对数控机床龙门坐标同步的研究

　　本文探讨了数控机床龙门坐标同步的相关内容。

　　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。

 　　Gantry-type CNC machine——with n gantry groups

　　(xi’an aircraft international co. waiter paley)

　　Abstract：The actualizing project and adjusting method which gantry groups axes used CNC machine with SINUMERIK 840D

　　and SIMODRIVE 611D servo drive system are introduced here.

　　Key-Words：gantry axis; leading axis; synchronized axis; DB(data block); referencing point

　　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。