數控機床多軸同步控制方法
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在軸同步功能中由于控制對象和參量不同又存在位置同步、轉速同步、轉矩同步等不同類(lèi)型，它們適用于不同的場(chǎng)合。在不同的系統中，同步控制方法雖有所不同，但控制機理是一致的，因此應根據數控系統和機床的特點(diǎn)選擇合適的方案。
2、數控龍門(mén)銑鏜床雙軸同步控制方案
2.1 控制方案
XK2520×40數控龍門(mén)銑鏜床是我們引進(jìn)法國Forest-Line公司先進(jìn)技術(shù)，自行研制開(kāi)發(fā)的新型數控機床。該機床采用床身高架式橫梁移動(dòng)結構，橫梁沿床身導軌往復運動(dòng)為X軸，銑頭滑枕沿橫梁左右移動(dòng)為Y軸，銑頭滑枕沿溜板上下移動(dòng)為Z軸。數控系統選用法國NUM公司的NUM 1040M系統。該系統可帶8個(gè)數控軸，其中包括兩個(gè)主軸，具有四軸插補功能。伺服進(jìn)給系統選用西門(mén)子SIMODRIVE 611A交流伺服系統。該機床X軸采用兩個(gè)5.3kW西門(mén)子1FT5交流伺服電動(dòng)機，經(jīng)一級同步皮帶減速后帶動(dòng)滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)。X軸導向方式為滾動(dòng)導軌塊，位置檢測采用HEIDENHAIN精密光柵尺。
關(guān)于X軸的傳動(dòng)，在一臺同樣結構的數控機床上，我們曾經(jīng)采用由一個(gè)伺服電動(dòng)機經(jīng)齒輪箱減速后，由錐齒輪帶動(dòng)兩邊滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)結構。這種傳動(dòng)結構對編碼器的安裝位置要求頗高：若裝在絲杠端，由于間隙的原因則會(huì )出現位置環(huán)持續調整的情況，造成控制系統極不穩定，通常在電動(dòng)機軸端可以很明顯地觀(guān)察到由于控制系統調整靜態(tài)誤差而產(chǎn)生的振蕩；若裝在電動(dòng)機端，系統雖穩定，但由于傳動(dòng)間隙的原因，控制精度很難保證，因此必須采用折衷方案。最后采用的方案是將編碼器裝在三級齒輪減速箱的中間一級上，以獲得較好的精度和穩定性，但是這種方案降低了數控機床所應該具有的運行性能。為了使這臺XK2520達到應有的精度效率，我們決定對其X軸傳動(dòng)方案進(jìn)行改造。
我們采取的改造方案是將X軸改為雙電動(dòng)機雙邊驅動(dòng)，利用NUM 1040M系統的軸同步功能實(shí)現X軸雙邊同步。X軸兩條導軌側面各裝一條HEIDENHAIN精密光柵尺，兩讀數頭讀出的位置測量數據分別進(jìn)入X031信號放大器后，再反饋到數控系統。X軸作為兩CNC軸占用數控系統兩軸口，分別定義為X1和X2，并且定義X1為同步軸，X2為X1的被同步軸，兩軸構成同步軸對。具體控制及連線(xiàn)方式受篇幅所限不再詳細介紹。
2.2 調試方法與注意事項
(1) 調試方法
該機床所用的NUM 1040M數控系統中有關(guān)同步控制的機床參數有P27/P64/P28/P24。
P27：將數控軸定義為同步軸，并將被同步軸賦予同步軸，組成軸對。
P64：定義同步軸對。
P28：同步軸對的同步使能位，當同步使能位為1時(shí)，同步功能生效。
P24：定義同步軸特性。
被同步軸物理地址@
N0 } 同步閾值1(每軸1個(gè)字)缺省值160μm
...
N31
定義同步功能有效時(shí)的最大允許誤差。當超過(guò)此閾值時(shí)，系統產(chǎn)生一個(gè)誤差，但仍允許同步軸與它的被同步軸同步。
被同步軸物理地址@+32 N32 }
糾正因數1(每軸1個(gè)字)缺省值250μm
...
N63
定義同步誤差的糾正因數，它是同步誤差的千分比(1/1000)。
N64
同步閾值2(各軸共用1個(gè)字)
缺省值600μm
定義同步功能有效時(shí)的最大允許誤差。當超過(guò)此閾值時(shí)，系統取消同步功能，并強制停車(chē)。
在同步控制中此參數對調整同步特性非常重要，而且使用方便。通過(guò)調整同步閾值，可使機床運行達到理想的性能。但在設置此參數時(shí)，必須根據機床的機械剛性等要求時(shí)進(jìn)行估算。若閾值太高，有可能會(huì )對機床精度造成損害；若閾值太低，則機床在正常運行時(shí)就有可能超出同步誤差閾值而造成停車(chē)，影響機床的正常使用。
雙軸同步控制部分的調試步驟如下：在數控系統接入之前，必須先調節好伺服系統，即由速度環(huán)和電流環(huán)組成內環(huán)，使內環(huán)達到理想性能。方法是：將伺服系統與電動(dòng)機連接，通過(guò)短線(xiàn)等方法接入使能信號，使系統驅動(dòng)電動(dòng)機的條件滿(mǎn)足；進(jìn)給使能后，用電池接入給定信號；加給定信號，觀(guān)察電動(dòng)機轉向，調整跳線(xiàn)，使電動(dòng)機轉向正確；逐漸增加給定電壓，調整伺服參數，使電動(dòng)機達到理想性能。這一部分可在調試電氣控制柜時(shí)完成。
接入數控系統后，連接好位置環(huán)，系統構成位置、速度雙閉環(huán)系統。這時(shí)系統位置反饋極性尚未確定，只能通過(guò)實(shí)驗來(lái)確認。在進(jìn)行這一步時(shí)，應考慮同步電動(dòng)機轉向的匹配問(wèn)題，這是同步控制中必須重視的問(wèn)題。在單軸電動(dòng)機反饋方向確定后，還要考慮接入給定信號后電動(dòng)機的轉向與期望值相同，這需要綜合考慮數控系統中的給定信號極性、反饋極性、電動(dòng)機轉動(dòng)方向、伺服系統中的電動(dòng)機轉動(dòng)方向設定以及滾珠絲杠轉動(dòng)方向等因素。如在調試時(shí)忽略這些因素，就有可能對機床造成毀滅性的破壞。
至于，雙軸同步設定初步完成，接著(zhù)將編寫(xiě)好的自動(dòng)控制程序傳入數控系統中進(jìn)行綜合調試，仔細調整同步參數，以獲得理想的性能。
(2) 注意事項 在調試過(guò)程中應注意以下幾方面：
① 確保液壓、潤滑系統工作正常，這是機床運動(dòng)前的必須條件。
② 移動(dòng)軸時(shí)，以低速為佳。此時(shí)同步特性尚未達到最佳，需對伺服系統加速、減速、定位帶寬、放大系數等進(jìn)行細調，直到系統穩定工作，并能夠達到理想的定位精度和重復定位精度。
③ 在調試雙軸同步時(shí)，一定要安排好調試計劃，盡量避免盲目開(kāi)車(chē)，以免造成事故。例如，我們在調試伺服系統時(shí)，機械人員將橫梁從X軸一側移到另一側，而此時(shí)電氣調試人員在數控系統沒(méi)有接入的情況下，通過(guò)電池給伺服系統加給定信號移動(dòng)X(jué)軸。由于X軸移動(dòng)時(shí)沒(méi)有加位置檢測，在移動(dòng)過(guò)程中，橫梁發(fā)生傾斜，造成一軸模塊過(guò)載，電動(dòng)機停車(chē)；而另一軸電動(dòng)機繼續旋轉造成X軸導軌精度發(fā)生變化，由于發(fā)現及時(shí)，后經(jīng)機械人員調整恢復了精度。
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