數控機床龍門坐標同步研究

本文簡要介紹了采用SINUMERIK 840D系統及其SIMODRIVE 611D伺服驅動系統的數控機床同步軸的實施方案和調試方法。
關鍵詞：同步軸；主導軸；跟隨軸；數據塊；參考點

一、 前言

由于機床本身結構的需要，保證機床的整體剛性以及長導軌的穩定性，因此對于同一個坐標采用同步電機驅動，是當今機床廠普遍采用的方法。有助于提高伺服系統的剛性，克服單絲杠引起的位置偏差，避免彈性變形，確保機床的高精度。

二、功能簡介

同步軸功能一般用在2個或多個機械連接的機床坐標，該坐標沒有機械偏移；在編程的基礎上，定義一個同步的坐標。

同步移動時，系統檢測位置的當前值，是否在系統設定的誤差范圍之內。當同步附屬軸偏離主動軸位置范圍之外的話，系統會停止所有的坐標移動，有效防止由于不同步對機床機械部分進行的損壞。

同步軸功能的目的是為了嚴格檢測坐標在導軌上的移動精度。

三、 應用

同步軸功能用于大型龍門銑床的龍門同步功能，每一邊都由自己本身的位置測量循環系統。由于機械硬件連接需要，兩個驅動必須絕對同步，已保證機械應力變形。一個同步組由一個主導軸和最多2個從動軸組成。

四、硬件組織和同步定義

大型數控龍門銑床是由多個坐標單元組成（見下圖）。每個坐標驅動都是單獨的驅動系統，有自己的測量循環，組成一個完整的坐標系統。當機械坐標移動時，如圖兩組坐標X和X1，Z和Z1必須保證完全同步，否則會對機械部件造成損害。

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4．1關鍵詞含義：

①同步軸組

同步軸組由至少一對坐標組成，包含一個主動軸和一個從動軸，這些軸都為機械連接。移動時必須同時由NC控制移動。所不同的是兩個坐標位置檢測系統都是單獨的。

②主動軸

主動軸是NC控制的普通的機械坐標，可對其進行零件編程的直線或旋轉軸。軸名是由同步組進行定義的。

③從動軸

從東軸也是由NC進行控制，但它總是隨著主動軸的移動進行移動。軸名也是由同步組進行定義的。

4．2坐標定義

坐標定義是由機床數據GANTRY_AXIS_TYPE來定義的:定義坐標是否屬于同步組內，以及是主動軸還是從動軸。每組同步軸組都是由一個主動軸，和最多2個從動軸組成。

4．3同步軸組的條件

同步軸組不能包含主軸
從動軸不能是定位軸
從動軸不能是另外一個同步軸組的軸名
同步軸組的坐標，每個坐標諸如匹配速度，加速度和動態響應時間等必須一致

4．3同步組實際坐標值誤差監控

同步軸警示限制

主動軸與從動軸超出警示范圍，NC系統輸出報警信息：超出極限范圍。同時PLC輸出信號，使機床停止自動運行。

同步軸行程限制

同步軸組超出行程范圍。

五、同步軸的參考點和同步設定

5．1主動軸的參考點設置方法

坐標的參考點設定由PLC的DB塊進行，要根據坐標驅動類型，進行PLC的指定回參考點編程。啟動該功能。啟動方法為將PLC“Activate referencing” = 1 和“Active machine function REF” = 1） “Traversing key +/–” （DB31, ... ; DBX4.7/4.6）設置為1。

5．2從動軸的參考點設置方法

當主動軸回參考點完成后，從動軸將自動回參考點。從動軸的參考點是由主動軸決定的。不能單獨進行從動軸的回參考電動作。

5．3回參考點后同步軸組將根據NC編程要求自動運行。

六、與同步相關的機床資料

6．1 MD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE

該機床數據是用來定義2組同步基本特性：該坐標是否屬于同步組內坐標，是哪一個坐標（主動軸或從動軸）。具體位設置如下圖：

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對于840D系統，可以配置最多3個同步組。一個同步組必須要由一個主動軸和最少一個從動軸組成。同組的軸不能再重復使用，如果定義錯誤，控制系統將輸出“INCORRECT GANTRY MACHINE DATA”信息，提示機床同步組配置錯誤。
該配置舉例如下：

0沒有同步軸
1同步軸組1中的主動軸
11同步軸組1中的從動軸
2 同步軸組2中的主動軸
12同步軸組2中的從動軸
3 同步軸組3中的主動軸
13同步軸組3中的從動軸

6．2

MD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR

這兩個數據是為機床同步服務，保證機床坐標的正常同步精度，以完成機床的同步運動，并相關的輸出信息以提示是否超出機床同步的范圍。

定義這些數據后，機床同步就可以試運行。

七、同步軸信號描述

7．1NC控制坐標軸的信號描述

1．開始同步組信號DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
使機床同步開始運行，并保證同步誤差在允許范圍之內，否則此信號置0。

2．開始自動同步組信號DB 31, ... DBX29.5 ; Start automatic synchronization
開始自動運行同步組，與上個信號同類。

7．2來自坐標軸的信號描述

1．同步移動誤差極限DB 31, ... DBX101.2 ; Gantry trip limit exceeded
系統發出的是否同步信號。由PLC接受并處理。
2．同步警示極限DB 31, ... DBX101.3; Gantry warning limit exceeded
同上。
3．同步軸同步開始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
4．同步軸組正在同步DB 31, ... DBX101.5; Gantry grouping is synchronized

具體坐標同步信號如下表：

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八、建立一個同步軸組

群組定義：坐標1＝主動軸 采用增量測量回饋循環
坐標3＝從動軸 采用增量測量回饋循環

第一步：修改以下機床數據

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第二步：設置NCK PLC接口信號

PLC程序的設置：
axis1 設置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
DB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
機床準備好信號設置：
DB31, ... ; DBB101

第三步：設定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 為坐標的最大值
參考點設置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
此坐標數據的大小及關聯如下：

第四步：設置完成，調整機床參數匹配。

九、結束語

機床坐標同步是實際應用中實用的基礎技術，要根據所采用的機床剛性和結構，采用不同的配置，才能達到所要達到的機床精度要求。