数控机床龙门坐标同步研究

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一、 前言
3 v9 u8 k2 H; ^" L: |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
5 v  p$ }% [: R1 a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。
8 T9 c% l4 y# S$ g! L7 M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。
4 a0 s" C2 l. E4 u, e! B0 d三、 应用
6 ~* e2 Q5 w& R6 K- 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。
7 K( z1 e. W! [- h四、硬件组织和同步定义
. \/ _: T3 J' q( {8 P$ m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：
8 h3 B' U" w' B  n8 ~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
( J; b0 O: x" M4 r4 s4 I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. G  [7 N" V③从动轴
, U9 t- x; d1 A' J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。
# G" _, g& _  ?" x4．2坐标定义
5 s5 ]0 N' @. W$ h0 G: t$ b9 A; n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
. j* o0 s2 J# u9 l5 h8 _% o5 J4．3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
6 k# R% g: E" N  O6 ~; K同步轴组超出行程范围。
五、同步轴的参考点和同步设定
6 `  U( Y8 V; C5．1主动轴的参考点设置方法
' z6 C2 y( ^$ X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
- J2 e+ O' x% L9 p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。
% l0 ?  m- D9 |2 R六、与同步相关的机床资料
/ ^8 r) A% _4 ]6 S' `( _% B5 A8 m6．1
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
3 T" B7 [' n6 L1 ~; N1        同步轴组1中的主动轴
0 {4 C* e0 L  J. D11        同步轴组1中的从动轴
' L4 s* J5 S* L. b& E2         同步轴组2中的主动轴
12        同步轴组2中的从动轴
& j+ I/ p- K2 K5 A7 L3         同步轴组3中的主动轴
* m# t* J  @5 W/ y+ Q13        同步轴组3中的从动轴
3 C9 ?& F+ O# X- g, H8 |! h2 p8 E# C7 w6．2
" l) ~4 j' j: O* Y8 i% [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。
) T7 K8 i* N, e4 R  [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 a4 m1 S% L" M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。
; _: D& V% F* L9 }- t$ M7 y* l6 J7．2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
1 L$ M8 p" p% A4 r/ q( h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：
DB号
5 W, z+ s" R! u8 t9 [位
( x# l5 k4 [5 l1 e3 n内容
通用信号
11－14
* c7 p9 G4 `# k% l: b5.2
启动机床REF功能
信道信号
21－28
33.0
9 r- S; x. O2 }1 [' h/ t参考点启动
坐标信号
# j6 |: A7 r. T* u2 v- e31, ... ;
; V& l8 ]5 k3 e7 q60.4，60.5
# S6 Q/ t* Y; H7 {5 Y9 ]( j4 L同步参考点
0 d/ u1 m# d, l+ Q' }9 o% ^: C31, ... ;
29.4
开始同步信号
31, ... ;
& N8 [2 k% s7 `  `4 |( y- T" U# E29.5
6 p7 T) c; \" i# R& Z没有自动同步
31, ... ;
101.2
同步行程极限
31, ... ;
: W/ l' K) S, ?/ T. _0 d: C101.3
7 s0 h1 c/ G+ z) O8 f- q/ _/ d同步警示极限
' k& H' _% k' {7 k, H31, ... ;
101.4
& ~# t6 ?( N: e! i同步准备好
31, ... ;
101.5
同步组已同步
/ C; U: M7 n  {* N5 ^31, ... ;
101.6
: q8 G2 L4 G, M# E7 Q: x5 {' [同步组轴准备好
7 i  @& j4 `& c) X6 ?- Z/ _; h八、建立一个同步轴组
$ V3 K: Z7 E: x4 @! U$ J- F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
$ l, d4 |) K( J9 T8 {5 P8 H) e! f
4 o4 ^3 N" x0 B7 r$ w# \+ d- o$ K0 ]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
: H/ u7 a% W6 ]- ~机床准备好信号设置：
DB31, ... ; DBB101
; y# ]9 C, }) Y) ]# `第三步：设定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 为坐标的最大值
; U0 ]3 ~2 ]9 _+ o- c& i" W) F参考点设置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
此坐标数据的大小及关联如下：
, m! V$ |4 W% q' ]5 H) A. C第四步：设置完成，调整机床参数匹配。
九、结束语
$ S7 I- \( R+ U! E  Y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。
# J) a9 h$ `. }6 `文章关键词： 数控机床