数控机床龙门坐标同步研究

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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。
1 L1 y1 G1 Z  |& E二、功能简介
; i/ q4 v+ S+ j4 s4 s( O7 `3 c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
2 D( i8 Z; J+ ]* j8 c3 e- T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。
* q& h; c& ^8 b- }- F1 S1 g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。

8 D0 Q  {! g! j1 v4．1关键词含义：
①同步轴组
4 p( y% I' ~, E7 B5 ~4 d$ T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
* k1 V$ r' U0 v' g8 r4 {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
2 W1 @: Z) O1 o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
( [+ D, U* S; O6 J7 {( B( T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
/ V: X$ s1 m. J$ t" d; M4．3同步组实际坐标值误差监控
同步轴警示限制
# w6 k) e+ |1 F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。
0 B; D2 x0 I% c4 Z同步轴行程限制
* F, l8 ]( P8 ?) c5 Y$ K8 P同步轴组超出行程范围。
0 ]; m2 s$ ]! n五、同步轴的参考点和同步设定
; t% A2 Z( X9 [) g5．1主动轴的参考点设置方法
. N# m- @5 f  `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。
' @7 I8 `2 F, K$ F5．2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。
, l+ }2 M) J, s2 ], ?- Y0 x5 Y六、与同步相关的机床资料
6 @; t* r- n+ N# D2 c- R( c* A: o; v6．1
/ F' i4 o' u1 kMD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE
2 V! L9 ~% t0 Z) r6 \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：
1 j7 Z+ n8 W8 [6 |( \
( M) W6 m1 b# A! [: ~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：
- i3 ^  f% w; ]' `0        没有同步轴
! C' o! B: q! T1        同步轴组1中的主动轴
, s8 h: F+ S: ?" r11        同步轴组1中的从动轴
2         同步轴组2中的主动轴
) p$ m: [# }6 [& k/ p: }+ w; G12        同步轴组2中的从动轴
/ @3 `; s' w2 a: U  m! S5 o3         同步轴组3中的主动轴
13        同步轴组3中的从动轴
. h; u" U0 o) a7 ^9 P8 Q# O" m6．2
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
* D4 i1 d. @4 u1．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。
' R/ G# {, e4 Q2．开始自动同步组信号DB 31, ... DBX29.5 ; Start automatic synchronization
0 D6 J0 T* }- c, {开始自动运行同步组，与上个信号同类。
% a) w1 G* z: v. y" k: Q7．2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
& Z: S# c( e! Y( G' J  w系统发出的是否同步信号。由PLC接受并处理。
1 v: |, X4 S/ E9 p2．同步警示极限DB 31, ... DBX101.3; Gantry warning limit exceeded
4 |$ F. |7 J% q2 r4 C- |$ f同上。
3．同步轴同步开始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
( L$ t( L1 r6 T/ h2 h4．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：
5 o( C9 Z# D8 y& u/ I' {# LDB号
位
内容
+ D9 a! `2 ~  I" T4 U( E& i通用信号
8 o( J; e. y2 Z% }: {11－14
, `- z, @4 R0 u2 {5.2
  m; T  H3 [6 a2 R) ^# W启动机床REF功能
信道信号
21－28
# }5 i% n0 D6 v2 M% i; Z2 x33.0
* T9 J% b" I# o0 k2 S+ x参考点启动
" y7 E# l" N! Z坐标信号
31, ... ;
60.4，60.5
同步参考点
31, ... ;
29.4
6 R2 j" w6 q( V4 E  W5 N开始同步信号
+ L0 k; o4 o6 I6 ~6 V$ E# L31, ... ;
! f4 U5 o: k9 B29.5
9 f- E9 i$ Z6 j7 T( _, B没有自动同步
+ L9 Z! K+ G4 B; e31, ... ;
% S! K$ W) y% W% A" o0 A101.2
% n( _3 `+ B0 h8 M: W同步行程极限
31, ... ;
$ |+ d% f7 j. ~; V7 Z% k101.3
同步警示极限
/ K- I# l, M: o% ^4 X31, ... ;
101.4
同步准备好
* R9 u! a$ L$ O* P' C31, ... ;
101.5
同步组已同步
$ b; u( N" g' K1 z6 t5 c. ]31, ... ;
0 D# H( z: N; [1 C" a' |$ \101.6
  S& L# \/ Z+ p- N- M同步组轴准备好
9 M0 F) T5 y3 D1 J1 A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
, x  m- R0 s& \* O( h, I( Q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
& e. y8 O' [. H& {9 v! z. gPLC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
4 j4 H. J; [; d* v* V37120: 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
- R' {" d+ z. p1 Z/ ~; G: C2 }9 B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。
# v# h4 ]* I% s0 K1 r" \文章关键词： 数控机床