数控机床龙门坐标同步研究

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。

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。

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

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。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。

③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。

4．2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
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

4．3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
同步轴组超出行程范围。

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
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 “Activatereferencing”=1和“ActivemachinefunctionREF”=1) “Traversingkey+/–”(DB31,...;DBX4.7/4.6)设置为1。

5．2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。

六、与同步相关的机床资料

6．1
MDNO.37100GANTRY_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)。

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“INCORRECTGANTRYMACHINEDATA”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
2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
13同步轴组3中的从动轴

6．2
MDNO.37110GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120GANTRY_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
1．开始同步组信号DB31,...DBX29.4;Startgantrysynchronization
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DB31,...DBX29.5;Startautomaticsynchronization
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DB31,...DBX101.2;Gantrytriplimitexceeded
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DB31,...DBX101.3;Gantrywarninglimitexceeded
同上。
3．同步轴同步开始DB31,...DBX101.4;Gantrysynchronizationreadytostart
4．同步轴组正在同步DB31,...DBX101.5;Gantrygroupingissynchronized

具体坐标同步信号如下表:

DB号 位 内容 通用信号 11-14 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 31,...; 29.4 开始同步信号 31,...; 29.5 没有自动同步 31,...; 101.2 同步行程极限 31,...; 101.3 同步警示极限 31,...; 101.4 同步准备好 31,...; 101.5 同步组已同步 31,...; 101.6 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:修改机床数据

第二步:设置NCKPLC接口信号
PLC程序的设置:
axis1设置:
DB31,...;DBX29.4=0
DB31,...;DBX29.5=1
Axis3置:
DB31,...;DBX29.4=0
机床准备好信号设置:
DB31,...;DBB101

第三步:设定MD37110:GANTRY_POS_TOL_WARNING和
37120:GANTRY_POS_TOL_ERROR为坐标的最大值
参考点设置MD37130: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

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。

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