龙门技术在数控落地铣镗床上的应用
2014-04-09沈阳机床股份有限公司辽宁110142张秀印
沈阳机床股份有限公司（辽宁 110142) 张秀印
随着科学技术的不断进步，机床行业也在进行着持续不断的技术创新。龙门双驱技术不仅应用在传统的龙门机床，也逐渐应用到落地铣镗床上。我公司开发设计的FBC系列落地铣镗床Y轴运动采用国际领先的双电动机+双丝杠驱动，大大提高了运动时机床的稳定性，为防止Y轴停电主轴箱下沉，特采用带制动的交流伺服电动机驱动，双丝杠侧均采用光栅尺，实现全闭环控制，提高了Y轴的精度。现以西门子840D系统为例对其进行简单介绍。
1.龙门同步控制
龙门轴是机械耦合轴，由于是机械耦合，龙门轴的运动方向、速度总是一致的。数控系统直接控制的轴叫作主动轴，跟随主轴一同运动的轴叫作从动轴。主动轴和从动轴共同组成龙门轴。主动轴和从动轴分别进行实时位置反馈，数控系统实时监控主动轴和从动轴之间的位置偏差，当位置偏差超过实际机械容许极限值时，数控系统自动取消龙门轴功能并停止主动轴和从动轴的运动。
2.重心补偿
重心驱动技术基本原理是:当作用在直线运动物体上的驱动力偏离物体质心时，会产生一个附加力矩，从而使该运动物体除了做直线运动外，还会产生附加的扭转振动;当驱动力作用在物体质心上时，运动体只沿导轨做直线运动而不会产生扭转振动。以落地铣镗床的Y向 (滑板升降)为例，在升级运动过程中Y轴需承载滑枕及主轴的重量，故其重心随滑枕或主轴运动而不断变化;若Y轴为单驱动结构，在驱动力的作用下将会产生俯仰力矩和偏转力矩，在这两个力矩的作用下，滑板在运动过程中将会出现不可预知的变形和振动。为减小这种不确定的振动对加工的影响，基于重心驱动理论，提出了双边驱动龙门结构 (见图1)。双边驱动的特点是在滑板的两侧对称施加驱动力，以便尽可能减少重心偏移的影响，从而减小机床在运动过程中的振动，保证加工精度和加工表面质量，并能通过数控系统对滑枕、主轴位移或滑枕前端安装不同附件而产生的滑板重心变化进行补偿。
图1 双边驱动龙门结构图
3.功能调试步骤
(1)调整步骤简述。轴名称定义:YL:主动轴，YF:从动轴。①电动机脱开机床，在内编 (即电动机编码器)生效的情况下，旋转YL与YF电动机，确认电动机旋转方向相同。②电动机安装至机床后，在内编 (即电动机编码器)生效的情况下，移动龙门轴，观察两轴光栅尺反馈数值，确认光栅尺方向，据此修改各轴参数MD32110(光栅尺反馈方向)。③在光栅尺生效下，移动龙门轴，观察负载等运动状态。
电动机使能、抱闸和时序关系:动作开始时，YL与YF电动机使能激活，即:
YL与YF使能激活后，伺服模块自动输出信号松开YL和YF电动机抱闸。
(2)龙门轴调试前准备工作:通用参数设定
MD31030:丝杠螺距
MD31050:传动比 (负载侧)
MD31060:传动比 (电动机侧)
MD32100:轴运动方向 (龙门轴参数设定后，调整该参数保证两轴电动机旋转方向相同)
MD32000:最大轴速度 (G00)
MD32010:手动快速移动速度
MD32020:JOG进给速度
MD36200:速度监控阀值 (设定值大于MD32000)
龙门轴设定参数:龙门主从关系设定
YL(主动轴):MD37100=1
YF(从动轴):MD37100=11
龙门误差设定:
MD37110:龙门轴同步误差极限值
龙门轴返零完成后，系统随时监控主动轴和从动轴之间的实际位置误差值，若超过参数设定值，DB36.DBX101.3置1，同时系统产生报警。
误差值低于设定值时，报警和接口信号BDB36.DBX101.3自动消失。
若MD37110=0，不会产生报警。
YL与YF该参数设定相同值。
MD37120:龙门轴移动误差极限值
龙门轴返零完成后，主动轴和从动轴之间实际位置误差超过该设定值时，产生报警10653，同时轴停止移动。
报警时，DB36.DBX101.2=1。
YL与YF该参数设定相同值。
MD37130:参考点未设定前，主动轴和从动轴之间误差极限值
龙门轴未反零前，主从轴之间误差超过参数设定值，系统产生报警，龙门关系自动取消，龙门轴移动停止。
报警时，DB36.DBX101.2=1。
YL与YF该参数设定相同值。
以上参数设定通常参照如图2关系。
图2
PLC龙门误差检测
龙门关系取消:
MD37140=1:取消龙门关系。
MD37140=1时，取消两轴龙门同步关系，对于本机床只可以单独移动主动轴YL。
正常状态下，两轴MD37140=0。
确认龙门电动机旋转方向 (YL和YF电动机脱开机床的情况下):
PLC参数DB100.DBX0.6=0:YL内编生效
DB100.DBX1.0=0:YF内编生效
MD30200=1(同时修改YL与YF的该参数)
JOG方式下，选择Y轴，按+或-按键移动龙门电动机，观察两电动机旋转方向，若方向不同，将其中任一轴参数MD32100内数值取反，即若原参数内是1，则取反为-1，若原参数内是-1，则取反为1。再移动龙门电动机，观察两电动机旋转方向，确保电动机旋转方向相同。
确认光栅尺反馈方向:执行该步骤前确认以下条件:电动机安装无误;光栅尺安装、接线无误;W轴润滑良好。
PLC参数DB100.DBX0.6=0:YL内编生效
DB100.DBX1.0=0:YF内编生效
设定以下参数 (以绝对编码器举例):
MD30200=2:编码器个数
MD30240［1］ =4:编码器类型
MD31000［1］ =1:直线光栅尺
MD31010［1］ =:节点距离
MD31040［1］ =1:编码器安装在机床上
MD34200［1］ =0:参考点返回模式
在JOG方式下，移动Y轴，同时观察YL与YF的第二编码器反馈值，哪个轴的第二编码器反馈值与运动方向不同，相应将该轴的参数MD32110［1］数值取反，即若原参数内是1，则取反为-1，若原参数内是-1，则取反为1。
对于距离码光栅尺，若 MD32110［1］ =-1，则 MD34320 ［1］ =1。
(3)参考点设定:绝对光栅尺设定与调整方法参数设定:
MD30200=2:编码器个数
MD30240［1］ =4:编码器类型
MD31000［1］ =1:光栅尺生效
MD31010［1］ =0.02:节点距离
MD31040［1］ =1:编码器安装在机床上
MD32110［1］:光栅尺反馈方向
MD34100［1］:参考点位置坐标值
MD34200［1］ =1:参考点返回模式
PLC参数DB100.DBX0.6=1:YL第二编码器生效
DB100.DBX1.0=1:YF第二编码器生效
单独调整龙门轴:同时修改 YL与 YF参数MD34210［1］ =0，再进行NCK复位。修改从动轴YF参数MD37140［1］ =1，再点击显示器右侧软键'设定数据有效'，再按一下面板RESET按键，此时龙门关系取消，只能单独移动YL轴。
确认龙门取消方法:首先将进给倍率开关调整到零，再选择面板的Y轴，按下+或-按键，显示器YL轴前显示+或-符号，而YF无符号显示，表明龙门已取消。此时，根据机械要求，在步进方式下调整YL轴移动，直至Y轴水平调整完毕。将YF参数MD37140［1］ =0，再点击显示器右侧软键'设定数据有效'，再按一下面板RESET按键，此时龙门同步生效。
距离码光栅此设定与调整方法:参数设定 (以下参数，对于YL与YF设定相同值，取值见附表)
MD30200=2:编码器个数
MD30240［1］ =1:编码器类型
MD31000［1］ =0:光栅尺生效
MD31040［1］ =1:编码器安装在机床上
MD32110［1］ =:光栅尺反馈方向
MD34060:返参考点移动距离
MD34200［1］ =3:参考点返回模式
MD34300［1］:参考标记点间距
MD34310［1］:光栅信号节距
参数调度表（单位:mm)
MD34320［1］:测量系统方向相反
返参考点步骤:YL与YF参数MD34090清零。切换至JOG+REF方式，选择Y轴，按一下+按键，Y轴向上运动，移动MD34060距离，Y轴移动停止。此时YL与YF轴显示不同的坐标值。根据MD34320设定数值设定MD34090。
依据MD34320状态有以下两种设定情况:YL与YF参数MD34320设定值不同，即其中一轴设定值为0，另一轴设定值为1。在该情况下，将YL于YF的坐标值其中一轴数值取反，然后交叉送入参数MD34090。YL与YF参数MD34320设定值相同，即两轴设定值均为0，或均为1，若MD34320=0，将当前两轴的坐标值送入各自的 MD34090内。若MD34320=1，当前两轴的坐标值取反送入各自的MD34090内。再次返参考点操作，切换至JOG+REF方式，选择Y轴，按一下+按键，Y轴向上运动，停止后，YL与YF坐标值与MD34060内设定数值相同，返零标志出现。Y轴返零结束。
注意:返参考点成功后，务必设定Y轴软超程参数。只设定主动轴YL即可。
单独调整龙门轴:根据MD34320设定值状态，有以下两种情况:YL与YF参数MD34320设定值相反将其中一轴的移动距离值加到另一轴的MD34090内。例如若要将YL轴向上单独移动2mm，则将YF的MD34090内设定值加上2mm，在重新执行返回参考点操作即可。YL与YF参数MD34320设定值相反将想要移动的距离值加到自身的MD34090内即可。例如要将YL轴向上单独移动2mm，则只需将YL的MD34090内设定值加上2mm，在重新执行返回参考点操作即可。
4.结语
采用双电动机、双丝杠驱动，双光栅尺反馈构成的龙门驱动技术，增强了机床运动时的稳定性，提高了机床精度。
