数控机床龙门坐标同步研究

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一、 前言
% Z& ~" H. e+ h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。
* _0 B4 ~- m0 @* @7 Q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。
# E9 [4 d: M! G3 e, q# ^* A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。
, A- U# m5 u; r0 k$ @/ S③从动轴
5 o9 }& U) B0 i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。
/ Z& ?$ V& ]+ @9 t6 i4 N4．2坐标定义
. i. Y6 M( ^! e6 w7 R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
8 \: Z$ n, L. u( X* z$ \5 `3 k- Y& L  p同步轴组不能包含主轴
$ K7 J. p( P% |- r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
% Z, Q0 u( w* J% z$ A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
9 E, q& Y3 R8 S0 Q; Z4．3同步组实际坐标值误差监控
" {. N! T) {3 c+ |( R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
- x  A7 B. U# Y. k同步轴组超出行程范围。
3 P: @5 W5 o$ {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
8 A5 m+ m/ V7 V% T- ~7 \+ ]+ Z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
5 g1 V6 B) p: b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。
; y, }3 |8 B, G& O" T5．3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
0 w; ~8 s1 J8 ~5 b6．1
MD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE
3 {1 X4 ~- y" b/ ^) T6 B" R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：
, o/ D: a4 X- @, s1 s" U
1 {, k' C" f/ x# \7 N, V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。
( g. B) a, s% q8 \( b; {' F5 p: z该配置举例如下：
3 Q" L/ B% r7 `3 e2 G' W9 {, D  W! l0        没有同步轴
6 z& U8 T3 |/ g; }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
6 ]8 q* d# t, i5 m  i12        同步轴组2中的从动轴
3         同步轴组3中的主动轴
. X8 o4 v- j3 I  b! i; M& D13        同步轴组3中的从动轴
) L) N/ K  W6 s1 X4 w% U( W6．2
MD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR
  D. Z+ \3 r: }2 G+ q+ {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。
# ?0 Q+ S$ o  Z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 t; C0 M6 H5 r2 Y8 Z: U3 p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。
, Q  d) O# F3 r8 c) L7．2来自坐标轴的信号描述
5 h: x! u# K. U$ X5 Q$ w1．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。
  J+ u: g: g+ G4 m" E3．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：
DB号
0 A, i9 Y- y+ q/ u位
内容
通用信号
; k* ~) C# F( F! K4 C1 s11－14
5.2
启动机床REF功能
信道信号
21－28
33.0
参考点启动
坐标信号
31, ... ;
60.4，60.5
同步参考点
9 z0 S5 T3 M" N$ D8 j/ O8 E  s31, ... ;
29.4
开始同步信号
31, ... ;
29.5
& Y- f' _9 q: B; \: w+ `( F& x没有自动同步
31, ... ;
( m5 m/ g5 f5 u  h101.2
7 Y( X, P0 u2 M; e; G同步行程极限
31, ... ;
5 X7 B) z# X2 w: B" Q/ _' j101.3
同步警示极限
31, ... ;
101.4
7 o9 |- a6 y3 U9 d! U同步准备好
31, ... ;
101.5
, @% B) X( u& j% g2 b同步组已同步
5 t0 l0 U. v4 \! S31, ... ;
6 S! e3 ^+ O* _) N5 A! A5 z3 I2 W101.6
: J& [* g; @6 n同步组轴准备好
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
- {3 R3 B7 i- `
第二步：设置NCK PLC接口信号
& e+ H) n& V% a8 S& APLC程序的设置：
axis1 设置：
/ e( Q8 c: Y; I; M. y5 uDB31, ... ; DBX 29.4 = 0
) A& }; _1 y5 {+ A: g0 @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 S6 L, w9 e9 D- p. s  R+ M0 S37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 为坐标的最大值
# d# X4 H5 _: G& z参考点设置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
% I$ k9 v, I2 h; p+ m5 g此坐标数据的大小及关联如下：
) R7 H% r& j" z, E, |第四步：设置完成，调整机床参数匹配。
: {8 E1 I: x9 M& h0 Y; O$ a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。
文章关键词： 数控机床