龍門技術在數控落地銑鏜床上的應用

沈陽機床股份有限公司（遼寧 110142) 張秀印

隨著科學技術的不斷進步，機床行業也在進行著持續不斷的技術創新。龍門雙驅技術不僅應用在傳統的龍門機床，也逐漸應用到落地銑鏜床上。我公司開發設計的FBC系列落地銑鏜床Y軸運動采用國際領先的雙電動機+雙絲杠驅動，大大提高了運動時機床的穩定性，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動，雙絲杠側均采用光柵尺，實現全閉環控制，提高了Y軸的精度。現以西門子840D系統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。數控系統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，數控系統實時監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，數控系統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

重心驅動技術基本原理是:當作用在直線運動物體上的驅動力偏離物體質心時，會產生一個附加力矩，從而使該運動物體除了做直線運動外，還會產生附加的扭轉振動;當驅動力作用在物體質心上時，運動體只沿導軌做直線運動而不會產生扭轉振動。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軸為單驅動結構，在驅動力的作用下將會產生俯仰力矩和偏轉力矩，在這兩個力矩的作用下，滑板在運動過程中將會出現不可預知的變形和振動。為減小這種不確定的振動對加工的影響，基于重心驅動理論，提出了雙邊驅動龍門結構 (見圖1)。雙邊驅動的特點是在滑板的兩側對稱施加驅動力，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量，并能通過數控系統對滑枕、主軸位移或滑枕前端安裝不同附件而產生的滑板重心變化進行補償。

圖1 雙邊驅動龍門結構圖

3.功能調試步驟

(1)調整步驟簡述。軸名稱定義:YL:主動軸，YF:從動軸。①電動機脫開機床，在內編 (即電動機編碼器)生效的情況下，旋轉YL與YF電動機，確認電動機旋轉方向相同。②電動機安裝至機床后，在內編 (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值，確認光柵尺方向，據此修改各軸參數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。

電動機使能、抱閘和時序關系: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)龍門軸調試前準備工作:通用參數設定

MD31030:絲杠螺距

MD31050:傳動比 (負載側)

MD31060:傳動比 (電動機側)

MD32100:軸運動方向 (龍門軸參數設定后，調整該參數保證兩軸電動機旋轉方向相同)

MD32000:最大軸速度 (G00)

MD32010:手動快速移動速度

MD32020:JOG進給速度

MD36200:速度監控閥值 (設定值大于MD32000)

龍門軸設定參數:龍門主從關系設定

YL(主動軸):MD37100=1

YF(從動軸):MD37100=11

龍門誤差設定:

MD37110:龍門軸同步誤差極限值

龍門軸返零完成后，系統隨時監控主動軸和從動軸之間的實際位置誤差值，若超過參數設定值，DB36.DBX101.3置1，同時系統產生報警。

誤差值低于設定值時，報警和接口信號BDB36.DBX101.3自動消失。

若MD37110=0，不會產生報警。

YL與YF該參數設定相同值。

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定值時，產生報警10653，同時軸停止移動。

報警時，DB36.DBX101.2=1。

YL與YF該參數設定相同值。

MD37130:參考點未設定前，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設定值，系統產生報警，龍門關系自動取消，龍門軸移動停止。

報警時，DB36.DBX101.2=1。

YL與YF該參數設定相同值。

以上參數設定通常參照如圖2關系。

圖2

PLC龍門誤差檢測

龍門關系取消:

MD37140=1:取消龍門關系。

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

正常狀態下，兩軸MD37140=0。

確認龍門電動機旋轉方向 (YL和YF電動機脫開機床的情況下):

PLC參數DB100.DBX0.6=0:YL內編生效

DB100.DBX1.0=0:YF內編生效

MD30200=1(同時修改YL與YF的該參數)

JOG方式下，選擇Y軸，按+或-按鍵移動龍門電動機，觀察兩電動機旋轉方向，若方向不同，將其中任一軸參數MD32100內數值取反，即若原參數內是1，則取反為-1，若原參數內是-1，則取反為1。再移動龍門電動機，觀察兩電動機旋轉方向，確保電動機旋轉方向相同。

確認光柵尺反饋方向:執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DB100.DBX0.6=0:YL內編生效

DB100.DBX1.0=0:YF內編生效

設定以下參數 (以絕對編碼器舉例):

MD30200=2:編碼器個數

MD30240［1］ =4:編碼器類型

MD31000［1］ =1:直線光柵尺

MD31010［1］ =:節點距離

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，相應將該軸的參數MD32110［1］數值取反，即若原參數內是1，則取反為-1，若原參數內是-1，則取反為1。

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

(3)參考點設定:絕對光柵尺設定與調整方法參數設定:

MD30200=2:編碼器個數

MD30240［1］ =4:編碼器類型

MD31000［1］ =1:光柵尺生效

MD31010［1］ =0.02:節點距離

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

單獨調整龍門軸:同時修改 YL與 YF參數MD34210［1］ =0，再進行NCK復位。修改從動軸YF參數MD37140［1］ =1，再點擊顯示器右側軟鍵'設定數據有效'，再按一下面板RESET按鍵，此時龍門關系取消，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調整到零，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，根據機械要求，在步進方式下調整YL軸移動，直至Y軸水平調整完畢。將YF參數MD37140［1］ =0，再點擊顯示器右側軟鍵'設定數據有效'，再按一下面板RESET按鍵，此時龍門同步生效。

距離碼光柵此設定與調整方法:參數設定 (以下參數，對于YL與YF設定相同值，取值見附表)

MD30200=2:編碼器個數

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］:光柵信號節距

參數調度表（單位:mm)

MD34320［1］:測量系統方向相反

返參考點步驟:YL與YF參數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MD34320設定數值設定MD34090。

依據MD34320狀態有以下兩種設定情況:YL與YF參數MD34320設定值不同，即其中一軸設定值為0，另一軸設定值為1。在該情況下，將YL于YF的坐標值其中一軸數值取反，然后交叉送入參數MD34090。YL與YF參數MD34320設定值相同，即兩軸設定值均為0，或均為1，若MD34320=0，將當前兩軸的坐標值送入各自的 MD34090內。若MD34320=1，當前兩軸的坐標值取反送入各自的MD34090內。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內設定數值相同，返零標志出現。Y軸返零結束。

注意:返參考點成功后，務必設定Y軸軟超程參數。只設定主動軸YL即可。

單獨調整龍門軸:根據MD34320設定值狀態，有以下兩種情況:YL與YF參數MD34320設定值相反將其中一軸的移動距離值加到另一軸的MD34090內。例如若要將YL軸向上單獨移動2mm，則將YF的MD34090內設定值加上2mm，在重新執行返回參考點操作即可。YL與YF參數MD34320設定值相反將想要移動的距離值加到自身的MD34090內即可。例如要將YL軸向上單獨移動2mm，則只需將YL的MD34090內設定值加上2mm，在重新執行返回參考點操作即可。

4.結語

采用雙電動機、雙絲杠驅動，雙光柵尺反饋構成的龍門驅動技術，增強了機床運動時的穩定性，提高了機床精度。