數(shù)控機(jī)床龍門坐標(biāo)同步研究

本文簡(jiǎn)要介紹了采用SINUMERIK 840D系統(tǒng)及其SIMODRIVE 611D伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床同步軸的實(shí)施方案和調(diào)試方法。
關(guān)鍵詞：同步軸；主導(dǎo)軸；跟隨軸；數(shù)據(jù)塊；參考點(diǎn)

一、 前言

由于機(jī)床本身結(jié)構(gòu)的需要，保證機(jī)床的整體剛性以及長(zhǎng)導(dǎo)軌的穩(wěn)定性，因此對(duì)于同一個(gè)坐標(biāo)采用同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，是當(dāng)今機(jī)床廠普遍采用的方法。有助于提高伺服系統(tǒng)的剛性，克服單絲杠引起的位置偏差，避免彈性變形，確保機(jī)床的高精度。

二、功能簡(jiǎn)介

同步軸功能一般用在2個(gè)或多個(gè)機(jī)械連接的機(jī)床坐標(biāo)，該坐標(biāo)沒有機(jī)械偏移；在編程的基礎(chǔ)上，定義一個(gè)同步的坐標(biāo)。

同步移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)位置的當(dāng)前值，是否在系統(tǒng)設(shè)定的誤差范圍之內(nèi)。當(dāng)同步附屬軸偏離主動(dòng)軸位置范圍之外的話，系統(tǒng)會(huì)停止所有的坐標(biāo)移動(dòng)，有效防止由于不同步對(duì)機(jī)床機(jī)械部分進(jìn)行的損壞。

同步軸功能的目的是為了嚴(yán)格檢測(cè)坐標(biāo)在導(dǎo)軌上的移動(dòng)精度。

三、 應(yīng)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(cè)量循環(huán)系統(tǒng)。由于機(jī)械硬件連接需要，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)必須絕對(duì)同步，已保證機(jī)械應(yīng)力變形。一個(gè)同步組由一個(gè)主導(dǎo)軸和最多2個(gè)從動(dòng)軸組成。

四、硬件組織和同步定義

大型數(shù)控龍門銑床是由多個(gè)坐標(biāo)單元組成（見下圖）。每個(gè)坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)都是單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有自己的測(cè)量循環(huán)，組成一個(gè)完整的坐標(biāo)系統(tǒng)。當(dāng)機(jī)械坐標(biāo)移動(dòng)時(shí)，如圖兩組坐標(biāo)X和X1，Z和Z1必須保證完全同步，否則會(huì)對(duì)機(jī)械部件造成損害。

?

4．1關(guān)鍵詞含義：

①同步軸組

同步軸組由至少一對(duì)坐標(biāo)組成，包含一個(gè)主動(dòng)軸和一個(gè)從動(dòng)軸，這些軸都為機(jī)械連接。移動(dòng)時(shí)必須同時(shí)由NC控制移動(dòng)。所不同的是兩個(gè)坐標(biāo)位置檢測(cè)系統(tǒng)都是單獨(dú)的。

②主動(dòng)軸

主動(dòng)軸是NC控制的普通的機(jī)械坐標(biāo)，可對(duì)其進(jìn)行零件編程的直線或旋轉(zhuǎn)軸。軸名是由同步組進(jìn)行定義的。

③從動(dòng)軸

從東軸也是由NC進(jìn)行控制，但它總是隨著主動(dòng)軸的移動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)。軸名也是由同步組進(jìn)行定義的。

4．2坐標(biāo)定義

坐標(biāo)定義是由機(jī)床數(shù)據(jù)GANTRY_AXIS_TYPE來定義的:定義坐標(biāo)是否屬于同步組內(nèi)，以及是主動(dòng)軸還是從動(dòng)軸。每組同步軸組都是由一個(gè)主動(dòng)軸，和最多2個(gè)從動(dòng)軸組成。

4．3同步軸組的條件

同步軸組不能包含主軸
從動(dòng)軸不能是定位軸
從動(dòng)軸不能是另外一個(gè)同步軸組的軸名
同步軸組的坐標(biāo)，每個(gè)坐標(biāo)諸如匹配速度，加速度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間等必須一致

4．3同步組實(shí)際坐標(biāo)值誤差監(jiān)控

同步軸警示限制

主動(dòng)軸與從動(dòng)軸超出警示范圍，NC系統(tǒng)輸出報(bào)警信息：超出極限范圍。同時(shí)PLC輸出信號(hào)，使機(jī)床停止自動(dòng)運(yùn)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(diǎn)和同步設(shè)定

5．1主動(dòng)軸的參考點(diǎn)設(shè)置方法

坐標(biāo)的參考點(diǎn)設(shè)定由PLC的DB塊進(jìn)行，要根據(jù)坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)類型，進(jìn)行PLC的指定回參考點(diǎn)編程。啟動(dòng)該功能。啟動(dòng)方法為將PLC“Activate referencing” = 1 和“Active machine function REF” = 1） “Traversing key +/–” （DB31, ... ; DBX4.7/4.6）設(shè)置為1。

5．2從動(dòng)軸的參考點(diǎn)設(shè)置方法

當(dāng)主動(dòng)軸回參考點(diǎn)完成后，從動(dòng)軸將自動(dòng)回參考點(diǎn)。從動(dòng)軸的參考點(diǎn)是由主動(dòng)軸決定的。不能單獨(dú)進(jìn)行從動(dòng)軸的回參考電動(dòng)作。

5．3回參考點(diǎn)后同步軸組將根據(jù)NC編程要求自動(dòng)運(yùn)行。

六、與同步相關(guān)的機(jī)床資料

6．1 MD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE

該機(jī)床數(shù)據(jù)是用來定義2組同步基本特性：該坐標(biāo)是否屬于同步組內(nèi)坐標(biāo)，是哪一個(gè)坐標(biāo)（主動(dòng)軸或從動(dòng)軸）。具體位設(shè)置如下圖：

?

對(duì)于840D系統(tǒng)，可以配置最多3個(gè)同步組。一個(gè)同步組必須要由一個(gè)主動(dòng)軸和最少一個(gè)從動(dòng)軸組成。同組的軸不能再重復(fù)使用，如果定義錯(cuò)誤，控制系統(tǒng)將輸出“INCORRECT GANTRY MACHINE DATA”信息，提示機(jī)床同步組配置錯(cuò)誤。
該配置舉例如下：

0沒有同步軸
1同步軸組1中的主動(dòng)軸
11同步軸組1中的從動(dòng)軸
2 同步軸組2中的主動(dòng)軸
12同步軸組2中的從動(dòng)軸
3 同步軸組3中的主動(dòng)軸
13同步軸組3中的從動(dòng)軸

6．2

MD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR

這兩個(gè)數(shù)據(jù)是為機(jī)床同步服務(wù)，保證機(jī)床坐標(biāo)的正常同步精度，以完成機(jī)床的同步運(yùn)動(dòng)，并相關(guān)的輸出信息以提示是否超出機(jī)床同步的范圍。

定義這些數(shù)據(jù)后，機(jī)床同步就可以試運(yùn)行。

七、同步軸信號(hào)描述

7．1NC控制坐標(biāo)軸的信號(hào)描述

1．開始同步組信號(hào)DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
使機(jī)床同步開始運(yùn)行，并保證同步誤差在允許范圍之內(nèi)，否則此信號(hào)置0。

2．開始自動(dòng)同步組信號(hào)DB 31, ... DBX29.5 ; Start automatic synchronization
開始自動(dòng)運(yùn)行同步組，與上個(gè)信號(hào)同類。

7．2來自坐標(biāo)軸的信號(hào)描述

1．同步移動(dòng)誤差極限D(zhuǎn)B 31, ... DBX101.2 ; Gantry trip limit exceeded
系統(tǒng)發(fā)出的是否同步信號(hào)。由PLC接受并處理。
2．同步警示極限D(zhuǎn)B 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(biāo)同步信號(hào)如下表：

?

八、建立一個(gè)同步軸組

群組定義：坐標(biāo)1＝主動(dòng)軸 采用增量測(cè)量回饋循環(huán)
坐標(biāo)3＝從動(dòng)軸 采用增量測(cè)量回饋循環(huán)

第一步：修改以下機(jī)床數(shù)據(jù)

?

第二步：設(shè)置NCK PLC接口信號(hào)

PLC程序的設(shè)置：
axis1 設(shè)置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
DB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
機(jī)床準(zhǔn)備好信號(hào)設(shè)置：
DB31, ... ; DBB101

第三步：設(shè)定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 為坐標(biāo)的最大值
參考點(diǎn)設(shè)置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
此坐標(biāo)數(shù)據(jù)的大小及關(guān)聯(lián)如下：

第四步：設(shè)置完成，調(diào)整機(jī)床參數(shù)匹配。

九、結(jié)束語

機(jī)床坐標(biāo)同步是實(shí)際應(yīng)用中實(shí)用的基礎(chǔ)技術(shù)，要根據(jù)所采用的機(jī)床剛性和結(jié)構(gòu)，采用不同的配置，才能達(dá)到所要達(dá)到的機(jī)床精度要求。