩條曲線可以顯示在2個圖表中，而且測量結果可以存儲在文件夾里，圖表甚至可以以位圖文件形式存在HMI_ADV數據管理器里或直接打印出來。

西門子840D系統的伺服跟蹤功能記錄伺服或驅動信號的數據(數值、信號、狀態等)和測量時間的變化關系，包括跟隨誤差、控制誤差、輪廓誤差、測量系統的位置實際值和系統給定的位置值、編碼器的實際速度值和系統給定的速度值、控制模式、測量系統激活、輸入控制的加速度值、末端的插補信號等的測試，用戶可以自行選擇測量信號和設置需要的測量參數等。

2 伺服跟蹤功能的使用

2.1 伺服跟蹤功能的使用方法

按區域選擇鍵“MENU SELECT”，選擇“START UP”鍵，再選擇“Optima/test”鍵，再選擇“Servo trace”鍵后，出現如圖1畫面:

畫面分為上下兩個窗口，分別是信號選擇窗口“Signal selection”和測試參數窗口“Meas.parameter”。

在信號選擇窗口有“Trace1”、“Trace2”、“Trace3”和“Trace4”共4路，(相當于4路示波器)，每一路都有2個選擇，前面是選擇軸號，后面是選擇用戶關心并希望測量的物理量，比如軸的實際速度、軸的實際位置等。

在測量參數選擇窗口中:

Meas.time:測量時間(與系統內存大小有關，不可能測量很長時間);

Triggertime:觸發時間(出發后延時記錄數據)

Threshold:觸發閾值，只能由第一路信號觸發。

2.2 舉例說明

(1)需要測量X軸從5 000 mm移動到5 500 mm過程中，速度的變化情況。

在MDA方式程序如下:

G500G90G0X5000

G01F10000X5500

M02

測量參數可以如圖2設置。

先將倍率調到100%，然后按“START”鍵啟動測量后，再啟動程序執行鍵“Cycle Start”，結果顯示如圖3。

(2)為了測試方便，可以設置觸發信號，如圖4，設置了上升沿，一旦Y軸超過0時，就觸發5 s的測量。

在MDA方式程序如下:

G500G90G0Y-0.1

G01F10000Y500

M02

(3)伺服功能也可以從程序中觸發。

在MDA方式程序如下:

G500G90G0X5000

$AA_SCTRACE［X］=1

G01F10000X6000 M02

測量參數設置如圖5，測量結果如圖6。

從以上實驗測試可以看出，機床X軸從5 000 mm到6 000 mm運行過程中，在不到0.2 s時間從靜止加速度到10 000 mm/min就勻速行駛，將運行到6 000 mm時在不到0.2 s時間減速到停車。

可以根據用戶需求監控坐標軸運動過程中的速度變化、電流變化、跟隨誤差等，X軸以F10 000 mm/min的速度往復運行2 000 mm為例，其測量參數設置如圖7，測量結果如圖8。

從圖8上可以看出，Graph1:X軸從6 000 mm到5 000 mm往復運行過程中，從0加減速到10 000 mm/min時間大概為0.2 s;Graph2:且X軸的驅動電流達到了-144.1 A，在勻速運行過程中，電流有較小的波動，說明有速度調整。從6 000 mm運行到5 000 mm跟隨誤差在-7.31 mm，5 000 mm運行到6 000 mm的跟隨誤差為4.46 mm。Graph1和Graph2進行對比分析，X軸在起停和方向運動時電流最大，在勻速行駛時，跟隨誤差最大。

該項功能不能用在虛擬軸上。

3 伺服跟蹤功能的應用效果

例1某五軸臥式銑床在加工某工件的圓弧時，在Y向有輕微的過切，而此處并不是加工接刀位置，利用專業軟件對工件進行仿真加工，卻沒有過切現象。利用西門子的伺服跟蹤功能對Y軸運動時的電流進行測試，發現當Y軸向上運動時，電流在3.4～8.2A之間，當Y軸向下運動時，電流在0.6～3.2A，0A附近的電流消耗嚴重不均。根據電流數據顯示需要對Y軸的平衡壓力進行調整(圖9)。

針對工件過切的地方進行驗證試切，零件表面得到明顯改善。

例2某五坐標臥式加工機床，其X軸采用的是雙絲杠雙電動機皮帶傳動，在加工某工件時，工件某一處表面有波紋。經過分析出現波紋加工程序，采用的是三坐標加工，只有X軸參與運動。通過用手動感受X軸運動狀態，隱隱感覺到X軸運動到某一段時有“悶響”聲，但是感覺不到有震動。空運行工件有波紋的地方，激活伺服跟蹤功能，采集X1和X2軸運動時的電流情況，如圖10a。

從測試的圖10a可以看出，當X軸向負向運動時X2軸的電流比X1軸的電流要大;當X軸向正向運動時，X1軸的電流比X2軸的大。說明需要檢查機床X軸的機械同步性、滾珠絲桿的預緊力和軸承支架座。

對X軸同步性進行檢查時發現X1和X軸的軸承和軸承支架磨損嚴重，進一步檢查X1和X2軸滾珠絲杠螺母副的預緊力時，發現X1軸的螺母副預緊墊片間隙為0.015 mm而X2軸的螺母副預緊墊片間隙為0.035 mm。通過對X軸進行機械調整后，利用伺服跟蹤再次測試，其測試結果如圖10b。

對工件波紋地方進行驗證試切，波紋得到明顯改善，而且機床偶爾“悶響”聲消失了。

4 結語

西門子840D的伺服跟蹤功能不僅用于機床調試，而且在數控設備維修調試中也非常有用。如果能夠熟練應用其功能，不但可以減少設備維護成本，同時還能大大地提高維修效率和質量，還可以作為預防性維修的重要手段，從而保證設備的正常運轉，提高產品質量。

［1］SIEMENSSinumerik 840D_810D簡明調試指南 技術手冊［Z］2006版.

［2］DOConCD SINUMERIK_SIMODRIVE［Z］04_2010 English.