龍門技術(shù)在數(shù)控落地銑鏜床上的應(yīng)用

沈陽機床股份有限公司（遼寧 110142) 張秀印

隨著科學技術(shù)的不斷進步，機床行業(yè)也在進行著持續(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)的龍門機床，也逐漸應(yīng)用到落地銑鏜床上。我公司開發(fā)設(shè)計的FBC系列落地銑鏜床Y軸運動采用國際領(lǐng)先的雙電動機+雙絲杠驅(qū)動，大大提高了運動時機床的穩(wěn)定性，為防止Y軸停電主軸箱下沉，特采用帶制動的交流伺服電動機驅(qū)動，雙絲杠側(cè)均采用光柵尺，實現(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)為例對其進行簡單介紹。

1.龍門同步控制

龍門軸是機械耦合軸，由于是機械耦合，龍門軸的運動方向、速度總是一致的。數(shù)控系統(tǒng)直接控制的軸叫作主動軸，跟隨主軸一同運動的軸叫作從動軸。主動軸和從動軸共同組成龍門軸。主動軸和從動軸分別進行實時位置反饋，數(shù)控系統(tǒng)實時監(jiān)控主動軸和從動軸之間的位置偏差，當位置偏差超過實際機械容許極限值時，數(shù)控系統(tǒng)自動取消龍門軸功能并停止主動軸和從動軸的運動。

2.重心補償

重心驅(qū)動技術(shù)基本原理是:當作用在直線運動物體上的驅(qū)動力偏離物體質(zhì)心時，會產(chǎn)生一個附加力矩，從而使該運動物體除了做直線運動外，還會產(chǎn)生附加的扭轉(zhuǎn)振動;當驅(qū)動力作用在物體質(zhì)心上時，運動體只沿導軌做直線運動而不會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。以落地銑鏜床的Y向 (滑板升降)為例，在升級運動過程中Y軸需承載滑枕及主軸的重量，故其重心隨滑枕或主軸運動而不斷變化;若Y軸為單驅(qū)動結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動力的作用下將會產(chǎn)生俯仰力矩和偏轉(zhuǎn)力矩，在這兩個力矩的作用下，滑板在運動過程中將會出現(xiàn)不可預(yù)知的變形和振動。為減小這種不確定的振動對加工的影響，基于重心驅(qū)動理論，提出了雙邊驅(qū)動龍門結(jié)構(gòu) (見圖1)。雙邊驅(qū)動的特點是在滑板的兩側(cè)對稱施加驅(qū)動力，以便盡可能減少重心偏移的影響，從而減小機床在運動過程中的振動，保證加工精度和加工表面質(zhì)量，并能通過數(shù)控系統(tǒng)對滑枕、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行補償。

圖1 雙邊驅(qū)動龍門結(jié)構(gòu)圖

3.功能調(diào)試步驟

(1)調(diào)整步驟簡述。軸名稱定義:YL:主動軸，YF:從動軸。①電動機脫開機床，在內(nèi)編 (即電動機編碼器)生效的情況下，旋轉(zhuǎn)YL與YF電動機，確認電動機旋轉(zhuǎn)方向相同。②電動機安裝至機床后，在內(nèi)編 (即電動機編碼器)生效的情況下，移動龍門軸，觀察兩軸光柵尺反饋數(shù)值，確認光柵尺方向，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，移動龍門軸，觀察負載等運動狀態(tài)。

電動機使能、抱閘和時序關(guān)系:動作開始時，YL與YF電動機使能激活，即:

YL與YF使能激活后，伺服模塊自動輸出信號松開YL和YF電動機抱閘。

(2)龍門軸調(diào)試前準備工作:通用參數(shù)設(shè)定

MD31030:絲杠螺距

MD31050:傳動比 (負載側(cè))

MD31060:傳動比 (電動機側(cè))

MD32100:軸運動方向 (龍門軸參數(shù)設(shè)定后，調(diào)整該參數(shù)保證兩軸電動機旋轉(zhuǎn)方向相同)

MD32000:最大軸速度 (G00)

MD32010:手動快速移動速度

MD32020:JOG進給速度

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(主動軸):MD37100=1

YF(從動軸):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)隨時監(jiān)控主動軸和從動軸之間的實際位置誤差值，若超過參數(shù)設(shè)定值，DB36.DBX101.3置1，同時系統(tǒng)產(chǎn)生報警。

誤差值低于設(shè)定值時，報警和接口信號BDB36.DBX101.3自動消失。

若MD37110=0，不會產(chǎn)生報警。

YL與YF該參數(shù)設(shè)定相同值。

MD37120:龍門軸移動誤差極限值

龍門軸返零完成后，主動軸和從動軸之間實際位置誤差超過該設(shè)定值時，產(chǎn)生報警10653，同時軸停止移動。

報警時，DB36.DBX101.2=1。

YL與YF該參數(shù)設(shè)定相同值。

MD37130:參考點未設(shè)定前，主動軸和從動軸之間誤差極限值

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

報警時，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

龍門關(guān)系取消:

MD37140=1:取消龍門關(guān)系。

MD37140=1時，取消兩軸龍門同步關(guān)系，對于本機床只可以單獨移動主動軸YL。

正常狀態(tài)下，兩軸MD37140=0。

確認龍門電動機旋轉(zhuǎn)方向 (YL和YF電動機脫開機床的情況下):

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(同時修改YL與YF的該參數(shù))

JOG方式下，選擇Y軸，按+或-按鍵移動龍門電動機，觀察兩電動機旋轉(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。再移動龍門電動機，觀察兩電動機旋轉(zhuǎn)方向，確保電動機旋轉(zhuǎn)方向相同。

確認光柵尺反饋方向:執(zhí)行該步驟前確認以下條件:電動機安裝無誤;光柵尺安裝、接線無誤;W軸潤滑良好。

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) (以絕對編碼器舉例):

MD30200=2:編碼器個數(shù)

MD30240［1］ =4:編碼器類型

MD31000［1］ =1:直線光柵尺

MD31010［1］ =:節(jié)點距離

MD31040［1］ =1:編碼器安裝在機床上

MD34200［1］ =0:參考點返回模式

在JOG方式下，移動Y軸，同時觀察YL與YF的第二編碼器反饋值，哪個軸的第二編碼器反饋值與運動方向不同，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。

對于距離碼光柵尺，若 MD32110［1］ =-1，則 MD34320 ［1］ =1。

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

MD30200=2:編碼器個數(shù)

MD30240［1］ =4:編碼器類型

MD31000［1］ =1:光柵尺生效

MD31010［1］ =0.02:節(jié)點距離

MD31040［1］ =1:編碼器安裝在機床上

MD32110［1］:光柵尺反饋方向

MD34100［1］:參考點位置坐標值

MD34200［1］ =1:參考點返回模式

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

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

確認龍門取消方法:首先將進給倍率開關(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，而YF無符號顯示，表明龍門已取消。此時，根據(jù)機械要求，在步進方式下調(diào)整YL軸移動，直至Y軸水平調(diào)整完畢。將YF參數(shù)MD37140［1］ =0，再點擊顯示器右側(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)，對于YL與YF設(shè)定相同值，取值見附表)

MD30200=2:編碼器個數(shù)

MD30240［1］ =1:編碼器類型

MD31000［1］ =0:光柵尺生效

MD31040［1］ =1:編碼器安裝在機床上

MD32110［1］ =:光柵尺反饋方向

MD34060:返參考點移動距離

MD34200［1］ =3:參考點返回模式

MD34300［1］:參考標記點間距

MD34310［1］:光柵信號節(jié)距

參數(shù)調(diào)度表（單位:mm)

MD34320［1］:測量系統(tǒng)方向相反

返參考點步驟: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軸向上運動，移動MD34060距離，Y軸移動停止。此時YL與YF軸顯示不同的坐標值。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，將當前兩軸的坐標值送入各自的 MD34090內(nèi)。若MD34320=1，當前兩軸的坐標值取反送入各自的MD34090內(nèi)。再次返參考點操作，切換至JOG+REF方式，選擇Y軸，按一下+按鍵，Y軸向上運動，停止后，YL與YF坐標值與MD34060內(nèi)設(shè)定數(shù)值相同，返零標志出現(xiàn)。Y軸返零結(jié)束。

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

單獨調(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距離值加到另一軸的MD34090內(nèi)。例如若要將YL軸向上單獨移動2mm，則將YF的MD34090內(nèi)設(shè)定值加上2mm，在重新執(zhí)行返回參考點操作即可。YL與YF參數(shù)MD34320設(shè)定值相反將想要移動的距離值加到自身的MD34090內(nèi)即可。例如要將YL軸向上單獨移動2mm，則只需將YL的MD34090內(nèi)設(shè)定值加上2mm，在重新執(zhí)行返回參考點操作即可。

4.結(jié)語

采用雙電動機、雙絲杠驅(qū)動，雙光柵尺反饋構(gòu)成的龍門驅(qū)動技術(shù)，增強了機床運動時的穩(wěn)定性，提高了機床精度。