数控机床龙门坐标同步研究

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一、 前言
* Q; ^/ A7 T8 A: M4 i* y: E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
( e+ o- \5 z8 ?5 [3 [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。
" _$ P: d+ w9 r6 @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。
$ ^1 D. M- m9 L% E3 z6 x6 T# u% l2 X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。
* D. p5 V1 |" R5 e5 _/ i, M' c5 }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
6 [3 A5 u" W& v3 `+ ~4 `; H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。
2 m$ W: ~% s/ W7 G
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。
( E4 x2 d7 F: v②主动轴
/ L- S9 y: ^9 b* X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。
1 I' Z) x" k1 D③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。
* R& ?7 U, h# d+ s1 f4．2坐标定义
2 _) K3 n, s% D& Y& d8 h/ 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。
& P5 L$ a2 Q$ M, d5 c6 h4．3同步轴组的条件
; t% x+ F8 T: h# @8 Q: q同步轴组不能包含主轴
从动轴不能是定位轴
0 H3 H/ B6 d$ ~# G( S从动轴不能是另外一个同步轴组的轴名
7 m8 J; q1 k( v/ Q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
' c: N& b9 G" s* X同步轴警示限制
+ h. Z  `0 a, l9 a& @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。
* r# ?- u) o, K8 @1 {# N' I五、同步轴的参考点和同步设定
: o! n% u3 b( |5．1主动轴的参考点设置方法
7 ?/ A1 ~# f, S! L( H, i6 I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。
) T4 W* d+ X  f3 {# ~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。
2 P1 c- e$ b1 c2 q8 Y3 d六、与同步相关的机床资料
9 U) m* s( Z: D- j$ O% H+ ^6．1
MD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE
; S4 b( b( z% j: J' i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：

$ c: K4 K4 j5 |9 ]6 Q0 d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。
) D; D& z" e, }, Y2 q( A& @该配置举例如下：
0        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
2         同步轴组2中的主动轴
' C) H$ O3 A' u, r/ A; ^$ P. J1 S  P12        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
6．2
MD 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。
: p9 ]2 o4 g2 \: b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
; W# h( Z; @6 H7 d+ w! e. U, {$ w1．开始同步组信号DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
) O1 n$ G7 u9 Q- n8 C7 X5 \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
* r, N6 C6 s" t; R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
* @4 Z$ ]% y5 s1．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
- g3 L8 N4 _4 L4 ]$ E同上。
7 Y/ G2 W* V3 h: R3．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
3 v7 D% Q# I) Z4 a4 A具体坐标同步信号如下表：
DB号
1 v  O# I0 P$ s- e位
内容
$ h/ I! X4 {% i8 n# W通用信号
11－14
8 B, m1 G; `6 z" F. W, M7 k5.2
3 L/ D/ I7 d/ s1 a: i1 [启动机床REF功能
信道信号
- ]) M+ W( ?) ]' w: e3 k& e21－28
33.0
4 z1 [5 J) G; _  v; L参考点启动
$ W  h- s9 P8 ~5 g  y坐标信号
31, ... ;
60.4，60.5
同步参考点
31, ... ;
29.4
) m# e6 b" p- t9 w3 Q开始同步信号
31, ... ;
9 T) \6 `* ~- h29.5
$ p3 O3 ~0 J2 m8 ~+ t; T0 t没有自动同步
# N1 [8 s4 V. o9 t5 P$ z  H9 s31, ... ;
101.2
8 D  V1 w  |2 A' R- Z2 L- l0 ?同步行程极限
31, ... ;
101.3
同步警示极限
# U0 Y- A8 a& o, X: T3 A31, ... ;
101.4
同步准备好
31, ... ;
5 c  _% p- Q" T, z: ]# z# C101.5
同步组已同步
31, ... ;
: B+ w* \" z& B; _4 z101.6
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
$ \% N4 S  P: v7 z" I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
6 Y8 x( h" P- s1 b
' w6 ]$ o/ E$ Z+ z$ ^$ D- U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
; n$ c* @" F( }( MDB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
% \+ @7 {3 K4 I0 _5 f7 H, |% o5 gDB31, ... ; DBX 29.4 = 0
) ^$ U5 c# u: j# Q* D+ m9 z$ [0 j1 G机床准备好信号设置：
DB31, ... ; 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
+ H# V9 E7 B5 ?4 o! e  i/ Z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。
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。
& v* k  T8 y! f文章关键词： 数控机床