数控机床龙门坐标同步研究

数控机床龙门坐标同步研究

本文简要介绍了采用SINUMERIK 840D系统及其SIMODRIVE 611D伺服驱动系统的数控机床同步轴的实施方案和调试方法。
关键词：同步轴；主导轴；跟随轴；数据块；参考点

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

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。

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。

 

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。

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。

4．3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

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。

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。

六、与同步相关的机床资料

6．1 MD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE

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
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
12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。

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

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
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：

 

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

 

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
DB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
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
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。