西门子840D龙门轴功能在数控机床中的应用

2013-08-22张玉萍辛世界

制造业自动化 2013年1期

张玉萍，辛世界，郭超，王宁

（山东理工大学机械工程学院，淄博 255049）

0 引言

随着工业的快速发展，人们对产品的各种机械性能的要求逐渐提高。在许多场合，一台电机的控制己经不能满足现代化高科技发展的要求，双机驱动同步轴控制的方案已经得到越来越广泛的应用。许多常用的数控系统提供了同步轴控制功能，如龙门轴功能和主从控制功能。本文以西门子840D的龙门轴功能为例，介绍龙门结构在数控机床中的应用。

1 龙门轴功能简介

西门子840D的GANTRY轴功能适用于机械上刚性连接的双边驱动的运动部件。它要求组成龙门轴的几个进给轴之间在机械上存在严格的联系，并且NC系统内部对各进给轴的位置和速度进行严格监控，防止对机械、驱动部分或零件进行损坏。

使用“龙门轴”功能，最多可以同时实现三对进给轴无机械偏差的运动。一个龙门轴组中至少包含两个轴：主动轴和从动轴，其中一个龙门轴组只能有一个主动轴，最多两个从动轴。它们之间相互独立，每个单元都有自己的位置检测系统，系统会随时监控主从动轴之间的位置差值，当差值达到一定值后，系统会输出报警信号，并自动停下龙门轴组的所有轴，防止损坏机床。

从编程角度来看，主动轴可以像一般NC轴一样进行编程操作，从动轴可以认为是不存在的，也不能对其进行编程[1]，它的运动与主动轴同步。

龙门轴接通电源后要保持同步，需立即进行“回参考点”操作，建立机床坐标。

图1 龙门轴同步控制原理图

龙门轴同步控制原理框图如图1所示。由图1可知，双电机共同驱动，主动轴和从动轴组成一个龙门轴组。在系统发出指令之前，主从动轴要进行回参考点操作，激活龙门轴功能。同步后，从动轴与主动轴一起移动，且主从动轴的位置实时进行比较，它们的位置偏差值，反馈给从动轴，与进给指令一起，调整从动轴的运动速度，从而保证从动轴与主动轴同步。

2 龙门轴参数设置

2.1 龙门轴基本参数设置

龙门轴机床数据参数如下：

1）MD37100 GANTRY-AXIS-TYPE：龙门轴定义，用来配置龙门轴。

2）MD37110 GANTRY-POS-TOLWARNING：龙门轴位置偏差报警极限。龙门轴回参考点结束后，系统会随时监控主从动轴之间的位置差值。机床参数MD37100设定差值极限，当差值超过设定值时，系统会发出报警信号，同时向PLC发出接口信号DB31.DBX101.3；差值小于报警值时，接口信号自动取消。

3）MD37120 GANTRY-POS-TOL-ERROR：龙门轴运行极限值。龙门轴回参考点结束后，当差值超过MD37120设定的极限值时，系统会发出报警信号，龙门轴组各轴停止运动，同时会向PLC发出接口信号DB31.DBX101.2，机床停止运行。

4）MD37130 GANTRY-POS-TOL-REF：龙门轴参考点的位置偏差的设定范围。龙门轴回参考点前，主从动轴的位置差值超过MD37130的设定值时，系统发出报警信号，龙门轴停止运动。

5）MD37140 GANTRY-BREAK-UP：取消龙门轴的轴配对。MD37140用来取消同步，设置好龙门轴组后，只要不用参数MD37140分开，龙门功能一直有效。37140=1时，龙门轴中的轴将成为独立的轴，分开移动。通常在调试及维修时常用这个参数。

在一个龙门轴组里，MD37110、MD37120、MD37130、MD37140的设定值都应相同。其中，参数设定值的大小应满足MD37110

2.2 龙门轴参数设置举例

X1为主动轴，X11为从动轴。参数设置如下：

X1轴：

MD37100 GANTRY-AXIS-TYPE=1

MD37110

GANTRY-POS-TOL-WARNING=1

MD37120 GANTRY-POS-TOL-ERROR=2

MD37130 GANTRY-POS-TOL-REF=50

MD37140 GANTRY-BREAK-UP=0

X11轴：

MD37100 GANTRY-AXIS-TYPE=11

MD37110 GANTRY-POS-TOL-WARNING=1

MD37120 GANTRY-POS-TOL-ERROR=2

MD37130 GANTRY-POS-TOL-REF=50

MD37140 GANTRY-BREAK-UP=0

3 龙门轴回参考点操作

龙门轴接通电源后就要立即保持同步，必须马上进行“回参考点”操作。龙门轴回参考点操作分三个步骤：1）主动轴先回参考点，从动轴跟随主动轴移动。主动轴到达参考点，输出到达信号“Reference / synchronized=1”。2）主动轴到达参考点后，从动轴自动回参考点运动，主动轴跟随从动轴移动。3）当龙门轴组的轴都回到参考点后，比较主动轴和从动轴的位置，如果位置偏差值不大于MD37100设定的报警极限，龙门轴自动移动到同步位置；如果位置偏差值大于报警极限，龙门轴不自动开始同步过程，输出等待同步启动信息“Wait for synchronization start”，由用户重新启动龙门轴同步过程[4]。