数控机床龙门坐标同步研究

gjjyzx

一、 前言
/ j9 T9 S3 m: P( `% ~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
8 n4 ]3 Y+ M1 Z6 D8 o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。
, o7 t& B% ?% w2 M9 X* n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。
% E% g2 g) w2 l2 _1 v1 G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。
5 f% ]! X! ~# w3 |+ D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。
1 G& U* A% c" e7 {* G. N% o四、硬件组织和同步定义
, h( @: [% j0 s4 t* d& W' F7 W+ P( _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。
% x8 H* q0 h! T2 J7 H
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。
②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。
③从动轴
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
% Q- c3 {% a* x- ?8 e" B8 o$ ]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
, w9 y  n8 G8 @6 W- Q' I( `2 {同步轴组不能包含主轴
& B: _* U+ t* z从动轴不能是定位轴
% S' D! |: X* @1 o- k, ?从动轴不能是另外一个同步轴组的轴名
5 }) _) V- c8 k1 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
4．3同步组实际坐标值误差监控
同步轴警示限制
9 y' W3 e7 F7 c& a9 e% h" O! \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。
" H2 i1 l4 \5 x1 L/ R0 W/ J2 r同步轴行程限制
同步轴组超出行程范围。
7 H' M1 {" H+ s, e五、同步轴的参考点和同步设定
8 Y! L; e: ?( J5．1主动轴的参考点设置方法
+ q# [% R% 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。
5．2从动轴的参考点设置方法
. Z3 j+ u& B6 J1 Q8 |3 _* y$ E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。
9 }1 R1 s$ f6 i( b' [/ s9 w- p: u5．3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：
) g3 ]- D) t) g. P7 i
3 J0 w" \5 R, |# b, M5 T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。
/ }) O. l& C# C, |9 B该配置举例如下：
8 b) z( I/ K& Z0        没有同步轴
1        同步轴组1中的主动轴
11        同步轴组1中的从动轴
) F& g$ a! h0 D' w- E/ j2         同步轴组2中的主动轴
  T. Z  G" [, n4 n2 A8 B! p12        同步轴组2中的从动轴
3         同步轴组3中的主动轴
5 ?$ j! k; [8 z8 a& c2 s13        同步轴组3中的从动轴
6．2
MD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR
3 s$ T( ~, Q. u3 v" T& C: t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。
/ R3 t. B7 m( Z- D- F, j: j, w7 w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
1．开始同步组信号DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
3 O! {5 E4 T% [% G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
& n+ z  ^: Z" E1 }6 u% w开始自动运行同步组，与上个信号同类。
% p( g) N5 l+ t: y: Q0 B0 K7．2来自坐标轴的信号描述
, L8 P0 a9 j1 c" r1．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
& ^% x$ c- k" J6 b4 F, Y4 s同上。
3．同步轴同步开始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
4．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
4 O( \- ~# K3 d/ v, l& w- K& i位
1 x" }2 N" z/ L: c- B; o" m6 }内容
通用信号
11－14
5.2
启动机床REF功能
: L" i" L$ R" P# L! Y( `信道信号
0 Y; ~+ m. t2 b; a; p2 z21－28
; ?! ?' d; A+ o% w33.0
参考点启动
( u- T& U9 ?8 g1 P% W$ S坐标信号
31, ... ;
60.4，60.5
同步参考点
31, ... ;
29.4
开始同步信号
5 q. B  w) ]! e; D0 J# F31, ... ;
+ h% b2 v  u( M1 Q" H, ~29.5
3 _+ x8 f0 L" g( K没有自动同步
31, ... ;
. d9 E. \# O# u" G0 h" c+ k101.2
  G* ^6 Y' z' j同步行程极限
! q4 P9 c# G; v  e* m2 B' i31, ... ;
& D) U9 d) N7 R7 G& V" K* \101.3
同步警示极限
31, ... ;
1 b) ~0 i7 r5 }/ x" T( \1 ^101.4
同步准备好
31, ... ;
101.5
同步组已同步
31, ... ;
101.6
0 V+ w$ I0 ^+ L6 Z$ Q/ I. R6 ^同步组轴准备好
八、建立一个同步轴组
6 O- S) T2 r4 \群组定义：坐标1＝主动轴      采用增量测量回馈循环
. [4 c8 _) F0 ]5 M坐标3＝从动轴      采用增量测量回馈循环
, Q  e# M# X7 S! Z3 u2 H第一步：修改以下机床数据

# p2 V! ~2 ^9 J3 @. Z0 j第二步：设置NCK PLC接口信号
PLC程序的设置：
axis1 设置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
DB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
* e2 ?( U+ m: L+ ^DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
6 e3 F1 q, h" R) Q, i2 X机床准备好信号设置：
, A$ Y& u+ S- yDB31, ... ; DBB101
第三步：设定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
' S, }, ?1 D1 k37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 为坐标的最大值
! t) D/ e! L6 b8 X+ K' [参考点设置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
此坐标数据的大小及关联如下：
6 K, L$ k4 n: l! s% ^. S$ `第四步：设置完成，调整机床参数匹配。
九、结束语
* F  {# M* ^8 }% N/ i7 m  x; _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