摘要：西门子840D数控系统是西门子公司推出的一款高端数控系统，其功能强大，且支持各种软硬件的配合调试，尤其是其圆度测试功能，可以通过机床界面的测试，就可以反映出出机床的机械精度。由于其操作简单，得到了非常广泛的应用。
关键词：数控；圆度测试；精度
Abstract：SINUMERIK 840D CNC system is the high class system provided by SIEMENS AG, which could be compliant with most of the hard and software .Especially the circularity test function, which could show the accuracy of a machine in a direct way. As its simple operation, it was widely used in market.
Key Words：Numerical control, Circularity test, Accuracy
一、背景介绍
我公司的精加工厂，主要以铸钢件的粗加工为主。由于铸钢件硬度高，且粗加工吃刀量大，因此对机床的精度影响很大。为了保证机床必要的加工精度，必须要进行经常性的检查与调整。
传统的方案检测机床精度，尤其是数控插补精度，只能找试切件，既浪费机床资源，又影响加工效率。西门子840D数控系统提供圆度测试功能，无需试切，可以在很短的时间内，通过数控程序的模拟走刀，配合数控系统的强大运算功能和位置反馈功能，得出机床的精度曲线，且直接计算出机床的精度差值，很好的解决了这一问题。
二、实施过程
840D数控系统的圆度测试主要从以下几个方面进行：
（一）圆度测试原理
圆度测试的原理与数控插补的原理相同，即运用数控系统的运算功能，以机床位置反馈装置（光栅尺或编码器）作为实际值，与数控程序的理论给定值进行比较，从而计算出误差，并生成相关的精度分析表，为精度调整提供依据。
（二）测试过程
1、数控程序设计：
在MDA工作方式下，进行圆度测试。按照惯例，编写一个整圆（一般圆的半径越小，对机械精度的反映越真实，但同时要考虑机床自身的大小），并给定一个适当的进给量（一般进给量越大，对机械精度的反映越真实）如：
G91 G64 G2 X0 Y0 I200 J0 F2000 半径200mm，进给2000mm/min
2、测试步骤：
（1）进入操作区域“start up”\ “Drive Servo”\ “Circularity test”下；
（2）按照所选半径（200mm）和进给倍率（2000mm/min）进行设置；
（3）按“Start”键开始圆度测试；
（4）同时，在MDA状态下，执行上述程序。
得出的圆度测试结果如下图（图2）所示：
通过此方法测试机床的精度，用时仅3分钟，就可以明显的发现X和Y轴进行插补作业时的存在的精度误差，此方法要比使用传统的角尺平尺配合检验快很多。（使用传统的方法，但是平尺准备、调平等工作，需要耗时至少4H）如果机床本身没有误差，则可以继续加工，无需停机。
3、分析：通过图形可以看出：
（1）在第二象限，圆的轨迹有明显的向内凹进；
通过与机床的结合分析，以及以往的经验，可以断定机床X和Y轴的反向间隙不同。再根据NC程序的运行轨迹，判断出机床X轴的反向间隙过大（Y轴反向时没有发现曲线的急剧变化）。（经检验，在半闭环状态下，X轴反向间隙0.15mm,Y轴反向间隙0.06mm基本符合当初判断）。
（2）在一四象限，实际插补曲线与理论曲线有较大误差。
此处的误差比较均匀，都有一定程度的误差，且在圆的最远端，因此怀疑机床参数匹配不合适，需要进行调整。
4、调试过X轴反向间隙后（半闭环状态下调整至0.07mm），差不图形的理想程度有了很大程度的提高，如下图3所示。（由于很多参数影响到插补精度，此处只是为了说明圆度测试的检测功能，没有详细探讨）。同时，通过调整后，系统显示出理论值的误差值Delta R（此数值与进给及编程半径关系极大，此处只是作为与调整后的的数值比较用）也由调整前的13409μm改变为9191μm，由此也看出圆度得到了很大的改善。
图2（调整前测试结果） 图3（调整后测试结果）
在理想精度下，机床的圆度测试图形，为在四个拐点处略有超出的为带有锯齿波形的圆，系统的Delta R也比较小。
5、优化：经过机械调整后，机床在半闭环状态下的反向间隙得到了很大的改善，但是圆度测试显示出精度仍不能满足需求，这个时候就需要对系统的参数进行优化。优化可分自动优化和手动优化两种。
自动优化即通过系统的自动计算，并与实际的参数值比较，给出参数的更改建议。一般如果机械间隙不太大，且圆度测试出的Delta R值与半径相比在20%以内的话，自动优化可以解决问题。自动优化主要优化的是优化测量系统1（编码器反馈）和2（光栅尺反馈）、电流控制环、位置控制环、速度控制环等。优化后，控制系统的性能可以得到很大的改善。
若是经过自动优化后，仍不能满足需求，就需要手动优化。这时就需要手动配合机械方面的调整进行参数的优化，如控制器的比例常数MD1407，积分常数MD1409，Kv因子（伺服增益系数，进行插补的两个轴参数值必须相等），加速度MD32230等。
三、结论
通过以上方法，可以从机床的操作面板上非常直观的反映出机床的机械精度，且基本无需停机，操作简单。熟练掌握此方法，在日常维修中，可以快速的判断出机床精度是否理想，甚至可以作为指导维修的一门捷径，是一门非常有必要掌握的基本技能。
西门子840D系统的功能还很多，我们只是论述了其很小的一部分功能。如果再掌握了系统的各种优化方法（时域优化，自动优化、手动优化），以及各个参数的含义，配合起来进行调整，则可以利用系统提供的功能，更快解决精度调整问题。
参考文献
[1]西门子840D操作/编程手册.西门子公司.
[2]西门子维修与调整培训手册.西门子中国有限公司公司.
论文作者:赵阳
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：精度论文; 机床论文; 测试论文; 误差论文; 功能论文; 间隙论文; 参数论文; 《基层建设》2018年第28期论文;