數(shù)控機床龍門坐標(biāo)同步研究

數(shù)控機床龍門坐標(biāo)同步研究

本文簡要介紹了采用SINUMERIK 840D系統(tǒng)及其SIMODRIVE 611D伺服驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)控機床同步軸的實施方案和調(diào)試方法。
關(guān)鍵詞：同步軸；主導(dǎo)軸；跟隨軸；數(shù)據(jù)塊；參考點

一、 前言

由于機床本身結(jié)構(gòu)的需要，保證機床的整體剛性以及長導(dǎo)軌的穩(wěn)定性，因此對于同一個坐標(biāo)采用同步電機驅(qū)動，是當(dāng)今機床廠普遍采用的方法。有助于提高伺服系統(tǒng)的剛性，克服單絲杠引起的位置偏差，避免彈性變形，確保機床的高精度。

二、功能簡介

同步軸功能一般用在2個或多個機械連接的機床坐標(biāo)，該坐標(biāo)沒有機械偏移；在編程的基礎(chǔ)上，定義一個同步的坐標(biāo)。

同步移動時，系統(tǒng)檢測位置的當(dāng)前值，是否在系統(tǒng)設(shè)定的誤差范圍之內(nèi)。當(dāng)同步附屬軸偏離主動軸位置范圍之外的話，系統(tǒng)會停止所有的坐標(biāo)移動，有效防止由于不同步對機床機械部分進(jìn)行的損壞。

同步軸功能的目的是為了嚴(yán)格檢測坐標(biāo)在導(dǎo)軌上的移動精度。

三、 應(yīng)用

同步軸功能用于大型龍門銑床的龍門同步功能，每一邊都由自己本身的位置測量循環(huán)系統(tǒng)。由于機械硬件連接需要，兩個驅(qū)動必須絕對同步，已保證機械應(yīng)力變形。一個同步組由一個主導(dǎo)軸和最多2個從動軸組成。

四、硬件組織和同步定義

大型數(shù)控龍門銑床是由多個坐標(biāo)單元組成（見下圖）。每個坐標(biāo)驅(qū)動都是單獨的驅(qū)動系統(tǒng)，有自己的測量循環(huán)，組成一個完整的坐標(biāo)系統(tǒng)。當(dāng)機械坐標(biāo)移動時，如圖兩組坐標(biāo)X和X1，Z和Z1必須保證完全同步，否則會對機械部件造成損害。

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4．1關(guān)鍵詞含義：

①同步軸組

同步軸組由至少一對坐標(biāo)組成，包含一個主動軸和一個從動軸，這些軸都為機械連接。移動時必須同時由NC控制移動。所不同的是兩個坐標(biāo)位置檢測系統(tǒng)都是單獨的。

②主動軸

主動軸是NC控制的普通的機械坐標(biāo)，可對其進(jìn)行零件編程的直線或旋轉(zhuǎn)軸。軸名是由同步組進(jìn)行定義的。

③從動軸

從東軸也是由NC進(jìn)行控制，但它總是隨著主動軸的移動進(jìn)行移動。軸名也是由同步組進(jìn)行定義的。

4．2坐標(biāo)定義

坐標(biāo)定義是由機床數(shù)據(jù)GANTRY_AXIS_TYPE來定義的:定義坐標(biāo)是否屬于同步組內(nèi)，以及是主動軸還是從動軸。每組同步軸組都是由一個主動軸，和最多2個從動軸組成。

4．3同步軸組的條件

同步軸組不能包含主軸
從動軸不能是定位軸
從動軸不能是另外一個同步軸組的軸名
同步軸組的坐標(biāo)，每個坐標(biāo)諸如匹配速度，加速度和動態(tài)響應(yīng)時間等必須一致

4．3同步組實際坐標(biāo)值誤差監(jiān)控

同步軸警示限制

主動軸與從動軸超出警示范圍，NC系統(tǒng)輸出報警信息：超出極限范圍。同時PLC輸出信號，使機床停止自動運行。

同步軸行程限制

同步軸組超出行程范圍。

五、同步軸的參考點和同步設(shè)定

5．1主動軸的參考點設(shè)置方法

坐標(biāo)的參考點設(shè)定由PLC的DB塊進(jìn)行，要根據(jù)坐標(biāo)驅(qū)動類型，進(jìn)行PLC的指定回參考點編程。啟動該功能。啟動方法為將PLC“Activate referencing” = 1 和“Active machine function REF” = 1） “Traversing key +/–” （DB31, ... ; DBX4.7/4.6）設(shè)置為1。

5．2從動軸的參考點設(shè)置方法

當(dāng)主動軸回參考點完成后，從動軸將自動回參考點。從動軸的參考點是由主動軸決定的。不能單獨進(jìn)行從動軸的回參考電動作。

5．3回參考點后同步軸組將根據(jù)NC編程要求自動運行。

六、與同步相關(guān)的機床資料

6．1 MD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE

該機床數(shù)據(jù)是用來定義2組同步基本特性：該坐標(biāo)是否屬于同步組內(nèi)坐標(biāo)，是哪一個坐標(biāo)（主動軸或從動軸）。具體位設(shè)置如下圖：

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對于840D系統(tǒng)，可以配置最多3個同步組。一個同步組必須要由一個主動軸和最少一個從動軸組成。同組的軸不能再重復(fù)使用，如果定義錯誤，控制系統(tǒng)將輸出“INCORRECT GANTRY MACHINE DATA”信息，提示機床同步組配置錯誤。
該配置舉例如下：

0沒有同步軸
1同步軸組1中的主動軸
11同步軸組1中的從動軸
2 同步軸組2中的主動軸
12同步軸組2中的從動軸
3 同步軸組3中的主動軸
13同步軸組3中的從動軸

6．2

MD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR

這兩個數(shù)據(jù)是為機床同步服務(wù)，保證機床坐標(biāo)的正常同步精度，以完成機床的同步運動，并相關(guān)的輸出信息以提示是否超出機床同步的范圍。

定義這些數(shù)據(jù)后，機床同步就可以試運行。

七、同步軸信號描述

7．1NC控制坐標(biāo)軸的信號描述

1．開始同步組信號DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
使機床同步開始運行，并保證同步誤差在允許范圍之內(nèi)，否則此信號置0。

2．開始自動同步組信號DB 31, ... DBX29.5 ; Start automatic synchronization
開始自動運行同步組，與上個信號同類。

7．2來自坐標(biāo)軸的信號描述

1．同步移動誤差極限D(zhuǎn)B 31, ... DBX101.2 ; Gantry trip limit exceeded
系統(tǒng)發(fā)出的是否同步信號。由PLC接受并處理。
2．同步警示極限D(zhuǎn)B 31, ... DBX101.3; Gantry warning limit exceeded
同上。
3．同步軸同步開始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
4．同步軸組正在同步DB 31, ... DBX101.5; Gantry grouping is synchronized

具體坐標(biāo)同步信號如下表：

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八、建立一個同步軸組

群組定義：坐標(biāo)1＝主動軸 采用增量測量回饋循環(huán)
坐標(biāo)3＝從動軸 采用增量測量回饋循環(huán)

第一步：修改以下機床數(shù)據(jù)

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第二步：設(shè)置NCK PLC接口信號

PLC程序的設(shè)置：
axis1 設(shè)置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
DB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
機床準(zhǔn)備好信號設(shè)置：
DB31, ... ; DBB101

第三步：設(shè)定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 為坐標(biāo)的最大值
參考點設(shè)置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
此坐標(biāo)數(shù)據(jù)的大小及關(guān)聯(lián)如下：

第四步：設(shè)置完成，調(diào)整機床參數(shù)匹配。

九、結(jié)束語

機床坐標(biāo)同步是實際應(yīng)用中實用的基礎(chǔ)技術(shù)，要根據(jù)所采用的機床剛性和結(jié)構(gòu)，采用不同的配置，才能達(dá)到所要達(dá)到的機床精度要求。