数控机床龙门坐标同步研究

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一、 前言
% S/ ^2 v) d0 b& `* s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
- {7 z* V/ V! n. _" D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。
% Q$ ^, K7 v% b% q& i% ~$ w5 K+ T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。
/ S( d" H: g7 @4 t  a" X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。
四、硬件组织和同步定义
! K2 \5 q9 f) a0 p' 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。
: W7 T0 a; y( b! ?& S
* p- d) Q/ n2 s4．1关键词含义：
+ g; C5 m% A. h7 v- K* y- k①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
9 n$ o) f$ O. \2 g) A% @: G$ \# H+ ?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
- G5 V  B" D% V3 I3 t" H3 j7 `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。
/ E3 u! X% @" D7 |/ F1 w8 W9 b  r4．2坐标定义
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
同步轴组不能包含主轴
从动轴不能是定位轴
$ ]" {( v7 |$ ?- ~1 ]( m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
; z; {# s8 E4 K4．3同步组实际坐标值误差监控
! S! V. ~5 o' p0 f同步轴警示限制
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
4 ^. U. t% O$ w, B' j; o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。
5．2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。
六、与同步相关的机床资料
6．1
MD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE
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：

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：
* d! a0 ?7 x6 M' C' ]8 x0        没有同步轴
* l: q7 _! d: K8 N# y6 }1 }9 N+ j8 V9 e* X1        同步轴组1中的主动轴
! e& v4 ?8 O. n) A1 P( b11        同步轴组1中的从动轴
2         同步轴组2中的主动轴
12        同步轴组2中的从动轴
3 Z0 u' f( l2 d9 Z# L- |; x3         同步轴组3中的主动轴
13        同步轴组3中的从动轴
6．2
* e/ ~( ^* t& gMD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR
; P7 L  g$ ?* x6 U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
7．1NC控制坐标轴的信号描述
3 k4 t0 e1 |1 F0 |2 o+ g/ D1．开始同步组信号DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
; U8 Q- e2 H& ?% D+ v, j8 J- K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。
1 u# z+ F" W, S/ L2．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。
7．2来自坐标轴的信号描述
0 c- B0 D" R# D  M' f1．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。
) S4 ^8 z* H9 e! Z. c7 d% _7 B2．同步警示极限DB 31, ... DBX101.3; Gantry warning limit exceeded
; K2 z7 H% }1 a) t; ~) @; R同上。
2 @( g' o0 C. q  Z/ ]$ d/ o1 j3．同步轴同步开始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
- R% D- P0 H4 ^9 O4．同步轴组正在同步DB 31, ... DBX101.5; Gantry grouping is synchronized
3 O) [- b$ _4 ~8 f, l8 J4 H) i- ]/ t. v具体坐标同步信号如下表：
! Y/ q- p5 B& s3 |) f9 ?DB号
位
内容
通用信号
, L2 A0 ~8 u& W, ~) I2 \4 T11－14
5.2
启动机床REF功能
信道信号
/ u/ ~) U, }( T& R2 R* O21－28
8 e% l6 M, T8 F3 R8 G! m# A33.0
% w" {1 }' X) m( p参考点启动
坐标信号
% k3 p9 F* R; u/ ^- u31, ... ;
60.4，60.5
同步参考点
31, ... ;
29.4
7 x% v( A3 d# B* q开始同步信号
' p9 x8 T1 `5 w31, ... ;
6 |/ a7 F$ u$ _" K29.5
没有自动同步
31, ... ;
$ ?0 X3 [6 g( y* h, D' k. C- W$ R  ~101.2
8 }& u$ O0 C& C* x4 k# |8 n0 A- A. t同步行程极限
- Z' x+ X" C+ V+ i! N31, ... ;
101.3
同步警示极限
0 o7 Z- ?) e8 a4 `+ z4 t31, ... ;
101.4
: Y5 f2 r9 g0 g2 w- |8 ]+ n, g! q5 r同步准备好
( G; U5 s/ e* [( K* Y31, ... ;
& d. I* q! i- l: A+ N101.5
3 Y& @: T& G1 _  I同步组已同步
% x: C  ~8 R2 t31, ... ;
5 u+ p' s, ]2 b101.6
& |7 ^$ l0 V" a0 x1 Q1 \9 j- I同步组轴准备好
: ~! T' }* `( ?( F( |6 e8 _* ?/ h八、建立一个同步轴组
! G  z" }& ^2 m' o* l+ d群组定义：坐标1＝主动轴      采用增量测量回馈循环
* ]; W0 E) w( M6 W- l  Y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

第二步：设置NCK PLC接口信号
PLC程序的设置：
axis1 设置：
% }% K" p; C5 c- s8 E, d7 nDB31, ... ; DBX 29.4 = 0
  R6 y5 i; _7 z- VDB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
0 _4 H$ }0 Z5 Y# J2 q2 ?DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
机床准备好信号设置：
DB31, ... ; DBB101
第三步：设定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
0 ^0 y* K# v- B/ U2 C9 k) H+ k/ {37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 为坐标的最大值
& g, z, E9 H. B# k; ]* L参考点设置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
& }$ C8 n6 X: _" L( x  n此坐标数据的大小及关联如下：
0 X* H) t/ W. O/ B2 ~第四步：设置完成，调整机床参数匹配。
8 |1 b; k" Q" i. b1 }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。
& G6 j4 l3 F4 ]  F- H) c文章关键词： 数控机床