840D系统补偿功能汇总

数控机床的的几何精度，定位精度一方面受到机械加工母机的精度，另一方面更受到机床的材料和机械安装工艺的，往往不能够达到设计精度要求。而要在以上诸多方面来提高数控机床的几何精度，定位精度需要投入大量的人力物力。在机械很难提高精度的情况下，通过数控电气补偿能够使数控机床达到设计精度。 一、 反向间隙补偿

机床反向间隙误差是指由于机床传动链中机械间隙的存在，机床执行件在运动过程中，从正向运动变为反向运动时，执行件的运动量与目标值存在的误差，最后反映为叠加至工件上的加工精度。

机床反向间隙是机床传动链中各传动单元的间隙综合，如电机与联轴器的间隙，齿轮箱中齿轮间隙，齿轮与齿条间隙，滚珠丝杠螺母副与机床运动部件贴合面的间隙等等。

反向间隙直接影响到数控机床的定位精度和重复定位精度。在半闭环下，由伺服电机编码器作为位置环反馈信号。机械间隙无法由编码器检测到，在机械调整到最佳状态下需要进行反向间隙补偿。在全闭环下，直线轴一般采用光栅尺作为位置环反馈信号，旋转轴一般采用外接编码器或圆光栅作为位置环反馈信号。由于是直接检测运动部件的实际位移，理论上讲全闭环下无反向间隙。但是由于光栅尺或圆光栅本身精度的和安装工艺的等等，使得全闭环下也具有“反向间隙”，这在激光干涉仪下能很明显看出来，一般在0.01mm

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左右。

西门子840D数控系统反向间隙补偿的方法如下：

测得反向间隙值后在轴机床数据输入反向差值，单位为mm。 MD32450 BACKLASH [0] MD32450 BACKLASH [1]

其中[0]为半闭环，[1]为全闭环。输入后按下Reset键，回参考点后补偿生效。可以在 诊断 → 服务显示 → 轴调整 → 绝对补偿值测量系统 中看到补偿效果。

反向间隙补偿能够在较大程度上提高数控机床的定位精度、重复定位精度，但是它的值是固定的，不能适用于机床的整个行程，这就需要另一种电气补偿手段，螺距误差补偿。两者结合能使数控机床达到较高的定位精度和重复定位精度。

二、螺距误差补偿

重型数控机床的传动机构，一般为滚珠丝杠传动或齿轮齿条传动。受到制造精度的影响丝杠上的螺距和齿条齿轮的齿距都有微小的误差，对于半闭环数控机床，这将直接影响其定位精度与重复定位精度。而对于全闭环，由于受到光栅尺自身的精度，光栅尺安装的直线度、挠度的影响也会产生“螺距误差”。

西门子840D数控系统螺距误差补偿原理如下图所示：

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$AA_ENC_COMP_STEP 补偿间隔为100mm $AA_ENC_COMP_MIN 补偿起点为100mm $AA_ENC_COMP_MAX 补偿终点为1200mm MD: MM_ENC_COMP_MAX_POINTS 补偿点总数为12

下面以齐二机床厂TK6926型控落地镗的主轴箱Y轴（第2轴）为例来说明西门子840D数控系统螺距误差补偿的操作步骤：

主轴箱Y轴为全闭环，行程5500mm，我们设置补偿间隔500mm，起始点为-5500mm，终点为0mm。 （1） 设定轴螺距补偿点数

修改轴参数 38000MM_ENC_COMP_MAX_POINTS[1]=20 注意：修改此参数会引使系统在下次上电时重新分配 NCK 内存，导致数据丢失，因此在 NCK Reset 前，应先做好 NC 数据备份（包括补偿数据）。

（2） 生成并修改补偿表

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将NC数据回传后，系统自动生成螺距误差补偿文件。在 服务 → 数据管理 → NC-生效-数据 → 测量系统误差补偿 → 测量系统误差补偿-轴2。将此文件复制到 NC数据保存 XX.MDN文件夹中，文件名变为AX2_EEC.INI。按下input键打开该文件夹，将激光干涉仪测量的误差值写入文件中，并保存。如下表所示： CHANDATA(1)

$AA_ENC_COMP[1,0,AX2]=-0.179 $AA_ENC_COMP[1,1,AX2]=-0.146 $AA_ENC_COMP[1,2,AX2]=-0.128 $AA_ENC_COMP[1,3,AX2]=-0.111 $AA_ENC_COMP[1,4,AX2]=-0.099 $AA_ENC_COMP[1,5,AX2]=-0.082 $AA_ENC_COMP[1,6,AX2]=-0.065 $AA_ENC_COMP[1,7,AX2]=-0.05 $AA_ENC_COMP[1,8,AX2]=-0.039 $AA_ENC_COMP[1,9,AX2]=-0.023 $AA_ENC_COMP[1,10,AX2]=-0.014 $AA_ENC_COMP[1,11,AX2]=0 $AA_ENC_COMP[1,12,AX2]=0 $AA_ENC_COMP[1,13,AX2]=0 $AA_ENC_COMP[1,14,AX2]=0 $AA_ENC_COMP[1,15,AX2]=0

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$AA_ENC_COMP[1,16,AX2]=0 $AA_ENC_COMP[1,17,AX2]=0 $AA_ENC_COMP[1,18,AX2]=0 $AA_ENC_COMP[1,19,AX2]=0 $AA_ENC_COMP_STEP[1,AX2]=500 $AA_ENC_COMP_MIN[1,AX2]=-5500 $AA_ENC_COMP_MAX[1,AX2]=0 $AA_ENC_COMP_IS_MODULO[1,AX2]=0 M17

（3） 导入补偿数据INI文件至系统

先设定参数32700 ENC_COMP_ENABLE [1]=0（关闭螺距误差补偿使能，否侧数据被保护无法装载）。然后将AX2_EEC.INI文件装载至NC系统。 （4） 补偿数据生效

设定32700 ENC_COMP_ENABLE [1]=1，NCK Reset，轴返回参考点后，新的螺距补偿值生效。可以在 诊断 → 服务显示 → 轴调整 → 绝对补偿值测量系统2 中看到补偿效果。

数控机床螺距误差补偿时需要注意问题：

① 在全闭环下，进行螺距误差补偿前，应将光栅尺钢带校准，光栅尺盒校直，一般全长在0.1mm以内。如果光栅尺盒未校准，激光干涉仪检测的曲线往往是交叉或平行漂移的。

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② 要充分考虑环境对机床和检测仪器的影响，如温度，风速等。大型数控机床往往由于环境的变化精度也随之变化。

三、垂度补偿（交叉补偿）

在大型数控机床，由于机床自身的结构及其刚性，在重力等自然因素下，机床悬垂轴的平行度，垂直度往往不能达到机床的设计精度。如数控落地镗床主轴箱滑枕、镗杆与主轴箱垂直移动的垂直度，大型数控龙门铣床的溜板移动对工作台面的平行度，大跨度立车垂直刀架移动对工作台面的平行度。以上误差虽然在机械制造工艺上能够改善但是一般也都很难达到理想状态，尤其是对高精度的数控机床。垂度补偿能够使此种误差得以修正，并达到机床的设计精度。

西门子840D数控系统垂度补偿原理与螺距误差补偿相似，其补偿原理和系统变量、设定数据和机床参数如下图所示：

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系统变形量意义如下：

● $AN_CEC[,] (补偿点为 补偿表号为 []) ● $AN_CEC_INPUT_AXIS[] (基准轴) ● $AN_CEC_OUTPUT_AXIS[] (补偿轴) ● $AN_CEC_STEP[] (两插补点之间的距离) ● $AN_CEC_MIN[] (起点位置) ● $AN_CEC_MAX[] (终点位置)

● $AN_CEC_DIRECTION[] (补偿方向) 其中：

$AN_CEC_DIRECTION[t]=0：补偿值在基准轴的两个方向有效。 $AN_CEC_DIRECTION[t]=1：补偿值只在基准轴的正方向有效。 $AN_CEC_DIRECTION[t]=-1：补偿值只在基准轴的负方向有效。

● $AN_CEC_IS_MODULO[t]：基准轴的补偿带模功能。 ● $AN_CEC_MULT_BY_TABLE[t]：基准轴的补偿表的相乘表。 设定数据意义如下：

SD41300$SN_CEC_TABLE_ENABLE[]垂度补偿赋值表有效。 SD41310$SN_CEC_TABLE_WEIGHT[]垂度补偿赋值表加权因子。 机床参数意义如下：

MD18342 $MN_MM_CEC_MAX_POINTS[]：补偿表的最大补偿点数。 MD32710 $MA_CEC_ENABLE：激活补偿表。

MD32720 $MA_CEC_MAX_SUM：垂度补偿补偿值总和的极限值。

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下面以齐二机床厂TK6920型控落地镗的镗杆Z轴（第3轴）和主轴箱Y轴（第2轴）为例来说明西门子840D数控系统垂度误差补偿的操作步骤：

其中Z轴为基准轴，Y轴为补偿轴。Z轴行程1200mm我们设置补偿间隔为30mm，补偿起点为-1200mm，终点为0mm，需要设置总补偿点数为41个点。

1） 设定垂度补偿的补偿点数

修改机床参数MD18342 $MN_MM_CEC_MAX_POINTS[0]=41 注意：修改此参数会引使系统在下次上电时重新分配 NCK 内存，导致数据丢失，因此在 NCK Reset 前，应先做好 NC 数据备份（包括补偿数据）。

（2） 生成并修改补偿表

将NC数据回传后，系统自动生成垂度误差补偿文件。在 服务 → 数据管理 → NC-生效-数据 →垂度/斜度的补偿。将此文件复制到 NC数据保存 XX.MDN文件夹中，文件名变为NC_CEC.INI。按下input键打开该文件夹，将所测得的误差值写入文件中，并保存。如下表所示：

CHANDATA(1) $AN_CEC[0,0]=-0.18 $AN_CEC[0,1]=-0.17 $AN_CEC[0,2]=-0.165

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$AN_CEC[0,3]=-0.16 $AN_CEC[0,4]=-0.15 $AN_CEC[0,5]=-0.145 $AN_CEC[0,6]=-0.14 $AN_CEC[0,7]=-0.135 $AN_CEC[0,8]=-0.13 $AN_CEC[0,9]=-0.129 $AN_CEC[0,10]=-0.126 $AN_CEC[0,11]=-0.125 $AN_CEC[0,12]=-0.12 $AN_CEC[0,13]=-0.115 $AN_CEC[0,14]=-0.11 $AN_CEC[0,15]=-0.1 $AN_CEC[0,16]=-0.09 $AN_CEC[0,17]=-0.08 $AN_CEC[0,18]=-0.075 $AN_CEC[0,19]=-0.04 $AN_CEC[0,20]=-0.03 $AN_CEC[0,21]=-0.025 $AN_CEC[0,22]=-0.02 $AN_CEC[0,23]=-0.01 $AN_CEC[0,24]=0

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$AN_CEC[0,25]=0 $AN_CEC[0,26]=0 $AN_CEC[0,27]=0 $AN_CEC[0,28]=0 $AN_CEC[0,29]=0 $AN_CEC[0,30]=0 $AN_CEC[0,31]=0 $AN_CEC[0,32]=0 $AN_CEC[0,33]=0 $AN_CEC[0,34]=0 $AN_CEC[0,35]=0 $AN_CEC[0,36]=0 $AN_CEC[0,37]=0 $AN_CEC[0,38]=0 $AN_CEC[0,39]=0

$AN_CEC_INPUT_AXIS[0]=(AX3) $AN_CEC_OUTPUT_AXIS[0]=(AX2) $AN_CEC_STEP[0]=30 $AN_CEC_MIN[0]=-1200 $AN_CEC_MAX[0]=0 $AN_CEC_DIRECTION[0]=0 $AN_CEC_MULT_BY_TABLE[0]=0

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$AN_CEC_IS_MODULO[0]=0 M17

（3） 导入补偿数据INI文件至系统

先设定Z轴与Y轴的轴参数MD32710 $MA_CEC_ENABLE =0（关闭垂度补偿使能，否侧数据被保护无法装载）。然后将NC_CEC.INI文件装载至NC系统。 （4） 补偿数据生效

设定Z轴与Y轴的轴参数MD32710 $MA_CEC_ENABLE =1，再设定数据SD41300$SN_CEC_TABLE_ENABLE[0]=1垂度补偿赋值表有效。NCK Reset，Z轴与Y轴返回参考点后，垂度补偿生效。可以在 诊断 → 服务显示 → 轴调整 → 绝对补偿值测量系统2 中看到补偿效果。

注：如果输入轴和输出轴定义为同一轴且方向相反，这样可以实现螺距误差双向补偿。同时激活垂度补偿功能参数19300=4H。

四、840D系统温度补偿 一、影响：

金属材料具有“热胀冷缩“的性质，该特性在物理学上通常用热膨胀系数（Thermal expansion coefficient，ａtherm）描述。数控机床的床身、立柱、]拖板等导轨基础件和滚珠丝杠等传动部件都是由金属材料制成，由于机床驱动电机的发热、运动部件摩擦发热以及环境温度等的变化，均会对机床运动轴位置产生附加误差，这将直接影

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响机床的定位精度，从而影响工件的加工精度。对于在普通车间环境条件下使用的数控机床尤其是行程比较长的落地式镗床，热膨胀系数的影响更不容忽视。以行程5M的X轴来说，金属材料的热膨胀系数为10ppm（10μm/每1m每1度），理论上温度每上升1度，5m的行程的X轴就”胀长“50μm。日温差和冬夏季节温差的影响便可想而知。因此高精度机床要求在规定的恒温条件下制造或使用，普通条件下使用的数控机床为保证较高定位精度和加工精度，须使用”温度补偿“等选件功能消除福建误差。

二、补偿原理：

机床坐标轴的定位误差随温度变化会附加一定偏差，对每一给定温度可测出相应的定位误差曲线。

数字表达式为：

△Kx（T）=Ko（T）+tanβ（T）*（Px-Po）

其中：△Kx（T）为轴Px位置的定位误差温度偏差补偿值； Ko（T）是与轴位置不相关的温度偏差（补偿）值； Px为轴的实际位置 Po为轴的参考点位置；

tanβ（T）为与轴位置相关的温度补偿系数（定位误差曲线的梯度）。

840D系统温度补偿功能的工作过程：将测量得到的温度偏差（补偿）值送至NC插补单元参与插补运算修正轴的运动。若温度补偿值△Kx（T）为正值就控制轴负向移动，否则就正向移动。由于温度影

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响的滞后性，PLC程序采取定时间隔采样温度（T）的方法，周期性的修改NC中相关补偿参数，并利用上面公式计算温度偏差△Kx（T），从而补偿掉温度变化产生的位置偏差。

三、硬件设计：

采用PT100型热敏电阻，安装在机床靠近丝杠杆处，采样温度更接近印发热膨胀的“机温”。A86为S7-300型PLC两通道12位A/D转换器，起作用是将电阻温度传感器采样的模拟量温度信号转换成数字量，送到840D的NC-PLC接口，以便PLC程序做运算处理。

四、PT100型电阻温度传感器

PT100是铂电阻温度传感器，使用于测量-60度-----+400度之间的温度，完全适用于机床的使用环境温度5---45度。PT100在0度时电阻为100Ω，随着温度的变化电阻成线性变化，大约是每摄氏度0.4Ω。为了把PT100随温度变化的电阻转换成电压，即输出12.5mA恒电流源共给PT100传感器，在传感器回路中产生5Mv/摄氏度线性输入电压。A/D传感器把这个电压转换成数字量，程序周期地读入这些数字量，并将所读的数字量，利用下面的公式计算出温度值。

温度T[摄氏度]=（温度数字量-0摄氏度偏置量）/1摄氏度数字量。

其中：温度数字量=存储在NC---PLC接口IWxxx中的测量值； 0摄氏度偏置量=在0摄氏度测出的数字量（此次取4000）； 1摄氏度数字量=温度每升高1摄氏度的数字量（此次取16）。

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PLC定时采样温度值，利用上式计算出温度数字量并转换为带一位小数点的十进制温度值，然后计算出温度补偿参数Ko（T），tanβ（T），周期性送到NCK刷新温度补偿参数MD=TEMP_COMP_SLOP。

五、软件设计：

西门子温度补偿有三种类型供选择： 1、 位置不相关型：△Kx（T）=Ko（T）

2、 位置相关性：△Kx（T）= tanβ（T）*（Px-Po） 3、 位置不相关和位置相关型：

△Kx（T）=Ko（T）+tanβ（T）*（Px-Po） 软件设计选择第二种类型，即杂一般温度补偿公式△Kx（T）=Ko（T）+tanβ（T）*（Px-Po）中取Ko（T）=0（忽略参考点出温度影响）。

PLC程序设计如下：

OB23 //定时调用组织块：用PT100RTD测量温度并计算tanβ值，传送到NC刷新机床参数NETWORK 1

NETWORK 1 L 0

T MD196 //清除MW196和MW198 L B#16#10

T MW250 //在MW250中装入1摄氏度数字量=16

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L B#16#4000

T MW252 //0摄氏度偏置量=4000 …

NETWORK 2

L IW500 //轴采样温度值

T L L -I T L /I T L *I L /I L T L T L 欢迎下载

MW200 IW200 IW252

MW198 MW250

MW196 B#16#10

MW250

MW196

MW196 0

MW198 B#16#10

//把采样温度数字量装入MW200 //减去0摄氏度偏置量 //除以1摄氏度数字量 //余数乘以10 //10*余数/16=一位小数点的数 //保存一位小数前的数，即温度小数点*10 //删除MW198的值 15

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*I //温度整数值乘以10

L MW160 L MW200

+I //温度整数值*10+温度小数值*10 L MW200

T DB103.DBD220 //传送结果到DB103.DBD220 …

NETWORK 3

A M78.4 //满足启动条件 AN M78.1 AN M78.2 AN M78.3

S M78.1 //设置传送启动 CALLFC3,DB105

IN0 :=78.1 //传送启动 IN1 :=1 //传诵数量

IN2 :DB103.TEMP_COMP_SLOP //传送到NC参数 …

OUT34：=M78.2 //传送完成 OUT35：=M78.3 //无故障 OUT36：=DB103.DBW119 //传送状态

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IO37 ：=DB103.DBD220 //采样温度值 A M78.4 AN M78.1 AN M78.2 AN M78.3

R M48.4 //复位启动条件 A M78.1 A(

O M78.2 O M78.3 )

R M78.1 //复位启动信号 …

NETWORK 6 //程序结束 END

注：需激活功能选项参数19300=1H。 五、摩擦补偿（过象限补偿） 与圆加工质量相关的调整

各轴特性决定圆加工质量，因此调整前应对相关轴电流环、速度环、位置环进行优化。

增益、加速度：用于调整圆度，参与圆插补的每个轴实际增益应该一致，如果加工结果为椭圆，应该匹配

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MD32200、MD32300。

反向间隙：用于调整象限角质量MD32450。 过象限补偿

用于调整轴过象限时摩擦对轴的影响MD 32500，MD32520，MD32540 等。

前提：各轴已经优化，包括电流环，速度环，位置环。 步骤如下

1、 在自动模式或者MDA 模式下编写一个简单的圆程序，如： G0X0Y0

G02 I50 J0 TURN=20 F2000 M30

2、最佳化操作[Optimiz / test]：

[Circular. test] 、[Measurment]对测试圆进行相应地设置：如

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3、NC 循环启动，运行程序。

4、 选择[Start]启动第一步编制的程序，得到如右图结果：

5、可以通过调整参数来调整圆过象限质量：MD32500=1 MD32520=调整值 MD32540=调整值理想曲线：

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MD32520 太小

MD32520 太大

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MD 32540 太小

MD 32540 太大

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