摘要：本文主要基于西門子840D系統(tǒng)與海德漢iTNC530系統(tǒng)，對龍門軸在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的比較分析。介紹了這兩種不同的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用到龍門軸的控制上的共性要求及不同的應(yīng)用特點(diǎn)，以供參考。

關(guān)鍵詞：龍門軸；西門子840D；海德漢iTNC530

引言

當(dāng)前，很多數(shù)控機(jī)床為了滿足某軸大力矩的要求，提高機(jī)床整體性能，從而應(yīng)用了龍門軸的控制方法。對于數(shù)控系統(tǒng)而言，應(yīng)用不同的數(shù)控系統(tǒng)來控制龍門軸會(huì)有不同技術(shù)特點(diǎn)，當(dāng)然，同時(shí)也會(huì)有相同的技術(shù)約定。本文主要分別針對西門子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。

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)，同時(shí)也給出了這兩種系統(tǒng)不同的應(yīng)用特點(diǎn)。這樣可以方便機(jī)床設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之初對機(jī)床結(jié)構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用做出恰當(dāng)?shù)倪x擇，從而進(jìn)一步提高機(jī)床的整體性能。

下面就以西門子840D系統(tǒng)和海德漢iTNC530系統(tǒng)為例，分別說明這兩種系統(tǒng)對于龍門軸的注意事項(xiàng)（共性）及調(diào)整方法：

1.西門子840D系統(tǒng)與海德漢iTNC530系統(tǒng)應(yīng)用于龍門軸的共性與比較

1.1龍門軸簡介

龍門軸無論是西門子數(shù)控系統(tǒng)還是海德漢數(shù)控系統(tǒng)其英文均定義為“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”作為介紹，配成一組的龍門軸可以同時(shí)移動(dòng)，并用相同的軸符號進(jìn)行加工編程，例如如圖1所示龍門結(jié)構(gòu)機(jī)床的X軸或串聯(lián)工作臺。

圖1所示的是龍門結(jié)構(gòu)的機(jī)床，其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，龍門軸都是由主動(dòng)軸和從動(dòng)軸組成的，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)檢測由主動(dòng)軸檢測量的實(shí)際坐標(biāo)與從動(dòng)軸測量到的實(shí)際坐標(biāo)的差值，當(dāng)差值過大時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，防止對數(shù)控機(jī)床造成硬件的損壞。

1.2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)

1.2.1需要設(shè)置的參數(shù)

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：首先需要設(shè)置通用參數(shù)MD19310，把其第0位置1，來激活龍門軸功能選項(xiàng)。

其次在軸參數(shù)MD37100 $MA_GANTRY_AXIS_TYPE中定義龍門軸組，在該參數(shù)中定義有哪些軸組成了龍門軸組，哪些軸為主動(dòng)軸，哪些軸為從動(dòng)軸，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，則X1軸對應(yīng)的MD37100 GANTRY_AXIS_TYPE[X1] = 1，要把X2軸設(shè)置成為從動(dòng)軸，則X2軸對應(yīng)的MD37100 GANTRY_AXIS_TYPE[X2] = 11，即同一組的從動(dòng)軸參數(shù)在主動(dòng)軸的參數(shù)基礎(chǔ)上加10。

接下來需要注意的是關(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)，分別為：MD37110 $MA_GANTRY_POS_TOL_WARNING，MD37120 $MA_GANTRY_POS_TOL_ERROR，MD37130 $MA_GANTRY_POS_TOL_REF，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)的輸出報(bào)警，保護(hù)數(shù)控機(jī)床。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，當(dāng)主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間的實(shí)際位置差值超過這兩個(gè)參數(shù)中的數(shù)值時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)NC會(huì)向PLC發(fā)出一個(gè)相應(yīng)的接口信號，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際情況在PLC側(cè)進(jìn)行處理。在這個(gè)過程中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。而MD37130是針對機(jī)床的龍門軸完成回零之前的一個(gè)參數(shù)，回零之前，當(dāng)主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間的實(shí)際位置差值超過這個(gè)參數(shù)中的數(shù)值時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，并且取消龍門軸的同步關(guān)系，同時(shí)NC會(huì)向PLC發(fā)出一個(gè)相應(yīng)的接口信號，同樣的，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際情況在PLC側(cè)進(jìn)行處理。

1.2.2參考點(diǎn)的坐標(biāo)調(diào)整

西門子840D系統(tǒng)龍門軸返回參考點(diǎn)的過程可以分為三步：

第一步：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)，在這一步中可以通過主動(dòng)軸的PLC接口信號DB31， ... DBX4.7/4.6來啟動(dòng)主動(dòng)軸回參考點(diǎn)。

第二步：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)的回參考點(diǎn)，在這個(gè)過程中，主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的關(guān)系會(huì)發(fā)生互換，即主動(dòng)軸會(huì)跟隨從動(dòng)軸移動(dòng)，等到從動(dòng)軸完成回參考點(diǎn)時(shí)，從動(dòng)軸會(huì)將主動(dòng)權(quán)交換給主動(dòng)軸。

第三步：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，在這一步中的操作順序會(huì)取決于回完參考點(diǎn)后主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間的差值，當(dāng)差值小于MD37100時(shí)，龍門軸的同步過程會(huì)自動(dòng)進(jìn)行，當(dāng)差值大于MD37100時(shí)，需要在PLC中激活“啟動(dòng)同步”的信號，來進(jìn)行龍門軸的同步，使主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間的差值接近于零。

1.2.3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concurrent POS軸（即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。

（4）一組龍門軸組中的從動(dòng)軸不能成為另一類型耦合組中的從動(dòng)軸。

（5）一組龍門軸組中的從動(dòng)軸不能定義為另一軸組中的主動(dòng)軸。

1.3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)

1.3.1需要設(shè)置的參數(shù)

對于海德漢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：

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，而與其對應(yīng)的主動(dòng)軸的軸號就是輸入1到9的阿拉伯?dāng)?shù)字。

1.3.2參考點(diǎn)的坐標(biāo)調(diào)整

MP860.x=0，輸入在從動(dòng)軸的參數(shù)中，在這時(shí)你可以選擇機(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，如果重新定義機(jī)床參考點(diǎn)，則只需要主動(dòng)軸穿越參考點(diǎn)，在這種情況下，同步監(jiān)控功能在機(jī)床啟動(dòng)之后開始生效。

MP860.x=1，同樣輸入到從動(dòng)軸的參數(shù)中，在這時(shí)你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)。在主動(dòng)軸與從動(dòng)軸均回完參考點(diǎn)后，軸方向上的偏移將會(huì)被修正，只有在這是，龍門軸的監(jiān)控功能才會(huì)被激活，在未回參考點(diǎn)之前，龍門軸的監(jiān)控功能是失效的。

具體如圖2所示的例子所示：（該龍門軸分別安裝了位置編碼器，并且從動(dòng)軸的位置編碼器與主動(dòng)軸的位置編碼器是鏡像反裝的。）

1.3.3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）同步補(bǔ)償?shù)膭?dòng)作不會(huì)被“NC停止”而中斷，機(jī)床緊急停止除外。

（5）如果主動(dòng)軸已經(jīng)完成參考點(diǎn)的穿越，這時(shí)出現(xiàn)了“NC停止”或機(jī)床緊急停止，但是從動(dòng)軸還沒有完成參考點(diǎn)的穿越，這時(shí)從動(dòng)軸只能通過面板上的方向鍵來完成參考點(diǎn)的穿越。

2.結(jié)束語

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)在多家公司的多款數(shù)控機(jī)床上得到應(yīng)用，并且控制效果良好，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。

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[5] Automatic Spindle Exchange G30. CyTec Zylindertechnik， 2009

作者簡介：隋海倬（1981-），男，碩士，工程師，講師，現(xiàn)任職于杭州技師學(xué)院，主要從事數(shù)控機(jī)床電氣方面的教學(xué)工作。