CNC系统电子齿轮比

为了控制刀具的运动轨迹,CNC系统必须将坐标轴连续的移动量微分为单位脉冲的运动,这一单位脉冲所对应的实际移动量称为位置控制系统的最小移动增量或称指令脉冲当量、指令单位,通常为0.001mm。

本文转载自  机电双语学堂 汤彩萍老师 微信号 TIMES40 

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坐标轴进入位置控制后,CNC按照最小移动增量输出指令脉冲,实际位置则由位置检测装置(如脉冲编码器,Pulse Coder)按其分辨率给出反馈脉冲。1个反馈脉冲对应产生的位移量称为检测脉冲当量或检测单位

实际上,检测脉冲当量往往与指令脉冲当量不一致。例如,某编码器与伺服电机同轴安装,每转1转检测到2500个脉冲(称编码器分辨率为2500脉冲/转),若电机转1转产生10mm的直线移动距离,则编码器的1个脉冲代表0.004mm。显然,与指令的0.001mm并不一致。

两者不一致的后果就是轴实际位移与屏幕显示位移不一致,即导致加工尺寸不正确,而对于此类故障,系统无任何报警提示,操作工往往不知所措。

因此,闭环系统能够进行正确的误差比较的前提是:任一移动量所对应的CNC输出指令脉冲数与实际反馈脉冲数必须相等,即进入比较器时两者的脉冲当量必须一致。而在实际应用中,由于机械传动结构及位置检测装置的不同,指令脉冲当量与实际检测单位总是不一致。为使二者匹配,从而进行比较计算,数控系统提供了软件设定功能。这就好像机械传动机构中为了速度匹配而加装齿轮一样,故这个软件设定比例也称为电子齿轮比(electronic gearing)。

电子齿轮比在不同品牌的CNC中有不同的叫法,下面说说FANUC系统的电子齿轮比

CMR和DMR

为使CNC指令脉冲与检测脉冲当量相适配,FANUC 0i系统中使用了指令倍乘比(CMR)和检测倍乘比(DMR),因此进入位置比较前,脉冲均经过倍乘处理。图1所示为进给轴运动控制倍乘处理框图。

CNC系统电子齿轮比

图1 进给轴运动控制倍乘处理框图

 

对图1进行简化得图2,相关符号说明如下:

CNC系统电子齿轮比

图2 进给运动控制系统简化图

• CMR:指令倍乘比(Command Multiplying Ratio),为使CNC指令脉冲与检测脉冲当量相适配的常量

• DMR:检测倍乘比(Detection Multiplying Ratio),为使CNC指令脉冲与检测脉冲当量相适配的常量

• C:最小移动增量(Least movement increment),CNC插补输出给机床的移动指令最小单位(mm/脉冲)

•  D:检测单位(Detection unit),能够检测出的机床的最小移动单位(mm/脉冲)

•  I:最小输入增量(Least input increment),程序输入的指令最小单位(mm/脉冲)

•  N:位置检测器的每转脉冲数(脉冲/转)

•  t:伺服电机1转产生的机床移动部件的移动量(mm/转)

•  p:丝杠螺距(mm/转)

•  i:传动减速比

以上参数之间的关系如下:

CNC系统电子齿轮比
通过CMR,可以将一个最小输入增量(如0.001mm)细分为多个脉冲进行输出。例如,在纳米CNC系统中,送到数字伺服控制器的位置指令单位为1nm,远比编程输入单位(0.001mm)精细,可获得高精度的加工表面,此时纳米CNC系统的‍

CNC系统电子齿轮比

通过DMR,可以将一个反馈脉冲细分为多个反馈脉冲输出。例如,某直线轴的指令单位为1μm,滚珠丝杠螺距为10mm,直接连接(传动减速比i∶1为1∶1),脉冲编码器为2500线(N=2500脉冲/转),要求检测单位为1μm,则根据(式3),得

CNC系统电子齿轮比

F·FG

当机床制造商(MTB)制造机床时,选用的滚珠丝杠的导程(螺距)是不一样的,要想达到分辨率1µm,就需要使用某个系数。 FANUC系统中F·FG(Flexible Feed Gear, 柔性进给齿轮比)的作用就是:通过使来自串行脉冲编码器的位置反馈脉冲可变(不需要选定编码器的线数),即可相对于各类滚珠丝杠的螺距、减速比而轻而易举地设定检测单位。如图3所示。

CNC系统电子齿轮比

图3 FANUC半闭环系统分辨率匹配图

CMR=Cmd Unit/Detect Unit。

F·FG相当于DMR,只不过DMR用于早年并行输出型编码器的设定,现在的脉冲编码器都采用串行输出,且伺服电机每转动1周就从βi串行脉冲编码器(电机内装)返回1000000脉冲,故采用F·FG。

例如,直接连接螺距5mm/r的滚珠丝杠,检测单位为1µm时,电机每转动1周(5mm)所需的脉冲数为5000,因此根据(式3),

CNC系统电子齿轮比

注:CNC内部自动将编码器的每转脉冲数N折算成1000000脉冲/转(不考虑编码器的实际分辨率)。

F·FG在SERVO SETTING画面(如图4所示)中以分子和分母的形式设置(=N/M),也可在参数PRM No.2084和No.2085中分别设定N和M。

CNC系统电子齿轮比

图4 SERVO SETTING画面

友情提醒:SERVO SETTING画面中的N和M仅表示分子和分母,与(式3)中的N(指编码器的每转脉冲数)是两码事,不可混淆。

F·FG是伺服初始化设定(SERVO SETTING)画面中最重要的参数,若F·FG设置错误,机床就不能走出正确的位移,直接影响零件尺寸。

电子齿轮比是数控机床最重要的参数,关系着数控机床上机械与电气的匹配。

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