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
4 C" I  L; V1 i" `% s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。
4 J9 ^) z3 a* f  n% x) f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。
- W6 R4 v. ~! X& h  K" O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。
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。

, s+ y. W% ^" E4 f$ |$ W4．1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
+ i* t0 j& _$ [& @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。
" Y0 b- W8 i5 p1 C③从动轴
" r- Y  K, u/ u' r. B' P0 p0 {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
& ?6 N$ G7 t! P3 I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。
( z; ~+ s" h  U! x3 r! J. C5 X4．3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
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
同步轴警示限制
& j5 I+ g3 J* q: z0 v( z. ~* ^9 C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。
& V, @9 r$ X# h* M/ z同步轴行程限制
! u* Y- s- p7 d  N4 C* i同步轴组超出行程范围。
/ ^8 f8 z" s+ F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
7 q$ |; A' `! X. m" Z$ `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。
8 W( C5 I0 l6 F1 X8 _, v1 T' c8 d5．2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。
1 |# w6 G; S9 L5 L+ a: n0 H5．3回参考点后同步轴组将根据NC编程要求自动运行。
  A1 |/ {- c8 }7 V六、与同步相关的机床资料
3 w# g/ H  c" w# `2 G4 F6．1
3 a( H. g$ ^7 F% j! jMD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE
- x, h1 }0 J* `' J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：
1 I0 h" x! B7 |$ h' ~
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：
7 r+ U4 ?; V2 Q1 n9 P5 p1 u0        没有同步轴
2 @9 B; ?5 C6 a9 S  f+ u, M1        同步轴组1中的主动轴
! @) T9 E- M8 U" J' A- Y+ W# D11        同步轴组1中的从动轴
1 w% z& [9 @2 w& K1 h: O" }8 N; A2         同步轴组2中的主动轴
5 K6 [9 j' B  P7 A$ n12        同步轴组2中的从动轴
- O! w: n$ Q. L" _/ h, s3         同步轴组3中的主动轴
13        同步轴组3中的从动轴
3 ~$ B" z4 L1 a$ i  D6．2
9 f4 E/ j; J# X# E# L' d7 IMD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR
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
4 Q, H+ d: C/ j7．1NC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
9 l* b; L# U7 d. F, L9 o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
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
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
同上。
3．同步轴同步开始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
, _9 m- W2 v' `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
' K  H3 j! b2 i  J( P9 j7 \$ }" h位
1 t$ f$ u4 B# I" ~/ T内容
  m& z+ ~, M+ Q. k- `' X通用信号
' o% H) d4 Z! v; @2 J. c! ]" o11－14
% L) O( \' i( j" v3 c5.2
& a; O$ E. z* U7 p8 |启动机床REF功能
信道信号
0 P6 u. O" p' s# V: A/ z, ~3 B21－28
- s. n) q# P, x; b# g4 x, d, _33.0
参考点启动
坐标信号
$ T5 T) R7 v4 A7 q. F# L31, ... ;
) M$ \2 U6 g: n8 b60.4，60.5
5 C5 ~- z" I# X8 ]4 ?+ m! m7 K同步参考点
+ |% X& x1 \* u, C- n% s31, ... ;
5 D6 }& [$ W) @; H) p29.4
& C- B. M! v# h1 O7 i, b开始同步信号
5 h- w0 c( @# L31, ... ;
; |1 z( R! J& Z8 X$ c. P7 }2 ?: p29.5
; V! h" _3 S6 g; y没有自动同步
31, ... ;
101.2
, G! v+ }0 F' S  o3 j同步行程极限
) E, d8 C/ P" H  l" A* v# ]31, ... ;
) E0 i# _& X' A6 B) B# d4 {7 W0 w  X101.3
7 J1 Y1 y# N4 e! d8 S6 M同步警示极限
- b$ m" t' g, u) \6 A" o9 M/ ^$ N31, ... ;
101.4
同步准备好
. o/ c' Z" o' U& `31, ... ;
101.5
同步组已同步
5 g. `, t0 w0 G7 z% b. l5 I31, ... ;
& [) L# D0 i; K7 `101.6
  U. {! [% Z  X* S同步组轴准备好
八、建立一个同步轴组
群组定义：坐标1＝主动轴      采用增量测量回馈循环
0 j; p" P  v  H, T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

9 }' ?" H- r7 w0 m2 o第二步：设置NCK PLC接口信号
PLC程序的设置：
2 C- z% ?3 |8 o$ U* U1 S) |axis1 设置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
; E/ [9 a2 Q8 lDB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
9 q. v2 Z, b, ~2 i! [5 oDB31, ... ; DBX 29.4 = 0
机床准备好信号设置：
, a& C1 R3 P3 j: T5 t0 _* tDB31, ... ; DBB101
第三步：设定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
2 E% A0 q% G5 z" a, y' V1 X37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 为坐标的最大值
6 F5 l! k, p  q& }  C4 J参考点设置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
此坐标数据的大小及关联如下：
# P; u6 N! n# F# [0 X第四步：设置完成，调整机床参数匹配。
* u4 x$ i$ t' ]- q2 c九、结束语
. h% ]" L( O' j: u$ `9 v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