数控机床龙门坐标同步研究

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一、 前言
由于机床本身结构的需要，保证机床的整体刚性以及长导轨的稳定性，因此对于同一个坐标采用同步电机驱动，是当今机床厂普遍采用的方法。有助于提高伺服系统的刚性，克服单丝杠引起的位置偏差，避免弹性变形，确保机床的高精度。
4 N$ M6 s3 _9 s* @0 k' F% y: `7 K二、功能简介
同步轴功能一般用在2个或多个机械连接的机床坐标，该坐标没有机械偏移；在编程的基础上，定义一个同步的坐标。
同步移动时，系统检测位置的当前值，是否在系统设定的误差范围之内。当同步附属轴偏离主动轴位置范围之外的话，系统会停止所有的坐标移动，有效防止由于不同步对机床机械部分进行的损坏。
8 G' Z: u, V3 {同步轴功能的目的是为了严格检测坐标在导轨上的移动精度。
三、 应用
同步轴功能用于大型龙门铣床的龙门同步功能，每一边都由自己本身的位置测量循环系统。由于机械硬件连接需要，两个驱动必须绝对同步，已保证机械应力变形。一个同步组由一个主导轴和最多2个从动轴组成。
# l# V9 t# i5 t* B5 E/ s6 i' P. c四、硬件组织和同步定义
大型数控龙门铣床是由多个坐标单元组成（见下图）。每个坐标驱动都是单独的驱动系统，有自己的测量循环，组成一个完整的坐标系统。当机械坐标移动时，如图两组坐标X和X1，Z和Z1必须保证完全同步，否则会对机械部件造成损害。

4．1关键词含义：
+ Z7 P4 c# _- D①同步轴组
同步轴组由至少一对坐标组成，包含一个主动轴和一个从动轴，这些轴都为机械连接。移动时必须同时由NC控制移动。所不同的是两个坐标位置检测系统都是单独的。
②主动轴
# a  R/ l  S- I# h# y主动轴是NC控制的普通的机械坐标，可对其进行零件编程的直线或旋转轴。轴名是由同步组进行定义的。
③从动轴
. Z/ k! n& A5 t, \! V" e从东轴也是由NC进行控制，但它总是随着主动轴的移动进行移动。轴名也是由同步组进行定义的。
7 h6 f) h+ r) Y9 Q$ q; P4．2坐标定义
- R& h- ]3 D; Y) }% T+ A9 W8 {坐标定义是由机床数据GANTRY_AXIS_TYPE来定义的:定义坐标是否属于同步组内，以及是主动轴还是从动轴。每组同步轴组都是由一个主动轴，和最多2个从动轴组成。
- @" y9 ^: n$ |1 K) r$ d4．3同步轴组的条件
同步轴组不能包含主轴
从动轴不能是定位轴
' F4 Q0 a: [6 V) T- t从动轴不能是另外一个同步轴组的轴名
8 |& C2 m# @! f$ u同步轴组的坐标，每个坐标诸如匹配速度，加速度和动态响应时间等必须一致
5 C$ u0 m- [! f  X" h3 ]4．3同步组实际坐标值误差监控
% G' ~% Z8 _2 ]7 b同步轴警示限制
; d# ^% ^, T+ a6 C) v+ j主动轴与从动轴超出警示范围，NC系统输出报警信息：超出极限范围。同时PLC输出信号，使机床停止自动运行。
同步轴行程限制
同步轴组超出行程范围。
五、同步轴的参考点和同步设定
5．1主动轴的参考点设置方法
9 ~, h8 s2 u) i: v坐标的参考点设定由PLC的DB块进行，要根据坐标驱动类型，进行PLC的指定回参考点编程。启动该功能。启动方法为将PLC“Activate referencing” = 1 和“Active machine function REF” = 1） “Traversing key +/–” （DB31, ... ; DBX4.7/4.6）设置为1。
$ ^0 F6 S! W( u2 \7 s+ F5．2从动轴的参考点设置方法
当主动轴回参考点完成后，从动轴将自动回参考点。从动轴的参考点是由主动轴决定的。不能单独进行从动轴的回参考电动作。
5．3回参考点后同步轴组将根据NC编程要求自动运行。
! H% {0 y4 x0 ?7 e9 q六、与同步相关的机床资料
6．1
5 T; v5 E3 l9 t1 T3 ?# xMD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE
# N  \/ I; X+ |0 i该机床数据是用来定义2组同步基本特性：该坐标是否属于同步组内坐标，是哪一个坐标（主动轴或从动轴）。具体位设置如下图：
. P. J1 {# l; \% R
: F: j- |' j0 Y对于840D系统，可以配置最多3个同步组。一个同步组必须要由一个主动轴和最少一个从动轴组成。同组的轴不能再重复使用，如果定义错误，控制系统将输出“INCORRECT GANTRY MACHINE DATA”信息，提示机床同步组配置错误。
该配置举例如下：
2 d0 E0 t) E  N. H2 B$ S: R0        没有同步轴
1        同步轴组1中的主动轴
2 B1 }) R  g: |) G" k$ C2 \, U3 x11        同步轴组1中的从动轴
5 F- O1 G; C! N% O: V2         同步轴组2中的主动轴
6 _) v" B0 L/ r2 ~  w% f12        同步轴组2中的从动轴
9 J4 ?$ w( t4 [# m2 k$ j3         同步轴组3中的主动轴
3 Y) F, [9 ^7 u; t2 c3 q8 o13        同步轴组3中的从动轴
6 @8 i: J# p5 A' `- W+ c6．2
MD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR
) F8 z- B: H5 `6 e7 @; @这两个数据是为机床同步服务，保证机床坐标的正常同步精度，以完成机床的同步运动，并相关的输出信息以提示是否超出机床同步的范围。
定义这些数据后，机床同步就可以试运行。
3 R: D+ {" [0 P5 y4 E七、同步轴信号描述
% a9 M( n& d, v+ S  @& V: M7 {7．1NC控制坐标轴的信号描述
1．开始同步组信号DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
, U; Z4 h# v- F8 t: C使机床同步开始运行，并保证同步误差在允许范围之内，否则此信号置0。
2．开始自动同步组信号DB 31, ... DBX29.5 ; Start automatic synchronization
5 d# w7 H% F$ M' N+ ^% G开始自动运行同步组，与上个信号同类。
3 p7 L  |* [! N+ j/ r; P" Y7．2来自坐标轴的信号描述
1．同步移动误差极限DB 31, ... DBX101.2 ; Gantry trip limit exceeded
系统发出的是否同步信号。由PLC接受并处理。
2．同步警示极限DB 31, ... DBX101.3; Gantry warning limit exceeded
1 @$ e" I4 j  `$ Z, l0 q% ?# A同上。
3．同步轴同步开始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
: E3 _- f9 |1 G4．同步轴组正在同步DB 31, ... DBX101.5; Gantry grouping is synchronized
( P1 ~. h  N9 l, u具体坐标同步信号如下表：
7 K* T- X7 ^/ t7 K# c& ~. ^DB号
$ ^4 X3 z/ ~  i4 w位
内容
: F- T; l% k, b; D/ V2 `( z通用信号
' i$ @9 t8 `4 g: ?11－14
5.2
* z$ ~. H7 d$ G& X9 m$ f启动机床REF功能
; C# j  B1 K0 B! E) k/ W信道信号
21－28
33.0
参考点启动
: U; D3 F1 [" \" T; i坐标信号
/ c3 [  w% x1 T% Z' u' `* H31, ... ;
60.4，60.5
1 b6 A$ @( t+ q( d- V, K同步参考点
2 N& S3 l6 r4 k# g31, ... ;
* U) g- R4 h2 f1 ~! U4 r  `: ^; k29.4
开始同步信号
1 u5 X7 B( z) l& ~31, ... ;
( w( b) k; W) ~9 b, u3 E  E& K+ x+ h! x29.5
! V$ ^9 x" ~" G! o, e" j  z- {' C9 L) t没有自动同步
* ^( S, _. Y$ h. o- V31, ... ;
101.2
同步行程极限
1 m' {! w9 _4 W# a  |31, ... ;
101.3
0 i( U& o$ H( {同步警示极限
31, ... ;
9 _: t. h% ^6 c' T/ n, T" m# @* [101.4
: D& C% M% Q7 N" B. J& C1 B同步准备好
31, ... ;
& B' b6 O$ b3 d2 C  x; _# q& p101.5
) {; a0 f  c  e$ s同步组已同步
31, ... ;
( t9 u1 t5 I& I% J5 v( p* _0 ?% l  C. T101.6
% D  L8 n  Q& I0 z/ ?同步组轴准备好
八、建立一个同步轴组
# T' |4 c. k5 J6 b( [群组定义：坐标1＝主动轴      采用增量测量回馈循环
  i8 ~$ d$ U/ f+ m坐标3＝从动轴      采用增量测量回馈循环
第一步：修改以下机床数据
6 l( n/ r0 N. b
第二步：设置NCK PLC接口信号
2 O/ e6 I' T" x- oPLC程序的设置：
$ T4 L$ Q: n4 d5 xaxis1 设置：
4 `" [/ ^4 a; ?% C4 VDB31, ... ; DBX 29.4 = 0
# ^' w; i0 W6 N. f9 f8 v. uDB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
8 q8 V. m! }( x! g, P! sDB31, ... ; DBX 29.4 = 0
机床准备好信号设置：
' O  b# t4 Z; [$ v8 Z) K5 jDB31, ... ; DBB101
第三步：设定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 为坐标的最大值
参考点设置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
此坐标数据的大小及关联如下：
第四步：设置完成，调整机床参数匹配。
九、结束语
( D" }7 f& r4 ?机床坐标同步是实际应用中实用的基础技术，要根据所采用的机床刚性和结构，采用不同的配置，才能达到所要达到的机床精度要求。
1 l$ w8 v6 [6 k4 t  ^/ k( L文章关键词： 数控机床