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。
二、功能简介
5 `- K% H: I4 i# s9 v5 _) R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。
+ r9 W$ a* ~4 j% X! R& l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。
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。
6 S- \5 |7 G( D' Q8 \9 \( O9 C四、硬件组织和同步定义
% ~6 o8 W" T, s" N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：
①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。
: x8 Z6 B! ^4 R/ S②主动轴
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。
/ e4 p) r% Z3 \1 ^+ y. d" Y③从动轴
9 e  u5 {1 k+ D0 _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。
4．2坐标定义
2 Q3 ?% F  c- {* w9 D, z  k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。
4．3同步轴组的条件
; B+ \) q* n6 P0 ^4 X同步轴组不能包含主轴
  j( B" g) M3 n从动轴不能是定位轴
从动轴不能是另外一个同步轴组的轴名
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
4．3同步组实际坐标值误差监控
1 r1 B, M0 b  v+ M+ z) U% b同步轴警示限制
- M& f  ?8 y  ^2 r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。
/ z9 ]8 `4 P. q2 M9 `% Z! C8 A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
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。
: X9 r/ T7 N: h& x0 c" A7 k9 H% C5．2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。
- A: K$ v! Z$ v$ m7 ?  T1 ^* H5．3回参考点后同步轴组将根据NC编程要求自动运行。
六、与同步相关的机床资料
- c0 m* m: ?3 u4 s! _3 @0 b6．1
0 m, y, C/ h2 `6 T- {# \: NMD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE
8 q; X" C: N2 j5 p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：
) _" s) ^. |7 H. c0 i  h  _1 f
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：
( `- a: J! T) Y) _1 b8 G$ u0        没有同步轴
1        同步轴组1中的主动轴
9 {9 L0 b. q/ E3 _( j/ H  L11        同步轴组1中的从动轴
2         同步轴组2中的主动轴
# S( c7 q7 r) ]; q2 m12        同步轴组2中的从动轴
3         同步轴组3中的主动轴
13        同步轴组3中的从动轴
& D4 @7 U: i6 [% Z. J6．2
MD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR
6 y  ]& A$ z  |3 p. b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。
七、同步轴信号描述
( R+ D! g! W6 z2 [" T- n7．1NC控制坐标轴的信号描述
8 T3 t! O% |  b: F2 t) r$ [1．开始同步组信号DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
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。
  |$ j" l% S5 {5 }( v3 i) P' q4 |2．开始自动同步组信号DB 31, ... DBX29.5 ; Start automatic synchronization
开始自动运行同步组，与上个信号同类。
5 m! i: k( O/ ^$ E" |/ t2 \7．2来自坐标轴的信号描述
$ Q- f7 x- J; C8 Q1．同步移动误差极限DB 31, ... DBX101.2 ; Gantry trip limit exceeded
( _; J# P; o4 G系统发出的是否同步信号。由PLC接受并处理。
. Z, D" N) s6 A- s% W" x2．同步警示极限DB 31, ... DBX101.3; Gantry warning limit exceeded
同上。
5 M# B; M. H7 h7 @  R3．同步轴同步开始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
" [/ [  z/ U: V3 b! C4．同步轴组正在同步DB 31, ... DBX101.5; Gantry grouping is synchronized
具体坐标同步信号如下表：
DB号
, [6 S7 J. ]: i. M位
; K4 X6 n9 M. p2 }内容
  `3 X! @* x2 ~0 J+ d通用信号
2 w2 t8 ]* z/ u3 M1 x  p; A11－14
& L( b2 E$ e9 F, H2 Q/ r8 g5.2
3 B/ @; X8 _: J启动机床REF功能
: f6 W& C$ m) |信道信号
4 Q' l7 ]: U: Y, ]5 m! P21－28
0 T( ^# y( [. j8 ~% u1 y33.0
7 s: d6 x* o$ A参考点启动
坐标信号
7 m* ]+ g  o6 c  b( C3 L' Q31, ... ;
60.4，60.5
9 ?6 R0 K( m% _, K4 `同步参考点
31, ... ;
! A7 w5 e$ x* H7 Y6 b$ |29.4
+ S2 z" o0 E; v4 R! U! I! H开始同步信号
31, ... ;
29.5
没有自动同步
7 P5 @0 ~3 y4 S! e. f% o31, ... ;
101.2
同步行程极限
31, ... ;
0 ^' q3 {4 [% T* B2 D101.3
同步警示极限
4 ~1 \  Y' I, u9 r( n' F31, ... ;
101.4
同步准备好
31, ... ;
# G5 }! P/ ?5 L9 f. H0 g101.5
同步组已同步
. X3 r4 G/ C2 L! F8 ?* Z- U0 u+ S. D1 ?31, ... ;
+ l" u1 ~% c% h- Y: f( C1 N101.6
同步组轴准备好
八、建立一个同步轴组
9 J$ i; y9 X5 g" ~群组定义：坐标1＝主动轴      采用增量测量回馈循环
坐标3＝从动轴      采用增量测量回馈循环
6 s3 M# w' E# p0 f) W- ~第一步：修改以下机床数据

* G* y8 `/ d) o$ Y" {) P9 K2 V$ I1 u第二步：设置NCK PLC接口信号
7 I7 `0 \. z9 \! k+ I& m+ ]6 BPLC程序的设置：
axis1 设置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
DB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
机床准备好信号设置：
DB31, ... ; DBB101
+ ?+ F+ m& p, P+ O第三步：设定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
4 X& a9 b! A1 e" i37120: 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。
5 a7 A' q- M8 @7 c九、结束语
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。
文章关键词： 数控机床