[科普中国]-轮廓控制系统

轮廓控制（连续控制）系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。目前数控车、数控铣床、加工中心都是轮廓控制。数控钻床也普遍采用轮廓控制了，采用轮廓控制的数控钻床可以当数控铣床用。

简介轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。

它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。 常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。

轮廓控制系统的结构要比点位和直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。 现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。1

轮廓控制系统的监控板块轮廓监控功能，是通过测量的实际位置值与从NC计算出的实际位置值进行比较来实现的。为提前计算出跟随误差，应使用一个模犁来模拟，包括前馈控制中位置控制的动态特性。为使监控系统在速度轻微变化时不做出响应（由于负载变化而导致的速度变化），使用公差带用于轮廓偏差范围进行监控。

需要注意的是，“轮廓监控”报警一般出现在轴启动瞬间。当需要轴运动时，NC在给定指令发出后如果发现轴不能在设定的循环监测周期内到达给定的预定位置，超出了误差带，就会出现“轮廓监控”报警。轴启动后不能如预计的那样到达预定位置，不外乎有三种可能性：

1、机械负载偏大：当机械负载过大而电机选择偏小时，电机无法很快带动负载驱动，于是就不会在预定时间内到达预定位置，导致报警；

2、加速度设置过大：机械负载虽然合适，但是为了追求过高的轴动态响应特性，将轴加速度MD32300设置得太大，也可能使得电机瞬间过载，无法驱动负载，因此报警。此时可以将加速度MD32300中的数值减小些；上述两种因素从本质上说是差不多的。

3、伺服故障：这种情况下往往由于功率模块或者控制模块出现问题，导致没有实际电流输出或者输出电流不足，电机无法驱动负载，导致报警。有时候会只有一个“轮廓监控”报警，但也有可能还会出现“最大电流监控”或者“速度控制器输出限制”等过电流类的报警。这种情况可以从“诊断---服务显示----驱动服务”中看出：启动瞬间，电机给定转速有了，但没有平滑电流输出同，所以没有实际转速，因此报警，否则可能是驱动本身的问题。2

原理与特点原理介绍轮廓控制系统是一款集成表面粗糙度和轮廓测量的测量仪器；采用进口高精度光栅测量系统、高精度研磨导轨、高性能非接触直线电机、音圈电机测力系统、高性能计算机控制系统技术，实现对各种工件表面粗糙度和轮廓进行测量和分析。通过高精度研磨导轨、高性能直线电机保证测量的高稳定性及直线度，采用进口高精度光栅测量系统建立工件表面轮廓的二维坐标，计算机通过修正算法对光栅数据进行修正，最终还原出工件轮廓信息并以曲线图显示出来，通过软件提供的分析工具可对轮廓进行各种参数分析。

轮廓仪为全自动测量设备，操作者只需装好被测工件，在检定软件上设定扫描的开始、结束位置，点击“开始”按钮，测针会自动接触工件表面，并按设定的位置扫描；可高精度地测量精密加工零部件的粗糙度和轮廓形状，再选择所需评价参数即可进行评价。

性能特点1、高精度、高稳定性、高重复性：完全满足被测件测量精度要求：

（1）选用国际领先的高精度光栅测量系统和高精度电感测量系统，测量精度高；

（2）自主研发高精度研磨导轨系统，导轨材料耐磨性好、保证系统稳定可靠工作；

（3）高性能直线电机驱动系统，保证测量稳定性高、重复性好；

2、智能化管理与检测软件系统：仪器操作界面友好，操作者很容易即可基本掌握仪器操作，使用十分简便。

（1）10多年积累的实用检定软件设计经验，向客户提供简洁、实用、快速的操作体验；

（2）功能强大、自动处理数据、打印各种格式的检定报告，自动显示、打印、保存、查询测量记录；

（3）测量范围广，可满足绝大多数类型的工件粗糙度轮廓测量；

（4）可自动和手动选取被测段进行评定，可依据客户要求进行软件功能的定制；

（5）纯中文操作软件系统，更好的为国内用户服务；

（6）打印格式正规、美观。检定数据可存档，或集中打印，不占用检定操作时间；

（7）本仪器采用计算机大容量数据库储存，可自动记录保存所有检定结果。

3、测量力系统：采用音圈电机测力系统，测力可实现从10～150mN连续可调，测力分辨力可达0.2mN；避免了老式砝码加载因周围环境振动带来的测力误差，降低了测力变化引起的测量误差。

4、智能保护系统：一旦出现主机与被测工件或夹具相撞、或测针在扫描过程中出现拉力过大，仪器会停止扫描保护测量系统和测针。

5、灵活手动控制：仪器配置了操作杆，可在测量工件前对测针进行粗定位；在脱离电脑的情况下，让测针左右、上下快速移动。3

操作注意事项为使监控系统在速度轻微变化时不做出响应（由于负载变化而导致的速度变化），使用公差带用于轮廓偏差范围进行监控。

1、扩大MD36400CONTOUR-1’0L(公差带轮廓监控)出现25050轮廓监控报警，是受监控系统速度的轻微变化超出公差带轮廓监控MD36400的阈值而产生的，只需把MD36400公差带轮廓监控放大即可。但只有偶尔改变此参数，该方法才会生效。

2、改变MD32200POSCTRL—GAIN(伺服增益系数)的设定若只有在停车时才会出现25050报警，说明此时在制动时，轴不能在规定时间内达到要求的速度，产生的原因是系统KV系数设定不当，检查MD32200数值，采取提高MD32200数值，或者检查伺服系统转速调节器响应特性，或者莺新对伺服系统进行优化处理等方法加以解决。然而如果MD32200数值太高，坐标轴将不稳定而使机床的机械部分承担不必要的应力，最高的实用系统KV系数将决定于传动装置的一般响应和机床的质量。

3、改变加速度MD32300MAX—AX—ACCELL(轴加速)设定当出现25050报警时，首先检查MD32300的设定值是否过大，如果由于加速度很大而使电流值达到极限值，位置调节回路将被断开。一旦位置调节回路又被再次接通。则“丢失”的实际值将以超调的形式被恢复。适当降低MD32300数值，观察25050报警是否再出现。

4、检查测量元件一般测量元件都接在负载上，当电机转动时，测量元件随负载上一起运动。由于测量元件固定位置不当或松动，当负载运动时，测量元件没有跟随上负载，此时NC系统没有来自位置环反馈信号，则立刻会出现25050报警。将测量元件重新固定好，即可消除报警。

5、检查机械润滑当润滑状况不好，负载导轨上润滑油不足或当电机转动时，由于润滑不好，静态摩擦造成负载没有立刻随着电机运动，此时也会出现报警。只要加大润滑油量，即可消除报警。

6、检查负载是否过大此时需观察操作面板卜驱动服务菜单，不加工工件时，电机的电流值一般是额定电流的4%左右，加TT件时，电机的电流值在19%左右。如若电机的电流值达到21%时，则会市即出现25050报警，此时应及时查找原因。由于负载加大，电机转动而负载跟随不上便发生了报警。因此，重新调整机械，降低加工工件时电机的电流值，即可消除报警。

7、维修实例一台欧马机电股份有限公司生产配有西门子840D系统的MV一610立式加工中心，进给轴x轴出现25050报警。在手动方式下开x轴，机床屏幕上显示x轴进给1～2mm后出现25050报警，屏幕上X轴进给的1—2mm，有退回到开始没有开x轴时的数值。调出机床轴驱动服务菜单，观察x轴的平滑电流值，发现电流变化很小。在10%左右，排除了机械原因。报警出现后，在电柜观察x轴驱动器，x轴驱动器也没有报警，这说明x轴电机的给定一直存在。在调整MD36400，MD32300和MD32200后，进给x轴报警仍存在。用数字万用表测量x轴电机时，发现x轴电机有接地现象，处理完x轴电机接地情况后，进给x轴机床正常运行，报警消失。

8、一台交大昆机科技股份有限公司生产的TK6913A镗床，配有西门子840D系统，在运行进给轴y轴时出现25050报警。从驱动服务菜单观察，y轴进给时的平滑电流值很大，机械人员检查后发现，y轴丝杠支承座上的锁紧螺母有断裂现象，处理完后进给Y轴，报警消失。当润滑状况不好，负载导轨上润滑油不足时，静态摩擦造成负载没有立刻随着电机走，此时也会出现此报警。出现25050报警时，只需按复位键即可消除。

9、一台810D的加工中心，X轴一动即报：25050轮廓临控，由于是人家转手过来修的，他们确认是CCU盒（驱动）坏了，我接手后，经检查驱动并没有发现问题，要求去现场处理，装机确实是报25050，我把电机线拆下，想测下对地电阻，不经意间发现有一相绕组没有电阻，可能是电机坏或电机线断了，后拆下电机侧接头测量，确认是电机线坏，更换后故障排除。3

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学