数控机床龙门坐标同步研究

gjjyzx

一、 前言
0 W% \7 n* {8 j( j& w- V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。
! }0 ~3 g* o" d! P7 \/ Z6 \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。
8 z6 k  u) N! f3 ]# X) d6 u5 a6 z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。
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
7 ^# [+ Q% M5 p7 c5 k1 D4 Q/ o4 L: r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。

: A& G0 C  q9 I+ ?1 ]* b4．1关键词含义：
①同步轴组
- J, {. R' y% N+ O' @+ @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。
1 G) o' L8 i( L, ]' D/ ^③从动轴
0 M; k* C6 A7 v' e8 y( }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
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。
# L4 C, R+ }! 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
: k2 }6 D. W  K6 e7 }! V0 [: ?+ h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
- I* x0 M3 H4 h; d7 r3 P/ N" {+ d4．3同步组实际坐标值误差监控
同步轴警示限制
. _' ~1 ^  J( A; O/ M3 y1 u; y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。
& E) C/ a8 I8 n/ d  f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
& X* H4 m7 I; m" n0 I: Q! |& Q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
' n0 U' V  }8 `6 M- d, m; g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。
" \# i7 ^5 \' `六、与同步相关的机床资料
6．1
MD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE
& Q" T; b2 E& W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：
" C6 n& g( G1 {
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。
# j/ e3 v% b% Q5 s" g8 U该配置举例如下：
0        没有同步轴
! J; H; }2 p, M' N5 J# J1        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
12        同步轴组2中的从动轴
5 Y! ?9 S; ?4 `1 t6 T0 U3         同步轴组3中的主动轴
0 K7 V1 K( _6 ~' N# G3 q7 i13        同步轴组3中的从动轴
) S! R) ^8 f) u  @6．2
* A5 L. `: B& g7 K" m  c0 @  OMD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR
( ]' C8 H, L, E/ j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。
2 t5 J2 ]) `" {7 H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
. d- @/ ]4 o+ j: H- ?. X8 }1．开始同步组信号DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
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
4 Z: e4 [. E; F# c' b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
+ u% T8 K! K" c3 ~" k' B% q8 V位
内容
通用信号
1 P; `4 Z8 K% @11－14
5.2
# _, M3 h) e2 O启动机床REF功能
4 k5 _# S) ?3 S* v信道信号
21－28
$ a8 x3 M$ H  L+ U3 J$ W) p33.0
参考点启动
& W* p. Q" J$ q. h: w5 n坐标信号
31, ... ;
$ h: O. c5 c2 d3 p! V60.4，60.5
同步参考点
3 \6 @+ r) R# ~" {4 w- D31, ... ;
' X' S6 F5 J* O  \$ ^' n( D29.4
$ R& ?% C- ~' l8 S0 d开始同步信号
& B! _2 V  g* c31, ... ;
$ o/ z4 n- Q5 ]  y5 W4 _( k: Y29.5
, t; g5 I0 I2 D8 {2 @" ]' I0 I没有自动同步
: P' h0 e3 |# ^% h1 g8 X% g& H31, ... ;
  [/ S# ^' S8 N- g/ ?101.2
8 W7 u5 B) Z) _# `& b8 L% ~+ U同步行程极限
% f5 q  K# u& p31, ... ;
# z3 }: A" s# J0 V, C! `101.3
同步警示极限
* r  x& O3 N$ X) p7 J3 [, E31, ... ;
" @2 i0 u+ B, W- _* t3 D' C1 O101.4
% A* E* L3 j( I$ P% _3 U  f0 d同步准备好
4 V9 V2 d1 q  }! o7 y31, ... ;
101.5
同步组已同步
31, ... ;
101.6
同步组轴准备好
2 _$ J- y) F7 h: {4 j3 d八、建立一个同步轴组
. p9 n6 Y4 B0 }群组定义：坐标1＝主动轴      采用增量测量回馈循环
( V7 Z1 v& i9 b8 @  ]! y4 H( Q7 l, L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

1 y/ l8 Q! V6 |% g9 M$ ?5 z7 T2 v第二步：设置NCK PLC接口信号
9 f7 i* i$ E: c# e7 x7 `& I; LPLC程序的设置：
" h: l9 C% {$ j8 ], w/ ~axis1 设置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
- b2 x3 F9 X( ~- dDB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
. d* @, W+ a" F, _* U) G3 G' aDB31, ... ; DBX 29.4 = 0
; x4 G' R7 L# X+ ]: O+ u$ c. J机床准备好信号设置：
DB31, ... ; DBB101
第三步：设定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
0 O5 |4 J7 k4 R& S8 w3 W37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 为坐标的最大值
参考点设置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
( m+ o: K: S' @: y此坐标数据的大小及关联如下：
# S& |4 [. H2 g1 t  W  F& r第四步：设置完成，调整机床参数匹配。
4 W0 e3 B$ v0 \: D* B$ i. f2 D九、结束语
: }3 R/ P( i* d5 k8 D6 F$ H4 h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