龍門技術(shù)在數(shù)控落地銑鏜床上的應(yīng)用

沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司（遼寧 110142) 張秀印

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床行業(yè)也在進(jìn)行著持續(xù)不斷的技術(shù)創(chuàng)新。龍門雙驅(qū)技術(shù)不僅應(yīng)用在傳統(tǒng)的龍門機(jī)床，也逐漸應(yīng)用到落地銑鏜床上。我公司開發(fā)設(shè)計(jì)的FBC系列落地銑鏜床Y軸運(yùn)動(dòng)采用國(guó)際領(lǐng)先的雙電動(dòng)機(jī)+雙絲杠驅(qū)動(dòng)，大大提高了運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)床的穩(wěn)定性，為防止Y軸停電主軸箱下沉，特采用帶制動(dòng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，雙絲杠側(cè)均采用光柵尺，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，提高了Y軸的精度?，F(xiàn)以西門子840D系統(tǒng)為例對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1.龍門同步控制

龍門軸是機(jī)械耦合軸，由于是機(jī)械耦合，龍門軸的運(yùn)動(dòng)方向、速度總是一致的。數(shù)控系統(tǒng)直接控制的軸叫作主動(dòng)軸，跟隨主軸一同運(yùn)動(dòng)的軸叫作從動(dòng)軸。主動(dòng)軸和從動(dòng)軸共同組成龍門軸。主動(dòng)軸和從動(dòng)軸分別進(jìn)行實(shí)時(shí)位置反饋，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間的位置偏差，當(dāng)位置偏差超過(guò)實(shí)際機(jī)械容許極限值時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)取消龍門軸功能并停止主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)。

2.重心補(bǔ)償

重心驅(qū)動(dòng)技術(shù)基本原理是:當(dāng)作用在直線運(yùn)動(dòng)物體上的驅(qū)動(dòng)力偏離物體質(zhì)心時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加力矩，從而使該運(yùn)動(dòng)物體除了做直線運(yùn)動(dòng)外，還會(huì)產(chǎn)生附加的扭轉(zhuǎn)振動(dòng);當(dāng)驅(qū)動(dòng)力作用在物體質(zhì)心上時(shí)，運(yùn)動(dòng)體只沿導(dǎo)軌做直線運(yùn)動(dòng)而不會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。以落地銑鏜床的Y向 (滑板升降)為例，在升級(jí)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中Y軸需承載滑枕及主軸的重量，故其重心隨滑枕或主軸運(yùn)動(dòng)而不斷變化;若Y軸為單驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動(dòng)力的作用下將會(huì)產(chǎn)生俯仰力矩和偏轉(zhuǎn)力矩，在這兩個(gè)力矩的作用下，滑板在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)知的變形和振動(dòng)。為減小這種不確定的振動(dòng)對(duì)加工的影響，基于重心驅(qū)動(dòng)理論，提出了雙邊驅(qū)動(dòng)龍門結(jié)構(gòu) (見圖1)。雙邊驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是在滑板的兩側(cè)對(duì)稱施加驅(qū)動(dòng)力，以便盡可能減少重心偏移的影響，從而減小機(jī)床在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)，保證加工精度和加工表面質(zhì)量，并能通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)滑枕、主軸位移或滑枕前端安裝不同附件而產(chǎn)生的滑板重心變化進(jìn)行補(bǔ)償。

圖1 雙邊驅(qū)動(dòng)龍門結(jié)構(gòu)圖

3.功能調(diào)試步驟

(1)調(diào)整步驟簡(jiǎn)述。軸名稱定義:YL:主動(dòng)軸，YF:從動(dòng)軸。①電動(dòng)機(jī)脫開機(jī)床，在內(nèi)編 (即電動(dòng)機(jī)編碼器)生效的情況下，旋轉(zhuǎn)YL與YF電動(dòng)機(jī)，確認(rèn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相同。②電動(dòng)機(jī)安裝至機(jī)床后，在內(nèi)編 (即電動(dòng)機(jī)編碼器)生效的情況下，移動(dòng)龍門軸，觀察兩軸光柵尺反饋數(shù)值，確認(rèn)光柵尺方向，據(jù)此修改各軸參數(shù)MD32110(光柵尺反饋方向)。③在光柵尺生效下，移動(dòng)龍門軸，觀察負(fù)載等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

電動(dòng)機(jī)使能、抱閘和時(shí)序關(guān)系:動(dòng)作開始時(shí)，YL與YF電動(dòng)機(jī)使能激活，即:

YL與YF使能激活后，伺服模塊自動(dòng)輸出信號(hào)松開YL和YF電動(dòng)機(jī)抱閘。

(2)龍門軸調(diào)試前準(zhǔn)備工作:通用參數(shù)設(shè)定

MD31030:絲杠螺距

MD31050:傳動(dòng)比 (負(fù)載側(cè))

MD31060:傳動(dòng)比 (電動(dòng)機(jī)側(cè))

MD32100:軸運(yùn)動(dòng)方向 (龍門軸參數(shù)設(shè)定后，調(diào)整該參數(shù)保證兩軸電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相同)

MD32000:最大軸速度 (G00)

MD32010:手動(dòng)快速移動(dòng)速度

MD32020:JOG進(jìn)給速度

MD36200:速度監(jiān)控閥值 (設(shè)定值大于MD32000)

龍門軸設(shè)定參數(shù):龍門主從關(guān)系設(shè)定

YL(主動(dòng)軸):MD37100=1

YF(從動(dòng)軸):MD37100=11

龍門誤差設(shè)定:

MD37110:龍門軸同步誤差極限值

龍門軸返零完成后，系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)控主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間的實(shí)際位置誤差值，若超過(guò)參數(shù)設(shè)定值，DB36.DBX101.3置1，同時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警。

誤差值低于設(shè)定值時(shí)，報(bào)警和接口信號(hào)BDB36.DBX101.3自動(dòng)消失。

若MD37110=0，不會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

YL與YF該參數(shù)設(shè)定相同值。

MD37120:龍門軸移動(dòng)誤差極限值

龍門軸返零完成后，主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間實(shí)際位置誤差超過(guò)該設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警10653，同時(shí)軸停止移動(dòng)。

報(bào)警時(shí)，DB36.DBX101.2=1。

YL與YF該參數(shù)設(shè)定相同值。

MD37130:參考點(diǎn)未設(shè)定前，主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間誤差極限值

龍門軸未反零前，主從軸之間誤差超過(guò)參數(shù)設(shè)定值，系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警，龍門關(guān)系自動(dòng)取消，龍門軸移動(dòng)停止。

報(bào)警時(shí)，DB36.DBX101.2=1。

YL與YF該參數(shù)設(shè)定相同值。

以上參數(shù)設(shè)定通常參照如圖2關(guān)系。

圖2

PLC龍門誤差檢測(cè)

龍門關(guān)系取消:

MD37140=1:取消龍門關(guān)系。

MD37140=1時(shí)，取消兩軸龍門同步關(guān)系，對(duì)于本機(jī)床只可以單獨(dú)移動(dòng)主動(dòng)軸YL。

正常狀態(tài)下，兩軸MD37140=0。

確認(rèn)龍門電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向 (YL和YF電動(dòng)機(jī)脫開機(jī)床的情況下):

PLC參數(shù)DB100.DBX0.6=0:YL內(nèi)編生效

DB100.DBX1.0=0:YF內(nèi)編生效

MD30200=1(同時(shí)修改YL與YF的該參數(shù))

JOG方式下，選擇Y軸，按+或-按鍵移動(dòng)龍門電動(dòng)機(jī)，觀察兩電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，若方向不同，將其中任一軸參數(shù)MD32100內(nèi)數(shù)值取反，即若原參數(shù)內(nèi)是1，則取反為-1，若原參數(shù)內(nèi)是-1，則取反為1。再移動(dòng)龍門電動(dòng)機(jī)，觀察兩電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，確保電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相同。

確認(rèn)光柵尺反饋方向:執(zhí)行該步驟前確認(rèn)以下條件:電動(dòng)機(jī)安裝無(wú)誤;光柵尺安裝、接線無(wú)誤;W軸潤(rùn)滑良好。

PLC參數(shù)DB100.DBX0.6=0:YL內(nèi)編生效

DB100.DBX1.0=0:YF內(nèi)編生效

設(shè)定以下參數(shù) (以絕對(duì)編碼器舉例):

MD30200=2:編碼器個(gè)數(shù)

MD30240［1］ =4:編碼器類型

MD31000［1］ =1:直線光柵尺

MD31010［1］ =:節(jié)點(diǎn)距離

MD31040［1］ =1:編碼器安裝在機(jī)床上

MD34200［1］ =0:參考點(diǎn)返回模式

在JOG方式下，移動(dòng)Y軸，同時(shí)觀察YL與YF的第二編碼器反饋值，哪個(gè)軸的第二編碼器反饋值與運(yùn)動(dòng)方向不同，相應(yīng)將該軸的參數(shù)MD32110［1］數(shù)值取反，即若原參數(shù)內(nèi)是1，則取反為-1，若原參數(shù)內(nèi)是-1，則取反為1。

對(duì)于距離碼光柵尺，若 MD32110［1］ =-1，則 MD34320 ［1］ =1。

(3)參考點(diǎn)設(shè)定:絕對(duì)光柵尺設(shè)定與調(diào)整方法參數(shù)設(shè)定:

MD30200=2:編碼器個(gè)數(shù)

MD30240［1］ =4:編碼器類型

MD31000［1］ =1:光柵尺生效

MD31010［1］ =0.02:節(jié)點(diǎn)距離

MD31040［1］ =1:編碼器安裝在機(jī)床上

MD32110［1］:光柵尺反饋方向

MD34100［1］:參考點(diǎn)位置坐標(biāo)值

MD34200［1］ =1:參考點(diǎn)返回模式

PLC參數(shù)DB100.DBX0.6=1:YL第二編碼器生效

DB100.DBX1.0=1:YF第二編碼器生效

單獨(dú)調(diào)整龍門軸:同時(shí)修改 YL與 YF參數(shù)MD34210［1］ =0，再進(jìn)行NCK復(fù)位。修改從動(dòng)軸YF參數(shù)MD37140［1］ =1，再點(diǎn)擊顯示器右側(cè)軟鍵'設(shè)定數(shù)據(jù)有效'，再按一下面板RESET按鍵，此時(shí)龍門關(guān)系取消，只能單獨(dú)移動(dòng)YL軸。

確認(rèn)龍門取消方法:首先將進(jìn)給倍率開關(guān)調(diào)整到零，再選擇面板的Y軸，按下+或-按鍵，顯示器YL軸前顯示+或-符號(hào)，而YF無(wú)符號(hào)顯示，表明龍門已取消。此時(shí)，根據(jù)機(jī)械要求，在步進(jìn)方式下調(diào)整YL軸移動(dòng)，直至Y軸水平調(diào)整完畢。將YF參數(shù)MD37140［1］ =0，再點(diǎn)擊顯示器右側(cè)軟鍵'設(shè)定數(shù)據(jù)有效'，再按一下面板RESET按鍵，此時(shí)龍門同步生效。

距離碼光柵此設(shè)定與調(diào)整方法:參數(shù)設(shè)定 (以下參數(shù)，對(duì)于YL與YF設(shè)定相同值，取值見附表)

MD30200=2:編碼器個(gè)數(shù)

MD30240［1］ =1:編碼器類型

MD31000［1］ =0:光柵尺生效

MD31040［1］ =1:編碼器安裝在機(jī)床上

MD32110［1］ =:光柵尺反饋方向

MD34060:返參考點(diǎn)移動(dòng)距離

MD34200［1］ =3:參考點(diǎn)返回模式

MD34300［1］:參考標(biāo)記點(diǎn)間距

MD34310［1］:光柵信號(hào)節(jié)距

參數(shù)調(diào)度表（單位:mm)

MD34320［1］:測(cè)量系統(tǒng)方向相反

返參考點(diǎn)步驟:YL與YF參數(shù)MD34090清零。切換至JOG+REF方式，選擇Y軸，按一下+按鍵，Y軸向上運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)MD34060距離，Y軸移動(dòng)停止。此時(shí)YL與YF軸顯示不同的坐標(biāo)值。根據(jù)MD34320設(shè)定數(shù)值設(shè)定MD34090。

依據(jù)MD34320狀態(tài)有以下兩種設(shè)定情況:YL與YF參數(shù)MD34320設(shè)定值不同，即其中一軸設(shè)定值為0，另一軸設(shè)定值為1。在該情況下，將YL于YF的坐標(biāo)值其中一軸數(shù)值取反，然后交叉送入?yún)?shù)MD34090。YL與YF參數(shù)MD34320設(shè)定值相同，即兩軸設(shè)定值均為0，或均為1，若MD34320=0，將當(dāng)前兩軸的坐標(biāo)值送入各自的 MD34090內(nèi)。若MD34320=1，當(dāng)前兩軸的坐標(biāo)值取反送入各自的MD34090內(nèi)。再次返參考點(diǎn)操作，切換至JOG+REF方式，選擇Y軸，按一下+按鍵，Y軸向上運(yùn)動(dòng)，停止后，YL與YF坐標(biāo)值與MD34060內(nèi)設(shè)定數(shù)值相同，返零標(biāo)志出現(xiàn)。Y軸返零結(jié)束。

注意:返參考點(diǎn)成功后，務(wù)必設(shè)定Y軸軟超程參數(shù)。只設(shè)定主動(dòng)軸YL即可。

單獨(dú)調(diào)整龍門軸:根據(jù)MD34320設(shè)定值狀態(tài)，有以下兩種情況:YL與YF參數(shù)MD34320設(shè)定值相反將其中一軸的移動(dòng)距離值加到另一軸的MD34090內(nèi)。例如若要將YL軸向上單獨(dú)移動(dòng)2mm，則將YF的MD34090內(nèi)設(shè)定值加上2mm，在重新執(zhí)行返回參考點(diǎn)操作即可。YL與YF參數(shù)MD34320設(shè)定值相反將想要移動(dòng)的距離值加到自身的MD34090內(nèi)即可。例如要將YL軸向上單獨(dú)移動(dòng)2mm，則只需將YL的MD34090內(nèi)設(shè)定值加上2mm，在重新執(zhí)行返回參考點(diǎn)操作即可。

4.結(jié)語(yǔ)

采用雙電動(dòng)機(jī)、雙絲杠驅(qū)動(dòng)，雙光柵尺反饋構(gòu)成的龍門驅(qū)動(dòng)技術(shù)，增強(qiáng)了機(jī)床運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，提高了機(jī)床精度。