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SIEMENS高級系統840dsl溫度補償，再也不用擔心主軸熱變形影響機床精度

2021/12/25

摘要：數控銑鏜機床在工作過程中，主軸高速旋轉產生的熱能將引起主軸熱變形，而與之連接的機械部件會受到這些熱量的影響產生機械變形，從而影響機床精度。本文介紹了應用SIEMENS高級系統840dsl提供的溫度補償功能，對主軸變形量進行補償，極大的提高了機床的加工精度，在實際應用中取得了較好的效果。

高速高精度切削是當今機械加工技術極為重要的發展方向，當機床高速工作時，一些部件比如主軸和驅動電動機等會產生大量熱量，而與之連接的機械部件會受到這些熱量的影響產生機械變形，從而影響到機床的精度，變形量受溫度的高低和這些機械部件熱效應參數影響。對一些精度要求高的機床需要對這些溫度變形進行補償，即溫度補償。

SIEMENS系統提供了一種溫度補償功能，可實現對溫度變化實時進行坐標值補償，提高機床精度，該功能與螺距誤差補償、懸垂補償等誤差補償功能重疊輸出。

1.SIEMENS系統溫度補償原理

在數控機床上應用此功能具體步驟是：對數控機床進行熱特性有限元分析，選擇溫度感測器位置；根據SIEMENS提供的功能選用溫補補償方案；進行硬體和軟體設計，採集溫度值，通過PLC編程計算實時補償值，帶入數控系統進行補償。

SIEMENS 840dsl系統提供兩種溫度補償方法，一種是與位置有關的補償，當溫度升高時，軸的不同位置補償值不同，大部分非刀具軸的溫度補償都是這樣。

另一種是溫度補償值與軸的實際位置值無關，例如刀具軸（Z軸或者W軸）。

溫度補償的方式通過軸參數MD 32750 TEMP_COMP_TYPE來選擇。等於0，溫度補償無效；Bit0等於1，與位置無關的溫度補償生效；Bit1等於1，與位置有關的溫度補償生效；Bit2等於1，溫度補償僅在刀具方向有效。

在溫度補償中，隨著溫度值的變化，軸的變形量不一樣，即使在同一溫度下，軸的位置不同變形量也不一樣，在溫度補償中，需要外接一個溫度感測器（比如PT100，有時一些大型的機床需要接多個感測器），感測器接到PLC的模擬輸入模板，在PLC程序中通過訪問模擬輸入的值得到要檢測部位的溫度值。

在840dsl系統里的三個數據設定：SD 43900 TEMP_COMP_ABS_VALUE，補償軸在初始位置的溫度變形值Eo；SD 43910TEMP_COMP_SLOPE，補償軸在當前溫度下的軸變形比率K；SD 43920 TEMP_COMP_REF_POSITION，補償軸的初始位置，即初始溫度處位置Po。

補償軸在不同的溫度下有不同的誤差曲線，在實際檢測中可以分段得出幾個曲線，未測量的溫度值可通過插補方法計算，將新的K值送入參數SD43910，延長直線到一點，該點的Po和Eo值都一樣。一般情況下軸的參考點設置在軸端，該點補償值常常為零，這樣當溫度改變時，只要根據新的溫度計算出對應K值送到NCK即可。

2. 在銑鏜機床上的實現

（1）硬體設計：採用歐姆龍PT100型熱敏電阻，安裝在機床靠近軸承處，採樣溫度更接近發熱膨脹的「機溫」。I/O介面模塊採用西門子S7-300型PLC兩通道12位A/D轉換器，將電阻溫度感測器採樣的模擬量溫度信號轉換成數字量，送到840dsl的NCPLC介面，以便PLC程序做運算處理。

鉑電阻溫度感測器PT100測量範圍為-50°C～200°C，適用於機床的使用環境溫度為-5°C～45°C。PT100的電阻隨著溫度變化而線性變化，通過感測器迴路產生線性輸入電壓，然後西門子S7-300的A/D感測器將其轉換成數字量，PLC程序定時讀入採樣溫度值，並利用公式計算出補償值，周期性送到NCK刷新溫度補償值。

（2）軟體設計：首先計算測點溫度值T所提供的機床變形量，再計算m個溫度測點提供的機床變形量Z，最終將測量溫度的變化量（T max－T0）和變形量（Zmax－Z0），帶入公式K=（Tn－T0）×（Zmax－Z0）/（Tmax－T0）可以得出機床熱變化量K，並利用溫度補償功能介面將計算量寫入參數SD43910中，進行相應補償。

（3）PLC編程實例：此程序使用PT型熱電阻模塊進行測量，採用單通道設計處理。用Ncvar選擇軟體選擇與溫度有關的三個設定數據，生成地址DB塊的源文件，本例中使用DB130，在PLC程序中插入編譯后的源文件，打開生成的DB塊，編寫補償數據的子程序F C70，用到中間變數MW200～MW214，定時器T1，程序請掃描附圖所示二維碼進行瀏覽。