龍門軸在西門子與海德漢數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

王曉玉，姜宇，林劍鋒，仇健

（沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，沈陽(yáng)110142）

0 引 言

當(dāng)前，很多數(shù)控機(jī)床為了滿足某一個(gè)軸的大力矩要求，提高機(jī)床整體性能，應(yīng)用了龍門軸的控制方法。對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)而言，不同的數(shù)控系統(tǒng)控制龍門軸有不同技術(shù)特點(diǎn)，也會(huì)有相同的技術(shù)約定。本文主要分別針對(duì)西門子840D 系統(tǒng)和海德漢iTNC530 系統(tǒng)，將這兩種系統(tǒng)應(yīng)用于龍門結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。

1 龍門軸簡(jiǎn)介

1.1 龍門軸定義

龍門軸英文定義為“Gantry axis”，西門子多譯為“龍門軸”，而海德漢多譯為“同步軸”，本文以“龍門軸”作為統(tǒng)稱，一組龍門軸用相同的軸符號(hào)進(jìn)行加工編程，如圖1所示機(jī)床的X 軸即為龍門軸結(jié)構(gòu)。

X 軸由X1 軸和X2 軸組成龍門軸共同驅(qū)動(dòng)完成。其中X1 軸為主動(dòng)軸，X2 軸為從動(dòng)軸，主動(dòng)軸和從動(dòng)軸均有各自的位置環(huán)，只不過是從動(dòng)軸的目標(biāo)位置給定與主動(dòng)軸是一樣的，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)由主動(dòng)軸檢測(cè)量的實(shí)際坐標(biāo)與從動(dòng)軸測(cè)量到的實(shí)際坐標(biāo)的差值，防止對(duì)數(shù)控機(jī)床造成硬件的損壞。

1.2 應(yīng)用龍門軸的注意事項(xiàng)

不論是西門子840D 系統(tǒng)還是海德漢iTNC530 系統(tǒng)，如果機(jī)床需要配置成為龍門軸，則有以下注意事項(xiàng)：

1）龍門軸組中的各個(gè)軸不能分別單獨(dú)移動(dòng)。

2）龍門軸中從動(dòng)軸的名義值位置顯示，顯示的是龍門結(jié)構(gòu)中與之對(duì)應(yīng)的主動(dòng)軸的位置名義值。

3）機(jī)床制造商在編制PLC 程序的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)確保在主動(dòng)軸移動(dòng)之前，從動(dòng)軸已經(jīng)做好了移動(dòng)準(zhǔn)備，比如：伺服軸夾緊、松開、抱閘、軸進(jìn)給使能等。

4）對(duì)于從動(dòng)軸，其移動(dòng)方向沒有必要具體設(shè)置。

5）在配置龍門軸時(shí)，同一個(gè)軸不應(yīng)該同時(shí)設(shè)置成一組龍門結(jié)構(gòu)的主動(dòng)軸和另外一組龍門結(jié)構(gòu)的從動(dòng)軸。

2 基于西門子840D 系統(tǒng)龍門軸的參數(shù)設(shè)置及應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 參數(shù)設(shè)置

以圖1 所示的龍門機(jī)床為例，把X1 軸與X2 軸配置成龍門軸，需要設(shè)置的參數(shù)如下：

圖1 大型龍門數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

1）需要設(shè)置參數(shù)來激活龍門軸功能選項(xiàng)。

2）定義龍門軸組。西門子840D 系統(tǒng)一共可以定義8組龍門軸組，每組中可以定義1 個(gè)主動(dòng)軸，1 個(gè)或2 個(gè)從動(dòng)軸。在本例中要把X1 軸設(shè)置成為主動(dòng)軸，把X2 軸設(shè)置成為從動(dòng)軸，參數(shù)如下：

MD37100 GANTRY_AXIS_TYPE［X1］=1，

MD37100 GANTRY_AXIS_TYPE［X2］=11。

3）設(shè)置關(guān)于監(jiān)控龍門軸組主動(dòng)軸與從動(dòng)軸位置偏差的參數(shù)。通過這些參數(shù)，可以根據(jù)數(shù)控機(jī)床的實(shí)際情況，來設(shè)定不同范圍的報(bào)警值，恰當(dāng)而及時(shí)地輸出報(bào)警，保護(hù)數(shù)控機(jī)床。分別為：

MD37110$MA_GANTRY_POS_TOL_WARNING，

MD37120$MA_GANTRY_POS_TOL_ERROR，

MD37130$MA_GANTRY_POS_TOL_REF。

其中MD37110 與MD37120 均是當(dāng)機(jī)床的龍門軸組回零完成以后生效的，MD37110 觸發(fā)報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)取消龍門軸的同步關(guān)系，而當(dāng)MD37120 觸發(fā)報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)取消龍門軸的同步關(guān)系。

2.2 參考點(diǎn)的坐標(biāo)調(diào)整

西門子840D 系統(tǒng)龍門軸返回參考點(diǎn)的過程可以分為3 步：

第1 步：由龍門軸組中的主動(dòng)軸先回參考點(diǎn)，從動(dòng)軸不回，而是跟隨著主動(dòng)軸進(jìn)行移動(dòng)。

第2 步：只要主動(dòng)軸已經(jīng)完成回參考點(diǎn)，則從動(dòng)軸會(huì)自動(dòng)回參考點(diǎn)。

第3 步：當(dāng)龍門組中所有軸均完成回參考點(diǎn)時(shí)，它們必須用在主動(dòng)軸中事先定義好的參數(shù)進(jìn)行同步。

在這個(gè)過程中，初次調(diào)整時(shí)，主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間的實(shí)際坐標(biāo)值會(huì)相差很大，可以通過參數(shù)MD34090MA_REFP_MOVE_DIST_CORR，把這個(gè)差值輸入到MD34090 中進(jìn)行調(diào)整，這樣重新上電后，主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的坐標(biāo)就一樣了。

2.3 西門子系統(tǒng)應(yīng)用龍門軸的注意事項(xiàng)

1）龍門軸組中的從動(dòng)軸一定不能是主軸。

2）龍門軸組中的從動(dòng)軸一定不能是PLC 軸。

3）龍門軸組中的從動(dòng)軸一定不能被西門子動(dòng)態(tài)描述中所尋址。

3 基于海德漢iTNC530 系統(tǒng)龍門軸的參數(shù)設(shè)置及應(yīng)用特點(diǎn)

3.1 參數(shù)設(shè)置

對(duì)于海德漢iTNC530 系統(tǒng)，激活龍門軸，龍門組中的每一個(gè)軸的跟隨誤差控制及速度前饋控制都是仍然有效的，建立龍門組，參數(shù)設(shè)置如下：

分配一個(gè)從動(dòng)軸給主動(dòng)軸，MP850.x(其中x 為系統(tǒng)中設(shè)置的軸號(hào)），具體格式如下：

其中：在相應(yīng)的軸參數(shù)MP850.x，Input:后面輸入0，表示該軸為主動(dòng)軸，如果輸入的是1 到9 的阿拉伯?dāng)?shù)字，則表示該軸為從動(dòng)軸，而與其對(duì)應(yīng)的主動(dòng)軸的軸號(hào)就是輸入1 到9 的阿拉伯?dāng)?shù)字。

3.2 龍門軸之間的位置檢測(cè)

海德漢iTNC 監(jiān)控龍門組中軸之間的耦合，如果兩個(gè)軸之間的機(jī)床坐標(biāo)值存在差值（由跟隨誤差引起），海德漢iTNC 會(huì)顯示從動(dòng)軸報(bào)警：EXCESSIVE SERVO LAG IN ＜AXIS＞，這個(gè)LAG 值顯示了主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間的誤差。

3.3 參考點(diǎn)坐標(biāo)調(diào)整

1）MP860.x=0，輸入在從動(dòng)軸的參數(shù)中，此時(shí)可以選擇機(jī)床啟動(dòng)時(shí)的位置為龍門軸的同步參考點(diǎn)，主動(dòng)軸與從動(dòng)軸必須在同一位置。

2）MP860.x=1，同樣輸入到從動(dòng)軸的參數(shù)中，這時(shí)可以選擇穿越參考點(diǎn)之后的坐標(biāo)值為龍門軸的同步參考點(diǎn)，在穿越參考點(diǎn)之后，主動(dòng)軸與從動(dòng)軸必須定位同一個(gè)位置。默認(rèn)的設(shè)置可以通過參數(shù)MP960.x（機(jī)床坐標(biāo)值偏置）進(jìn)行修改，但在修改MP960.x 之前，需要設(shè)置MP860.x=0，這樣一來，在主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間將不會(huì)產(chǎn)生補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。

3.4 海德漢系統(tǒng)應(yīng)用龍門軸的注意事項(xiàng)

1）在MP1350.x 中，主動(dòng)軸與從動(dòng)軸必須設(shè)置相同的回參考點(diǎn)的方式。

2）在穿越參考點(diǎn)之后，從動(dòng)軸同步補(bǔ)償?shù)乃俣葢?yīng)該輸?shù)組P1330.x 中。

3）在MP1340.x 中，設(shè)置的是主動(dòng)軸與從動(dòng)軸回參考點(diǎn)的順序，主動(dòng)軸必須先于從動(dòng)軸。

4 結(jié) 語(yǔ)

目前，基于西門子840D 系統(tǒng)和海德漢iTNC530 系統(tǒng)的龍門軸控制方式，已經(jīng)在我公司的多款數(shù)控機(jī)床上得到應(yīng)用，控制效果良好。本文分別基于西門子840D 系統(tǒng)及海德漢iTNC530 系統(tǒng)，給出了龍門軸應(yīng)用這兩種系統(tǒng)時(shí)共性的注意事項(xiàng)及不同的應(yīng)用特點(diǎn)，以供大家參考。

［1］ Siemens DOConCD 2010［M］.西門子工業(yè)自動(dòng)化，2006.

［2］ Heidenhain Technical Manual iTNC530 en［M］.2007．