0 引言

　　輪廓誤差是指實際輪廓軌跡與理論輪廓軌跡之間的最短距離。在輪廓加工過程中，由于數控系統的動態特性不穩定，很容易影響各坐標軸的協調運動和位置精度，同時導致各聯動軸的加減速不同步，從而引起零件的加工輪廓誤差。而從理論公式中可以推出，減小輪廓誤差可以通過提高增益和減小進給速度來實現，本文主要研究如何利用PLC編程自動調整進給速度實現最小加工輪廓誤差的方法。

1 數控機床輪廓誤差控制理論

　　輪廓誤差是各單軸的位置跟隨誤差合成的結果。單軸跟隨誤差的理論計算公式為：E(s)=V/KA (1)式中：E(s)為系統輸出位置跟隨誤差；V為系統輸出速度；KA為位置增益。另外，一些文獻指出，對于兩軸直線插補，輪廓誤差與兩軸的位置增益之差成正比，與速度成反比，即兩軸的位置增益相等，則輪廓誤差為零；而對于兩軸的圓弧插補，即使兩軸位置增益相同，仍存在輪廓誤差，且輪廓誤差與系統位置增益的平方成正比，與速度的平方成反比。所以減小輪廓誤差的方法可以歸結為以下兩種：

　　1)盡可能提高各軸位置增益，同時使各聯動軸位置增益盡量相等。

　　2)適當減小進給速度。

　　前者屬于數控伺服系統動態優化的范圍。由于系統位置增益不能無限制地提高，否則會造成控制回路的不穩定，所以需要先優化電流環、速度環，提高內環的響應，最后達到提高位置環增益的目的。由于本文是以西門子840D系統為平臺，而840D系統HMI提供了伺服動態性能的優化界面，可以直接調整動態參數，改善系統各個環節響應速度和穩定性，從而獲得最優位置增益，實現比較容易，本文不著重介紹。

　　而后者屬于零件加工工藝優化的范圍，即通過PLC編程實現速度自動修調的方法，這也是本文研究的重點。本文設計了速度修調器，既能減小進給速度來減小零件的輪廓誤差，又能避免由于進給速度低而導致伺服電機及導軌出現爬行現象以及影響加工效率等不利因素，從而獲得最佳的進給速度。

2 進給速度修調器的設計

　　2.1 進給速度修調器設計思路

　　本文設計的進給速度修調器源于PLC的優銑控制，著眼于進給速度的加工工藝優化，在“宏觀”上調整進給速度，使得加工輪廓誤差最小。速度修調器是由顯示模塊、速度修調算法模塊和倍率調整模塊組成。

　　顯示模塊是基于840D系統提供的hotlink的DDE動態數據交換服務功能，并利用VB編程設計人機界面，用于將速度修調相關的CNC內部數據顯示出來，主要包括進給速度、進給倍率、零件輪廓誤差等，內部數據顯示功能可借助PLC編程中的數據讀取模塊FB2來實現。

　　速度修調算法模塊中設置輪廓誤差合成函數和進給倍率修改函數，經計算后輸出最優的進給倍率信號，并存儲在R參數中，等待PLC程序模塊的調用。

　　倍率調整模塊，即速度修調器的核心模塊，采用PLC編程，一方面要屏蔽來自機床面板的進給倍率信號，另一方面要將R參數的值寫入到數控系統中的進給倍率信號，即此時進給倍率就修改為R參數的值，而實際進給速度就變為當前的進給速度與修改生效后的進給倍率的乘積，也就是使輪廓誤差最小的最佳進給速度。

　　2.2 速度修調器設計中的PLC編程實現

　　由于經過速度修調算法計算輸出的最優進給倍率值存儲在R 1參數中，只要通過PLC編程將R1參數值輸入給NCK中的實際進給倍率信號，就可以實現PLC控制加工輪廓誤差的要求。具體便編程如下：

　　調用FB2讀取信號模塊，讀入R0、R1參數的值，并將其分別存入MD250和MD260中。程序中以R0的值來判斷是否屏蔽用機床操作面板上的進給倍率調整旋鈕來手動調整倍率的方法，如果R0小于1.0，則速度修調器不工作，進給倍率的值取決于機床操作面板上手動設置的值；如果R0大于1.0，則速度修調器工作，此時機床操作面板上的手動設置被屏蔽，進給倍率的值自動地調整為速度修調算法計算輸出的最優值。這一過程對應的PLC編程實際上是屬于優銑控制的范疇，PLC分配給進給倍率的信號是DB21．DBB 4，故需要將FB2讀取出的R1信號的值傳給DB21.DBB4，然后對應Gray碼譯碼后就可得相應的倍率值，例如，如果DB21.DBB4的后五位是11011；譯碼后得到當前的進給倍率，即0.90，優銑控制的Gray譯碼表。

3 輪廓誤差控制結果

　　在加工過程中，由于工件材料、形狀、加工參數等不同，所對應的最小輪廓誤差和最佳進給結果都符合一定的趨勢，使得輪廓誤差和進給速速度也是不同的，不過經過速度修調器控制后其度的值都保持在一個最佳范圍之內，并使輪廓誤差盡量的小，進給速度盡量的大，這樣就能最終實現“高加工效率、低輪廓誤差”的目標。

4 結束語

　　1)本文驗證了降低進給速度是減小加工輪廓誤差的有效方法之一。

　　2)本文基于速度修調器設計，利用PLC編程對進給率自動調整，實現加工過程中進給速度的最優控制，在保證高加工效率的同時盡可能降低加工輪廓誤差。