摘 要： 本文簡(jiǎn)要介紹了采用SINUMERIK 840D系統(tǒng)及其SIMODRIVE 611D伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床同步軸的實(shí)施方案和調(diào)試方法。
關(guān)鍵詞： 同步軸；主導(dǎo)軸；跟隨軸；數(shù)據(jù)塊；參考點(diǎn)
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
由于機(jī)床本身結(jié)構(gòu)的需要，保證機(jī)床的整體剛性以及長(zhǎng)導(dǎo)軌的穩(wěn)定性，因此對(duì)于同一個(gè)坐標(biāo)采用同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，是當(dāng)今機(jī)床廠普遍采用的方法。有助于提高伺服系統(tǒng)的剛性，克服單絲杠引起的位置偏差，避免彈性變形，確保機(jī)床的高精度。
二、功能簡(jiǎn)介
同步軸功能一般用在2個(gè)或多個(gè)機(jī)械連接的機(jī)床坐標(biāo)，該坐標(biāo)沒有機(jī)械偏移；在編程的基礎(chǔ)上，定義一個(gè)同步的坐標(biāo)。
同步移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)位置的當(dāng)前值，是否在系統(tǒng)設(shè)定的誤差范圍之內(nèi)。當(dāng)同步附屬軸偏離主動(dòng)軸位置范圍之外的話，系統(tǒng)會(huì)停止所有的坐標(biāo)移動(dòng)，有效防止由于不同步對(duì)機(jī)床機(jī)械部分進(jìn)行的損壞。
同步軸功能的目的是為了嚴(yán)格檢測(cè)坐標(biāo)在導(dǎo)軌上的移動(dòng)精度。
三、 應(yīng)用
同步軸功能用于大型龍門銑床的龍門同步功能，每一邊都由自己本身的位置測(cè)量循環(huán)系統(tǒng)。由于機(jī)械硬件連接需要，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)必須絕對(duì)同步，已保證機(jī)械應(yīng)力變形。一個(gè)同步組由一個(gè)主導(dǎo)軸和最多2個(gè)從動(dòng)軸組成。
四、硬件組織和同步定義
大型數(shù)控龍門銑床是由多個(gè)坐標(biāo)單元組成（見下圖）。每個(gè)坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)都是單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有自己的測(cè)量循環(huán)，組成一個(gè)完整的坐標(biāo)系統(tǒng)。當(dāng)機(jī)械坐標(biāo)移動(dòng)時(shí)，如圖兩組坐標(biāo)X和X1，Z和Z1必須保證完全同步，否則會(huì)對(duì)機(jī)械部件造成損害。
4．1關(guān)鍵詞含義：
①同步軸組
同步軸組由至少一對(duì)坐標(biāo)組成，包含一個(gè)主動(dòng)軸和一個(gè)從動(dòng)軸，這些軸都為機(jī)械連接。移動(dòng)時(shí)必須同時(shí)由NC控制移動(dòng)。所不同的是兩個(gè)坐標(biāo)位置檢測(cè)系統(tǒng)都是單獨(dú)的。
②主動(dòng)軸
主動(dòng)軸是NC控制的普通的機(jī)械坐標(biāo)，可對(duì)其進(jìn)行零件編程的直線或旋轉(zhuǎn)軸。軸名是由同步組進(jìn)行定義的。
③從動(dòng)軸
從東軸也是由NC進(jìn)行控制，但它總是隨著主動(dòng)軸的移動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)。軸名也是由同步組進(jìn)行定義的。
4．2坐標(biāo)定義
坐標(biāo)定義是由機(jī)床數(shù)據(jù)GANTRY_AXIS_TYPE來定義的:定義坐標(biāo)是否屬于同步組內(nèi)，以及是主動(dòng)軸還是從動(dòng)軸。每組同步軸組都是由一個(gè)主動(dòng)軸，和最多2個(gè)從動(dòng)軸組成。
4．3同步軸組的條件
同步軸組不能包含主軸
從動(dòng)軸不能是定位軸
從動(dòng)軸不能是另外一個(gè)同步軸組的軸名
同步軸組的坐標(biāo)，每個(gè)坐標(biāo)諸如匹配速度，加速度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間等必須一致
4．3同步組實(shí)際坐標(biāo)值誤差監(jiān)控
同步軸警示限制
主動(dòng)軸與從動(dòng)軸超出警示范圍，NC系統(tǒng)輸出報(bào)警信息：超出極限范圍。同時(shí)PLC輸出信號(hào)，使機(jī)床停止自動(dòng)運(yùn)行。
同步軸行程限制
同步軸組超出行程范圍。
五、同步軸的參考點(diǎn)和同步設(shè)定
5．1主動(dòng)軸的參考點(diǎn)設(shè)置方法
坐標(biāo)的參考點(diǎn)設(shè)定由PLC的DB塊進(jìn)行，要根據(jù)坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)類型，進(jìn)行PLC的指定回參考點(diǎn)編程。啟動(dòng)該功能。啟動(dòng)方法為將PLC “Activate referencing” = 1 和“Active machine function REF” = 1） “Traversing key +/–” （DB31, ... ; DBX4.7/4.6）設(shè)置為1。
5．2從動(dòng)軸的參考點(diǎn)設(shè)置方法
當(dāng)主動(dòng)軸回參考點(diǎn)完成后，從動(dòng)軸將自動(dòng)回參考點(diǎn)。從動(dòng)軸的參考點(diǎn)是由主動(dòng)軸決定的。不能單獨(dú)進(jìn)行從動(dòng)軸的回參考電動(dòng)作。
5．3回參考點(diǎn)后同步軸組將根據(jù)NC編程要求自動(dòng)運(yùn)行。
六、與同步相關(guān)的機(jī)床資料
6．1
MD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE
該機(jī)床數(shù)據(jù)是用來定義2組同步基本特性：該坐標(biāo)是否屬于同步組內(nèi)坐標(biāo)，是哪一個(gè)坐標(biāo)（主動(dòng)軸或從動(dòng)軸）。具體位設(shè)置如下圖：
對(duì)于840D系統(tǒng)，可以配置最多3個(gè)同步組。一個(gè)同步組必須要由一個(gè)主動(dòng)軸和最少一個(gè)從動(dòng)軸組成。同組的軸不能再重復(fù)使用，如果定義錯(cuò)誤，控制系統(tǒng)將輸出“INCORRECT GANTRY MACHINE DATA”信息，提示機(jī)床同步組配置錯(cuò)誤。
該配置舉例如下：
0 沒有同步軸
1 同步軸組1中的主動(dòng)軸
11 同步軸組1中的從動(dòng)軸
2 同步軸組2中的主動(dòng)軸
12 同步軸組2中的從動(dòng)軸
3 同步軸組3中的主動(dòng)軸
13 同步軸組3中的從動(dòng)軸
6．2
MD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR
這兩個(gè)數(shù)據(jù)是為機(jī)床同步服務(wù)，保證機(jī)床坐標(biāo)的正常同步精度，以完成機(jī)床的同步運(yùn)動(dòng)，并相關(guān)的輸出信息以提示是否超出機(jī)床同步的范圍。
定義這些數(shù)據(jù)后，機(jī)床同步就可以試運(yùn)行。
七、同步軸信號(hào)描述
7．1NC控制坐標(biāo)軸的信號(hào)描述
1．開始同步組信號(hào)DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
使機(jī)床同步開始運(yùn)行，并保證同步誤差在允許范圍之內(nèi)，否則此信號(hào)置0。
2．開始自動(dòng)同步組信號(hào)DB 31, ... DBX29.5 ; Start automatic synchronization
開始自動(dòng)運(yùn)行同步組，與上個(gè)信號(hào)同類。
7．2來自坐標(biāo)軸的信號(hào)描述
1．同步移動(dòng)誤差極限D(zhuǎn)B 31, ... DBX101.2 ; Gantry trip limit exceeded
系統(tǒng)發(fā)出的是否同步信號(hào)。由PLC接受并處理。
2．同步警示極限D(zhuǎn)B 31, ... DBX101.3; Gantry warning limit exceeded
同上。
3．同步軸同步開始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
4．同步軸組正在同步DB 31, ... DBX101.5; Gantry grouping is synchronized
具體坐標(biāo)同步信號(hào)如下表：
| DB號(hào) |
位 |
內(nèi)容 |
| 通用信號(hào) |
| 11－14 |
5.2 |
啟動(dòng)機(jī)床REF功能 |
| 信道信號(hào) |
| 21－28 |
33.0 |
參考點(diǎn)啟動(dòng) |
| 坐標(biāo)信號(hào) |
| 31, ... ; |
60.4，60.5 |
<同步參考點(diǎn) |
| 31, ... ; |
29.4 |
開始同步信號(hào) |
| 31, ... ; |
29.5 |
沒有自動(dòng)同步 |
| 31, ... ; |
101.2 |
同步行程極限 |
| 31, ... ; |
101.3 |
同步警示極限 |
| 31, ... ; |
101.4 |
同步準(zhǔn)備好 |
| 31, ... ; |
101.5 |
同步組已同步 |
| 31, ... ; |
101.6 |
同步組軸準(zhǔn)備好
|
八、建立一個(gè)同步軸組
群組定義：坐標(biāo)1＝主動(dòng)軸 采用增量測(cè)量回饋循環(huán)
坐標(biāo)3＝從動(dòng)軸 采用增量測(cè)量回饋循環(huán)
第一步：修改以下機(jī)床數(shù)據(jù)
第二步：設(shè)置NCK PLC接口信號(hào)
PLC程序的設(shè)置：
axis1 設(shè)置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
DB31, ... ; DBX 29.5 = 1
Axis3置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
機(jī)床準(zhǔn)備好信號(hào)設(shè)置：
DB31, ... ; DBB101
第三步：設(shè)定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 為坐標(biāo)的最大值
參考點(diǎn)設(shè)置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
此坐標(biāo)數(shù)據(jù)的大小及關(guān)聯(lián)如下：
第四步：設(shè)置完成，調(diào)整機(jī)床參數(shù)匹配。
九、結(jié)束語(yǔ)
機(jī)床坐標(biāo)同步是實(shí)際應(yīng)用中實(shí)用的基礎(chǔ)技術(shù)，要根據(jù)所采用的機(jī)床剛性和結(jié)構(gòu)，采用不同的配置，才能達(dá)到所要達(dá)到的機(jī)床精度要求。
