数控机床龙门坐标同步研究

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一、 前言
- q3 ^" x2 g, z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。
2 D) i2 C7 ^5 R$ ]* s: q二、功能简介
  k3 s1 T5 c& c- a. p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。
5 p" N6 X0 \, ~  H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。
" Z' P+ M. z8 D5 ^# L5 _& m三、 应用
8 S3 ]9 P4 u& {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
! g2 U  X1 F5 s0 m- H5 h* j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。

1 }/ j' b, K! u: }2 ?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。
  r9 S+ a& R* H) k②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 Y; h4 K9 A1 X9 R2 m8 e③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。
- c# K6 z0 U/ Z% z- H) d- g, G4．2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
3 {5 |+ w; }7 `/ g, n从动轴不能是定位轴
5 Q  z  g% [  D从动轴不能是另外一个同步轴组的轴名
. ~. f7 v1 L. B4 H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
5 S$ r7 k9 k, N, k# L4．3同步组实际坐标值误差监控
- v, N; s) b1 k同步轴警示限制
% e, ^( N8 O: h- V  w9 @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。
+ G# \) t# B! A! ]4 r0 I  O同步轴行程限制
* b# Y# u2 ]9 i! \% |) f同步轴组超出行程范围。
/ ~" P( T; Q: V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
% C$ P7 _3 d; k/ |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。
& _( y0 A2 k6 i9 g0 I5．2从动轴的参考点设置方法
9 \' E/ i2 x( |+ i4 ]  O2 W7 }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 F& u+ t1 s" |) s' \( _六、与同步相关的机床资料
9 x% n! J0 l+ C1 w6．1
2 }+ R# \8 T  ZMD 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：
+ Q- V8 R: ]0 w/ l
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
* @7 M) E2 e7 N0 d! C- D  J2         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
+ I9 r$ T6 _. `) k& n13        同步轴组3中的从动轴
$ H2 L* Q7 ]* u0 o8 c2 ^* j$ w* Q6．2
MD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR
' C" q% B2 _8 K6 E8 W/ M% O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。
, q4 }! i  J/ S3 x% ~0 W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
2 f3 @, ~" n# K# ^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。
  C) M% o# R; j; @, H+ G2．开始自动同步组信号DB 31, ... DBX29.5 ; Start automatic synchronization
/ i3 w* A* a: \* T# j" o5 E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。
$ h& j2 R% Q2 Q2．同步警示极限DB 31, ... DBX101.3; Gantry warning limit exceeded
* d5 l; l1 o0 Z( m9 c同上。
3 _0 Z# p8 b" t* {+ {" ?3．同步轴同步开始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
6 C0 ?+ K, P' L( j, K! X% r& }4．同步轴组正在同步DB 31, ... DBX101.5; Gantry grouping is synchronized
0 l6 L0 N9 s/ g3 m具体坐标同步信号如下表：
: U& F$ G/ n( W0 {  c& A2 r" eDB号
位
内容
通用信号
/ p- o2 y4 j4 Q1 H11－14
5 }0 t* w# \6 Q6 X6 V5.2
启动机床REF功能
; o2 }: f1 ^0 M3 w信道信号
21－28
33.0
参考点启动
0 g; V6 _5 x* x' d坐标信号
3 z0 k1 s9 w/ Y" X9 e31, ... ;
& F+ P2 @, Y& m+ N1 G60.4，60.5
2 p) x0 y1 I: Q" T; c同步参考点
31, ... ;
29.4
# F  ^* K$ S- o  R- m' H开始同步信号
* O" }# _4 \  g7 S4 \, B5 m31, ... ;
' b3 U9 M' P: Z" y* S. J29.5
没有自动同步
6 w" O) Z0 a; T# d) ]31, ... ;
* T% l- j# g: T101.2
同步行程极限
8 X& c! U. |4 o( C+ {0 N: ?3 k) d31, ... ;
101.3
: S& l- a3 Y( [9 g; Y% U2 a同步警示极限
31, ... ;
101.4
- G9 Z; T. @3 B- i1 Z: b同步准备好
3 F$ u, S$ Q: W$ p1 y/ s31, ... ;
101.5
同步组已同步
31, ... ;
4 t9 K7 y* n- [9 z5 r$ r8 F2 V101.6
同步组轴准备好
# q) \4 F1 y4 j" ]八、建立一个同步轴组
# j& y% j# m4 u- C8 n, X( r群组定义：坐标1＝主动轴      采用增量测量回馈循环
# I  ]) B5 ]/ M6 D! e* v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
* k3 ^+ S) a2 k
第二步：设置NCK PLC接口信号
- H2 ]) b! s/ y5 d, ]' J6 m( X, m8 GPLC程序的设置：
axis1 设置：
, h7 E8 u6 z9 B, n' A" d- GDB31, ... ; DBX 29.4 = 0
DB31, ... ; DBX 29.5 = 1
# ~: t$ W: X( @+ z: N/ EAxis3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
- d1 U9 w) _: d4 {7 v37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 为坐标的最大值
参考点设置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
7 P/ N3 H' d  X此坐标数据的大小及关联如下：
1 {) T  Y/ z* X第四步：设置完成，调整机床参数匹配。
  j) P0 D3 w( q4 @) v- u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。
. A, a+ R! p3 s$ w文章关键词： 数控机床