CN103676781A - 一种基于西门子840d二次界面的误差动态补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于西门子840D二次界面的误差动态补偿系统，所述的西门子840D数控系统包括数控及驱动单元NCU、人机交互单元MMC以及PLC单元，所述的MMC包括PCU，该PCU中设有二次界面单元，该二次界面单元一方面读取NCU中机床参数和PLC中实时温度数据，并把特定数据代入到误差模型中计算出各轴的误差实时补偿值，另一方面把计算得到的各轴误差实时补偿值写入到PLC的几个内部标志寄存器中，最后PLC利用FB3功能块程序将内部标志寄存器中存放的各轴误差实时补偿值传输给NCU中对应轴的机床数据SD43900中，利用SD43900自带的运动驱动功能，实现对机床误差的动态实时补偿。与现有技术相比，本发明具有精度高、稳定性高、成本低等优点。

Description

一种基于西门子840D二次界面的误差动态补偿系统

技术领域

本发明涉及一种误差动态补偿系统，尤其是涉及一种基于西门子840D二次界面的误差动态补偿系统。

背景技术

随着工业产品向精细化、小型化的方向发展，人们对数控机床的加工精度要求也越来越高，从而使得现代制造业对高精度的数控机床的需求也越来越大。因此，通过有效的手段来提高数控机床的加工精度、稳定性对各行各业的发展起着关键性的作用。误差补偿技术自提出以来，由于其能够经济高效低提高机床精度，改善机床性能，得到了广泛的关注和研究。误差补偿技术目前主要应用于中高端数控机床，这类机床在使用一段时间以后，由于磨损或者温升会导致机床精度下降，进而使零件加工达不到需要的精度，影响生产效率和效益。目前，市场上中高档数控机床主要配置的是西门子和FANUC公司生产的数控系统，其中以西门子SINUMERIK840D数控系统使用最为广泛，所以针对该数控系统的补偿实施方法研究具有重要的意义。

经对现有技术的检索发现，该领域里主要有杨建国等人申请了中国发明专利“用于高速精密加工的热误差实时补偿系统及其补偿方法”(专利申请号：201110001213.2)，该专利文献涉及到一种数控机床误差补偿系统，其硬件执行平台采用多单片机的并行处理结构，通过机床I／O扩展模块与机床PLC进行数据交互。这类误差补偿系统硬件成本大，与数控机床连接过程繁复，工作量大，易于出错。进一步文献检索发现，项四通等人2013年申请中国专利“基于人机界面二次开发的数控机床误差补偿系统及方法”(专利申请号：201310245088.9)，该专利提出了一种基于人机界面二次开发的数控机床误差补偿方法，利用西门子840D数控系统自带温度补偿模块，将误差数据拟合成一条直线，把直线的斜率和截距信息写入到机床数据SD43910和SD43920中。该补偿方法一方面假设误差数据都近似呈线性，可以用直线拟合，补偿精度不高，另一方面，该方法的温度数据需要额外的温度采集卡来收集，没有充分利用西门子840D自带的模拟量输入模块，造成成本增加和资源的浪费。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于西门子840D二次界面的误差动态补偿系统，充分利用西门子840D数控系统的特点和资源，实现对配置西门子840D的数控机床进行高精度、高稳定性、低成本的误差补偿，能够很好地改善机床性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于西门子840D二次界面的误差动态补偿系统，包括温度传感器、西门子840D数控机床、误差测量设备、PG／PC通信接口卡以及PC，所述的温度传感器与西门子840D数控机床的相连，用于测量机床关键点的温度，所述的PC通过PG／PC通信接口卡与西门子840D数控机床连接，用于修改机床中PLC的程序，所述的误差测量设备用于获得机床的误差数据，其特征在于，所述的西门子840D数控机床为集成SINUMERIK840D数控系统的机床，所述的数控系统包括数控及驱动单元NCU、人机交互单元MMC以及PLC单元，该PLC单元具有模拟量输入模块，与温度传感器相连，实现动态采集温度数据，所述的MMC包括PCU和机床操作面板MCP，其中PCU中设有二次界面单元，该二次界面单元一方面读取NCU中机床参数和PLC中实时温度数据，并把特定数据代入到误差模型中计算出各轴的误差实时补偿值，另一方面把计算得到的各轴误差实时补偿值写入到PLC的几个内部标志寄存器中，最后PLC利用FB3功能块程序将内部标志寄存器中存放的各轴误差实时补偿值传输给NCU中对应轴的机床数据SD43900中，利用SD43900自带的运动驱动功能，实现对机床误差的动态实时补偿。

所述的二次界面单元为根据补偿功能的需求对人机交互界面进行二次开发得到的用户界面，二次界面是基于西门子提供的OEM开发包开发而成，开发过程是利用VB进行界面设计和程序设计，利用VC++创建语言动态链接库，OEM开发包提供了二次界面程序的标准框架以及标准的模块和窗体，将按照用户需求编写的二次界面程序嵌入到标准顺序控制的框架中，从而使人机交互单元支持二次界面程序。

所述的误差测量设备包括激光干涉仪、球杆仪和激光跟踪仪，对机床的各个进给轴的几何误差和热误差进行测量。

所述的温度传感器是指对机床关键温度测点进行温度实时测量的设备，分布安装在西门子840D数控机床的各个关键温度测点上，数据输出端连接到PLC的模拟量输入模块上。

所述的误差模型是指机床误差数据关于温度、机床坐标等变量的函数关系，具体可以通过以下步骤得到：利用所述误差测量设备对西门子840D数控机床进行误差的测量，得到不同机床坐标下的各项误差元素数据，同时利用温度传感器采集不同工作状态的机床温度数据，然后，对这些数据进行分析和处理，建立针对该数控机床的误差数据关于温度、机床坐标等变量之间的函数关系，即可得到该数控机床的误差模型。

所述的FB3功能块是指S7-300系列PLC提供的供用户使用的有存储区的逻辑块，作用是把PLC中的变量写入到NCK区域中。在补偿开始之前需要将FB3功能块程序添加到PLC程序中，补偿执行阶段利用FB3功能块程序完成循环写补偿值的功能。具体是通过以下方法实现的，利用PG／PC通信接口卡和相关连接电缆，将外部PC与数控系统的NCU模块的X122接口相连接，在PC机上利用STEP7软件设置相关通信参数，开启数控系统电源即可建立PC与PLC模块的通信连接，之后利用STEP7软件对PLC程序进行修改，主要是指在主程序块OB1中添加FB3功能块程序，实现将二次界面计算得到的实时补偿值数据写入到NCK区域中，具体是NCK区域中的各进给轴的机床数据SD43900中，程序修改完成后应断开PC机与NCU模块的连接，所述的二次界面计算得到的实时补偿值存放于PLC的几个内部标志寄存器中。

所述的机床参数SD43900是指西门子840D数控系统自带温度补偿模块中一个机床数据，所述的自带温度补偿模块涉及到四个机床数据，包括：

MD32750一温度补偿类型：

SD43900一位置无关的温度补偿值；

SD43910一位置相关温度补偿值系数；

SD43920一位置相关温度补偿参考位置；

其中MD32750＝1时，位置无关温度补偿方式生效；MD32750＝2时，位置相关温度补偿方式生效；MD32750＝0时，温度补偿失效；SD43900的生效模式是“立即生效”，其原本作用是补偿由于温度引起的进给轴的整体偏移，与具体机床坐标无关的误差值。本发明充分利用SD43900的立即生效模式，把该机床数据作为补偿时的“外部零点偏置位”，将机床的实时补偿值写入到该参数中，利用其自带的运动驱动功能实现误差动态补偿。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、充分利用西门子840D数控系统开放性的特点，开发二次界面单元实现误差动态补偿，不需要外扩补偿器，其次，利用西门子840D的PLC的模拟量输入模块直接收集温度传感器的数据，不需要外扩数据采集卡，实现了在补偿实施阶段唯一的外部设备是温度传感器，这样不仅大大的简化了硬件连接过程，提高了补偿效率，而且节约了硬件成本，保证了系统的稳定性。

2、本发明创新性地利用西门子840D数控系统机床参数SD43900作为“外部零点偏置位”，保证了误差模型不受约束，误差模型可根据具体误差数据情况灵活调整，实现了高精度的误差动态补偿，而且误差模型嵌入于PCU中，通信方式是OPI方式，存取数据速度快，消除了外置补偿器带来的补偿滞后效应，补偿精度高。

附图说明

图1为本发明误差补偿系统工作流程图；

图2为本发明误差补偿系统结构原理图；

图3为VTM6335立式加工中心补偿前误差数据图；

图4为VTM6335立式加工中心补偿后误差数据图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

一种基于西门子840D二次界面的误差动态补偿系统，组成硬件包括温度传感器和西门子840D数控机床，辅助硬件包括误差测量设备、PG／PC通信接口卡以及PC，所述的温度传感器与西门子840D数控机床的相连，用于测量机床关键点的温度，所述的PC和PG／PC通信接口卡是辅助工具，用于修改PLC程序，所述的误差测量设备也是辅助工具，用于获得机床的误差数据，补偿系统特征在于，所述的西门子840D数控机床是指集成SINUMERIK840D数控系统的机床，该数控系统包括数控及驱动单元NCU、人机交互单元MMC以及PLC单元，所述PLC单元的模拟量输入模块与温度传感器相连接，实现对温度数据的动态采集，所述的MMC包括PCU和机床操作面板MCP，PCU中设有二次界面单元，二次界面单元是基于西门子OEM软件平台开发，主要功能包括读取机床参数、读取PLC数据、计算实时补偿值、把数据写入到PLC中以及开启和关闭补偿等。

一种基于西门子840D二次界面的误差动态补偿系统的具体原理和实施流程如下：误差测量设备测得不同温度下的数控机床误差数据后，利用特定误差建模方法建立数控机床的误差模型，把该误差模型以程序代码的形式写入到二次界面的程序中，二次界面按照特定的规则动态访问NCDDE(NC Dynamic Data Exchange)服务器完成两个方面的功能，一方面读取NCU中实时机床坐标和PLC中实时温度数据，然后把两项数据代入误差模型中计算出各轴误差实时补偿值，另一方面，通过访问NCDDE服务器把计算得到的各轴误差实时补偿值写入到PLC的几个内部标志寄存器中，最后利用PLC的FB3功能块程序将几个寄存器中的补偿值写入到NCU的对应进给轴的机床数据SD43900中，利用SD43900自带的进给驱动功能实现误差动态补偿。特别指出的是，所述的FB3功能块，是在补偿开始前利用STEP7软件修改，添加到PLC程序中的，所述STEP7软件安装于外部PC机上，所述PC机通过PG／PC通信接口卡与PLC建立通信连接。

所述的西门子840D数控机床，是指集成西门子SINUMERIK840D数控系统的机床，西门子840D数控系统由数控及驱动单元NCU、人机通信单元MMC(ManMachine Communication)、PLC单元三部分组成，其中所述的MMC单元包括PCU(PC Unit)和机床操作面板MCP(Machine Control Panel)两部分，PCU是基于WINDOWS NT或WINDOWS XP系统的，实际上也是一台计算机，具有以太网口、串口、并口、标准鼠标和键盘热插拔接口以及USB接口等，PCU本身带有硬盘，PCU的软件被称作HMI(Human Machine Interface)软件，所述二次界面单元就是基于HMI软件根据补偿功能需要进行的二次开发；西门子840D数控系统中集成的是S7-300系列的PLC，其程序结构是由块组成，用户可以根据需要调用FB3功能块，其作用是写NC变量，可实现把补偿值数据写入到数控系统的NCU中，具体位置是对应进给轴的机床数据SD43900中，利用SD43900的运动驱动功能，实现动态误差补偿，用户可以利用PG／PC通信接口卡建立PC与PLC的通信连接，在上位机PC上利用STEP7软件可以实现对PLC程序的查看和修改。

所述的二次界面单元是指根据补偿功能的需求对HMI软件进行二次开发得到的用户界面，主要功能包括读取机床参数、读取PLC数据、计算实时补偿值、把补偿值写入到PLC中以及开启和关闭补偿等。所述读取机床参数、读取PLC数据以及将补偿值写入PLC等功能均是通过访问NCDDE服务器来实现动态数据交换，所述机床参数包括机床实时坐标、主轴转速、各轴进给速度、切削量等，所述读取PLC数据是指读取PLC模拟量输入模块得到的关键测点温度传感器采集的温度数据。二次界面的开发是基于西门子提供的OEM开发包，OEM开发包软件提供了HMI二次界面程序的标准框架以及一些标准的模块和窗体，按照用户需求编写的二次界面程序必须嵌入到标准顺序控制的框架中，HMI软件才支持二次界面程序，否则程序运行出错。为了方便二次界面的开发，可以利用OEM软件包中HMIProgramming Package提供的OEM Samples实例，然后利用VB进行界面和程序设计，利用VC++创建语言动态链接库。

所述的机床数据SD43900是指西门子840D数控系统自带温度补偿模块中一个机床数据，所述的自带温度补偿模块，涉及到四个机床数据，包括：

MD32750(TEMP_COMP_TYPE)——温度补偿类型；

SD43900(TEMP_COMP_ABS_VALUE_)——位置无关的温度补偿值；

SD43910(TEMP_COMP_SLOP)——位置相关温度补偿值系数；

SD43920(TEMP_COMP_REF_POSITION)——位置相关温度补偿参考位置；

所述温度补偿类型包括两种，分别是：MD32750＝1时，位置无关温度补偿方式生效；MD32750＝2时，位置相关温度补偿方式生效；MD32750＝0时，温度补偿失效。所述的位置无关的温度补偿值SD43900，单位是mm或者degree，生效模式是“立即生效”，原本作用是补偿由于温度升高导致的进给轴整体的位置偏差，与具体坐标位置无关的误差值，由于SD43900的生效模式是“立即生效”，其效果类似误差补偿技术领域中的“外部零点偏置位”，所以本发明创新性利用该机床数据，通过PLC的FB3功能块程序按照一定周期将补偿值写入到SD43900，利用其自带的运动驱动功能，实现对各进给轴进行动态的误差补偿。

所述的FB3功能块是指S7-300系列PLC提供的供用户使用的有存储区的逻辑块，作用是把PLC中的变量写入到NCK区域中。修改PLC程序这一步骤是在误差补偿开始之前完成的，外部PC机通过PG／PC通信接口卡与数控系统的NCU模块相连，具体是连接到NCU模块的X122接口上，实现MPI通信，通信波特率为187.5Kbit／s，通过PC机上STEP7软件设置相关通信参数，可以建立PC与PLC模块的通信连接，连接建立后，利用STEP7软件在主程序块OB1中添加FB3功能块程序，程序修改完成后应移除连接电缆，断开PC机与NCU模块的连接。

所述的温度传感器对机床关键温度测点进行温度实时测量的设备，分布安装在西门子840D数控机床的关键温度测点上，数据输出端连接到PLC的模拟量输入模块上。所述的机床误差测量仪器包括激光干涉仪、球杆仪等，对机床的各个进给轴的几何误差和热误差进行测量。

所述PC机是通用个人计算机，安装有STEP7V5.3软件，借助STEP7软件以及PG／PC通信卡可以建立PC机与PLC模块的通信连接，实现对PLC程序的查看和修改。

所述的PG／PC通信接口卡是实现外部PC机和PLC建立通信连接的设备。如果PC机是具有PCI插槽的台式机，可采用CP5611通信卡；如果是笔记本电脑可以采用CP571I或者CP5512；从经济角度考虑也可自己设计制作串口或USB接口的PC适配器。

具体实施例

本发明具体实施例是在一台立式车铣复合加工中心上进行试验，该加工中心型号为VTM6335，配备了西门子SINUMERIK840D数控系统，X／Y／Z三个直线轴的行程分别是1410／420／750mm，主轴的最高转速是10000r／min，补偿前该加工中心的三个直线进给轴的误差数据如图3所示。

图1为误差补偿系统工作流程图，误差补偿的前提工作是误差测量、误差建模以及二次界面的开发，所述误差测量是指利用误差测量设备，包括激光干涉仪、球杆仪等进行误差数据的测量，同时利用温度传感器采集不同工作状态的机床温度数据，得到较为全面的误差数据和温度数据；所述误差建模是指在对这些数据进行分析处理的基础上，建立针对该数控机床的误差模型，即建立机床误差数据关于机床坐标、温度等变量的函数关系，采用不同的测量方法和建模方法可以得到不同的误差模型，本实施例所用到的误差模型是针对各个进给轴建立各自复合误差模型，包含几何误差和热误差；所述二次界面单元开发是指基于西门子公司提供的OEM开发包根据补偿功能需求进行对HMI软件的二次开发工作，开发流程如图1中所示，OEM开发包中HMI Programming Package提供了界面所需的标准的模块和窗口，利用Visual Basic(VB)进行二次界面的设计及补偿程序的编写，之前建立好的误差模型以程序代码的形式包含其中，Visual C++(vC++)用来创建二次界面所需的语言动态链接库，在OEM平台下仿真通过后，利用VB生成二次界面单元的可执行文件。所述的二次界面单元的可执行文件需要按照特定的方法嵌入到HMI软件标准顺序控制框架中，否则无法运行。

利用嵌入到HMI软件中的二次界面单元开始误差补偿之前，需要对S7-300系列PLC的程序进行修改。这是由于通过访问NCDDE服务器的方式，不能实现对机床数据SD43900的实时写入，本发明提出首先将补偿值写入到PLC闲置的三个内部标志寄存器中，然后利用PLC程序FB3功能块程序写NC变量的功能，实现把三个寄存器中的补偿值循环写入到对应进给轴的机床参数SD43900中。如图2所示，修改PLC程序需要一台装有STEP7软件的PC机，一个PG／PC通信接口卡以及相应的连接电缆，通过STEP7软件设置相应的通信参数后，即可建立PC机与PLC的通信连接，实现对PLC程序的查看和修改。图2中虚线表示PLC程序修改完成后，即移除连接电缆，断开PC机和数控系统的连接，也就是说，PC机和通信接口卡是PLC程序的调试工具，是可重复利用的，而不是本发明所涉及补偿系统执行时的硬件一部分。

在上述工作完成以后，开启机床，启动二次界面单元，当通过操作面板的竖直软键开启误差补偿功能时，二次界面通过程序访问NCDDE服务器的方式，读取机床坐标和温度数据，并把读取得到的数据代入到误差模型中计算出各进给轴的补偿值，然后同样是通过建立DDE连接的方式，将补偿值数据写入到PLC的三个闲置的内部标志寄存器中，最后利用PLC程序中FB3功能块程序，循环将补偿值写入到对应进给轴的机床数据SD43900中，利用SD43900自带的运动驱动功能实现动态误差补偿。

图2为本发明所涉及的补偿系统的结构原理图，如图所示，本发明所涉及补偿系统不需要外扩补偿器，硬件连接简单，误差补偿二次界面嵌入到SINUMERIK840D数控系统的PCU中，PCU是通过OPI(Operator Panel Interface)总线接口与NCU相连，波特率为1.5Mbit／s，数据传输速度快，消除了由于外扩补偿器造成的补偿滞后效应。如图2中所示，温度传感器直接与PLC相连，具体为PLC的模拟量输入模块相连，省去传统方式数据采集卡的成本。图中PC和PG／PC通信接口卡以及相应的连接电缆在PLC程序修改完成以后即可拔去，实现了在补偿实施阶段只有温度传感器为外部设备，保证了补偿系统的稳定性。

所述的误差测量设备在本实施例中为光动公司生产的激光多普勒位移传感器MCV-500C，灵敏度为0.01um，可以精密测量机床各项误差元素数据。

所述的温度传感器在本实施例中为铂热电阻Pt100，其测量范围是0-100℃，灵敏度为±.01℃，实施例中4个Pt100温度传感器分布在关键温度测点上，输出端连接到PLC的模拟量输入模块上动态采集温度数据。

所述的模拟量输入模块在本实施例中为SM331，具体型号为6FS7331-7PF00-0AB0，具有模拟电压／电流输入以及热电阻／电偶输入功能，对于热电阻输入类型支持Pt100、Pt200／500／1000、Ni100、Ni120／200／500／1000等多种温度传感器，该型号模拟量输入模块可连接热电阻的个数为8个，通过量程设定开关拨到A位置选择热电阻／热电偶输入类型。

所述PC机本实施例中为笔记本电脑，该笔记本电脑安装有STEP7V5.3软件，用于和PLC模块通信，并查看和修改PLC程序。

所述PG／PC通信接口卡在本实施例中采用CP5711，实现将带有USB接口的SIMATIC PC／PG或者笔记本电脑连接到PROFIBUS现场设备，速度可达12Mbit/s，通过LED灯显示运行和故障状态，便于安装和调试。

下面是采用所述的一种基于西门子840D二次界面的误差动态补偿系统对实施例中VTM6335进行误差补偿的具体实施步骤。

第一步、连接相关硬件，测量数控机床的几何误差和热误差。具体是指，把4个Pt100温度传感器安装到机床的关键温度测点上，在不同的工作状态下，利用PLC模拟量输入模块采集温度传感器的数据，利用激光多普勒位移传感器测量机床各项误差元素数据。

第二步、分析处理误差数据、建立机床的误差模型。本实施例中建立的误差模型是由几何误差模型与热误差模型两部分叠加而成，在得到机床关键测点的温度数据以及不同状态下机床的各项误差数据以后，进行几何误差和热误差的分离，采用最小二乘法建立各个进给轴的几何误差元素模型，采用自然指数法建立热误差元素模型，最后将两种误差元素模型合成得到各轴的复合误差模型。

第三步、建立PC机和PLC的通讯连接，修改PLC程序。具体是指：

3.1建立通信连接。具体是，通过相应的电缆连接PC机、CP5711通信接口卡以及NCU模块的X122接口，运行PC机上的STEP7软件，设置相应的通信参数，开启机床电源，建立STEP7与PLC的通信连接。

3.2利用NC变量选择器选择三轴对应的机床参数SD43900[u1，1]、SD43900[u1，2]和SD43900[u1，3]，并生成的相应的数据块的源文件，利用STEP软件编译三个数据源文件得到三个用户数据块，然后把三个用户数据块下载到PLC中。

3.3把西门子840D数控系统中S7-300PLC项目程序上载到PC，修改程序：在OB100中，把FB1中的参数“NCKomm”修改为1：在OB1中调用FB3功能块，通过编写相应程序，实现把内部标志寄存器MD200、MD204、MD208中的数据对应写入到前述三个用户数据块对应的地址中。

3.4保存项目，并把新生成的背景数据块以及OB1下载到PLC中。

3.5关闭机床电源，移除电缆，断开CP5711通讯接口卡与NCU模块的连接，然后重新开启机床，此时PLC程序已经包含FB3功能块的相关程序。

第四步、基于西门子提供的OEM开发包软件进行二次界面单元的开发。具体是指，在HMI Programming Package提供的一个实例Oembsp0基础上，按照西门子840D二次界面编程语言的规则，编写程序，程序实现的功能包括：读取机床坐标、读取加工参数、读取PLC中温度数据、写PLC数据、开启和关闭补偿等。其中，程序主要是通过访问NCDDE服务器的方式，建立DDE连接，实时读取三个进给轴的机床坐标、PLC中温度数据，然后按一定的周期循环计算三轴的动态补偿值，并把计算得到的补偿值写入到PLC的MD200、MD204、MD208三个内部标志寄存器中。另外，程序通过建立DDE连接的方式，使机床数据MD32750置1或置0，实现开启和关闭补偿的功能。编译仿真通过后，生成可执行文件，保存文件名为COMP.exe。

第五步、把二次界面单元可执行文件嵌入到HMI软件的标准顺序控制框架中，具体步骤是：

5.1修改HMI界面软键文本。进入SINUMERIK840D系统的Windows XP系统，打开“F：＼mmc2＼language”目录下的RE_UK.ini文件，修改6号软键的文本为“Compensation”，保存并关闭。按照上述操作，可实现把HMI软件启动后初始界面的第6个水平软键的文本修改为“Compensation”。

5.2把二次界面单元可执行文件与HMI界面上6号软键相链接。进入SINUMERIK840D系统的Windows XP系统，打开“F：＼mmc2”目录下的Regie.ini文件，修改6号软键的任务配置文本为：“Task6＝name：＝COMP，Timeout：＝60000”。然后，把可执行文件COMP.exe以及相关的配置文件和动态链接库DLL文件拷贝到“F：＼ome”目录下。通过上述操作，即可实现将标准Windows应用程序嵌入到HMI软件中，作为一个用户自定义的二次界面单元，通过HMI软件初始界面的6号水平软键“Compensation”可以调出该界面。

第六步、运行二次界面单元，进行动态误差补偿。在上述步骤完成以后，开启机床，按压“Compensation”水平软键开启二次界面，可以通过二次界面监视机床工作状态，包括三轴机床坐标、进给速度、切削量、主轴转速、机床关键测点的温度数据，按压竖直软键“START”开启补偿功能，补偿程序循环运行，利用机床坐标和温度数据，代入到误差模型计算三轴动态补偿值，然后把补偿值写入到MD200、MD204、MD208三个内部标志寄存器中，PLC程序利用FB3功能块程序循环把三个寄存器中的数据写入到对应轴的机床数据SD43900中，利用SD43900自带的运动驱动功能实现动态误差补偿。另外，可以通过按压竖直软键“CLOSE”关闭补偿功能。

图4是本实施例VTM6335立式加工中心补偿后的误差数据图，对比图3可以看出，补偿后机床三轴的精度得到了大幅的提高，证明了本发明所涉及补偿系统具有很好的补偿效果。

Claims (7)

1.一种基于西门子840D二次界面的误差动态补偿系统，包括温度传感器、西门子840D数控机床、误差测量设备、PG／PC通信接口卡以及PC，所述的温度传感器与西门子840D数控机床的相连，用于测量机床关键点的温度，所述的PC通过PG／PC通信接口卡与西门子840D数控机床连接，用于修改机床中PLC的程序，所述的误差测量设备用于获得机床的误差数据，其特征在于，所述的西门子840D数控机床为集成SINUMERIK840D数控系统的机床，所述的数控系统包括数控及驱动单元NCU、人机交互单元MMC以及PLC单元，该PLC单元具有模拟量输入模块，与温度传感器相连，实现动态采集温度数据，所述的MMC包括PCU和机床操作面板MCP，其中PCU中设有二次界面单元，该二次界面单元一方面读取NCU中机床参数和PLC中实时温度数据，并把特定数据代入到误差模型中计算出各轴的误差实时补偿值，另一方面把计算得到的各轴误差实时补偿值写入到PLC的几个内部标志寄存器中，最后PLC利用FB3功能块程序将内部标志寄存器中存放的各轴误差实时补偿值传输给NCU中对应轴的机床数据SD43900中，利用SD43900自带的运动驱动功能，实现对机床误差的动态实时补偿。 

2.根据权利要求1所述的一种误差动态补偿系统，其特征在于，所述的二次界面单元为根据补偿功能的需求对人机交互界面进行二次开发得到的用户界面，二次界面是基于西门子提供的OEM开发包开发而成，开发过程是利用VB进行界面设计和程序设计，利用VC++创建语言动态链接库，OEM开发包提供了二次界面程序的标准框架以及标准的模块和窗体，将按照用户需求编写的二次界面程序嵌入到标准顺序控制的框架中，从而使人机交互单元支持二次界面程序。 

3.根据权利要求1所述的一种误差动态补偿系统，其特征在于，所述的误差测量设备包括激光干涉仪、球杆仪和激光跟踪仪，对机床的各个进给轴的几何误差和热误差进行测量。 

4.根据权利要求1所述的一种误差动态补偿系统，其特征在于，所述的温度传感器对机床关键温度测点进行温度实时测量的设备，分布安装西门子840D数控机床的关键温度测点上，数据输出端连接到PLC的模拟量输入模块上。 

5.根据权利要求1所述的一种误差动态补偿系统，其特征在于，所述的机床 数据SD43900是指西门子840D数控系统自带温度补偿模块中的一个机床数据，其含义为与位置无关的温度补偿值，原本作用是用来补偿由于温度引起的机床进给轴整体的位置偏差，与机床具体坐标无关，但是由于该参数的生效模式是立即生效，为外部零点偏置位的效果相同，所以将补偿值动态写入到SD43900中，利用其自带的运动驱动功能，可实现对各进给轴进行动态的误差补偿。 

6.根据权利要求1所述的一种误差动态补偿系统，其特征在于，所述的FB3功能块程序为S7-300系列PLC提供的供用户使用的有存储区的逻辑块，作用是把PLC中的变量写入到NCK区域中，在误差补偿开始之前，利用PC对PLC程序的修改，实现将二次界面单元计算得到的实时补偿值循环写入到对应进给轴的机床数据SD43900的地址中。 

7.根据权利要求6所述的一种误差动态补偿系统，其特征在于，所述的利用PC对PLC程序的修改具体方法为： 

通过PG／PC通信接口卡将PC与数控系统的NCU模块相连，利用PC上的STEP7软件设置通信参数，开启机床电源，实现MPI模式通信连接，利用STEP7软件即可实现修改PLC程序。 

Images