数控机床龙门坐标同步研究

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一、 前言
( d7 E( a1 [. L8 f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。
+ T  ^0 s8 C8 I8 A: d7 a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。
, l& a9 q! \6 X7 P% ^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。
& j$ G  I% Z0 E! q( p% H三、 应用
2 p. Q! Q. f6 G$ V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。
* B. O4 y! g. z( }四、硬件组织和同步定义
. f$ S# e$ c' ^9 h7 R9 w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。
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。
# t6 ]. b" \0 M4．2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
1 G' f2 ^0 L1 g6 H! O& U. p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
- v6 b/ _3 A9 y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
, c& [. F9 f: _& x# ?) ^4．3同步组实际坐标值误差监控
+ C; a+ p* H- n5 D" r' }) i; u同步轴警示限制
3 g( G0 b5 i1 l" `  L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
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。
* G0 a( w0 l: a; U0 ]; ]5．2从动轴的参考点设置方法
6 x% f. x5 Y' K! N4 Y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 F# o% c; W; w7 R" P  D5．3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
& N  I7 X% {2 Q; @* a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：
0        没有同步轴
& D  x: O4 E3 w8 `# d1        同步轴组1中的主动轴
4 N7 h$ G5 T' S( W11        同步轴组1中的从动轴
3 K  S* _8 Y, k; l$ b, \+ A2         同步轴组2中的主动轴
; @' |6 ]6 j: Y3 f9 b( b5 O! ?12        同步轴组2中的从动轴
/ m3 s, ]8 G: I- J; D& w4 F* E9 l3         同步轴组3中的主动轴
. n  l  J2 `0 I8 X. d8 E0 _! c" \13        同步轴组3中的从动轴
3 K4 i* c! J; U0 l# C8 d6．2
MD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR
, M" H& Z" z& E- Y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。
6 C+ X# G% L/ t- u2 m/ }* {3 P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
+ u9 o+ ~0 H1 E0 w1．开始同步组信号DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
$ u) Z- w1 O0 f6 |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。
4 W4 ~* e& J9 ^2．开始自动同步组信号DB 31, ... DBX29.5 ; Start automatic synchronization
5 T) o* g- `1 P) e+ @) j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
- A2 X" B, l4 K3 c. r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。
% \  [# ]  b6 O& Z) J' i3．同步轴同步开始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
/ x" K4 e# p: w; W/ t: h! D4 b9 {( ^4．同步轴组正在同步DB 31, ... DBX101.5; Gantry grouping is synchronized
, u2 }7 h/ E; o" _$ j具体坐标同步信号如下表：
DB号
位
0 D! u, k' N/ b6 u内容
通用信号
11－14
5.2
; x& q+ E4 K0 @启动机床REF功能
  j3 m2 @( X9 E信道信号
21－28
2 H" |9 N/ s7 ?/ r# Z33.0
参考点启动
+ U& l; E" d4 _! }$ {( Q坐标信号
! `0 t! g. O$ n& y" k9 E( O/ ~31, ... ;
60.4，60.5
同步参考点
31, ... ;
29.4
- ], t. @$ f: m9 X开始同步信号
8 @0 O$ q- ?0 P. n( ~3 A7 g31, ... ;
29.5
没有自动同步
* I. D7 M  g* P2 b% x4 o31, ... ;
101.2
" }* q: M1 C: o- k3 O, S# T同步行程极限
31, ... ;
/ n1 a1 |; |  H$ h- m101.3
同步警示极限
/ h$ Z! X6 b! h0 n: a, W31, ... ;
# m2 ^0 C  B) s5 B101.4
同步准备好
- r9 ]+ F# x$ I! q( u8 _1 W) Q31, ... ;
& [1 [  G8 x5 {6 Z101.5
+ g+ l0 ?8 h& l% X6 b; _" e$ c( _% E同步组已同步
31, ... ;
( A9 v% A8 j6 S, ]. }, L1 X8 L101.6
5 F3 G: J+ O4 S0 ?% L同步组轴准备好
& s/ H7 F! R& C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
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
( s7 A6 a6 v3 p# z
第二步：设置NCK PLC接口信号
, [9 `2 ]5 x& {5 Q1 d1 X2 IPLC程序的设置：
  ?; }9 l" n7 k2 `) r  yaxis1 设置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
( W' _1 s$ J7 ~3 FDB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
6 f. F* L. P0 H2 k9 `" O' ^DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
4 W- Z2 c) r7 z& ], l3 C+ t8 P' S机床准备好信号设置：
+ c! F7 _4 S6 n# T3 [7 u/ v* EDB31, ... ; 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
1 b( m1 }6 a% B' N3 e) m参考点设置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
, j+ W' A  b3 D# t& o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。
( y% \! _9 A- Y# M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