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       摘要：介紹了法國COMAU URANE 25 V3型加工中心的結構特點，通過研究840D數控系統中軸同步的原理及作用，分析了設備自帶同步程序，詳細介紹整個軸同步過程。

     1. 機床簡介

    法國COMAU URANE 25 V3型加工中心（見圖1），控制系統是西門子840D數控系統、采用Kessler的30 kW高速電主軸，X/Y/Z三個直線軸使用西門子直線電動機驅動，配備雙刀庫自動換刀，實現了機床高速加工。

     2. 機床結構特點

     進給軸控制刀具運動，使用雙直線電動機的龍門式框架結構，提高機床剛性，充分利用機床加工空間；回轉軸（A軸或B軸）用于工件的回轉和擺動；C軸是高速電主軸，轉速為18 000~24 000 r/min。機床軸結構如圖2所示。與傳統滾珠絲杠傳動方式比較，采用直線電動機的傳動方式具有以下明顯優勢：

     （1）減少中間傳動環節，提高伺服系統動態響應性能。
     （2）消除了機械產生的傳動間隙和誤差，定位更準確。
     （3） 減少了機械部件的摩擦，運動噪聲小。
     （4）能量消耗少，傳動效率高。

      直接驅動的直線軸與直接驅動的回轉軸相組合，使機床所有的運動軸具有較高的動態性能和調節特性，從而為高速度、高精度和高表面質量加工提供了最佳條件。

     3. 軸同步的原理

    （1）軸同步的起因：在機床實際加工中，X1/X2，Y1/Y2，Z1/Z2是各自作為一個軸參與編程動作。URANE 25型加工中心的840D數控系統中，Y1/Y2 是使用的同一伺服驅動及光柵尺，消除了控制與反饋的誤差，因此不需要考慮Y1/Y2的運行差異。Z1/Z2軸的控制方式與Y1/Y2相同，而X1/X2的控制方式是各自獨立控制的，因此，不可避免的會出現偏差。圖3是一個刀架結構布置的示意圖（主軸C的軸向位置），當數控系統發出指令讓主軸沿著X軸的方向移動到某一位置時，刀架理論的垂直方向中心線與實際的中心線并不一致 ，刀架出現了所謂的扭曲現象。這時實際的中心線 X2－X1≠0 ，造成這種現象的原因主要有：①龍門框架式的機床結構，由于重力的作用，造成機械結構的變形。②X1軸和X2軸導軌與
刀架的摩擦阻力不一樣，在機床高速移動時出現偏差。③X1軸和X2軸分別有各自的電動機和伺服驅動及光柵尺反饋裝置，存在出現偏差的可能。

                           圖 1 

                          圖 2 

                                 圖 3
 

    為了提高機床刀架的定位準確，并消除刀架的扭曲現象，可以通過在X1/X2間作一個補償，以保障X2－X1盡可能的等于零，以保障中心線的理論與實際位置盡可能的吻合，我們把這個補償的過程叫做“軸同步”。

    （2）同步功能的實現：840D數控系統中可以選擇懸垂補償功能（sag compensation），系統中將X1軸定義為基準軸，X2軸是補償軸，因此實際上是相對于X1軸而對X2軸
的補償（偏差可正可負)。通過軸參數的配置、補償文件的執行，實現了補償功能。COMAU URANE系列機床在840D數控系統的基礎上，開發了一個名為CEP_GANT的程序，使整個軸同步的過程更加簡單便捷。

     選擇幾個坐標點（例如5個或6個，由參數MD18342定義）的位置坐標實際值和電流值，根據這些坐標值和電流值的大小，數控系統可以判斷出這些坐標位置的誤差值和
導軌阻力的大小，然后對相應的坐標軸進行位置補償。以下程序是COMAU URANE系列機床的軸同步程序及解讀（紅色文字）：

      4. 軸同步的應用

    （1）什么情況需要軸同步？機床在初始安裝調試階段或更換X1、X2軸的導軌、電動機、光柵尺后是必需要做軸同步的。我們考慮的主要是在設備正常使用中，如：X1或X2軸在機床正常循環時，出現伺服回路的報警：“軸跟隨誤差”、“輪廓監控”、“驅動故障”等，往往會同時出現一些機床安全監控的報警。如果這些報警可以直接“復位”，或者在機床斷電后消失，機床又可以正常循環；并且機床的機械部分正常，導軌的潤滑是正常的,刀架移動是正常的等，即所有與X1和X2軸有關的機械部件狀態都是正常的，這個時候就可以考慮是否X1、X2的同步不好。兩種方法判斷：①自動循環時，觀察X1、X2的電流值，正常情況下，直線電動機的負載電流應<5%。②手動將X軸移動到兩端（URANE 25型機床坐標是20、780），按下“急停”后，查看X1、X2軸坐標，差值最大應在20~30 μm（兩端總是相反方向）。如果出現上述之一，就需要對X1、X2重新進行同步。

    （2）軸同步的步驟：①因是對X1、X2重新同步，首先需要取消X1和X2的s a g補償，修改參數PM32710 [0] = 0。② X1、X2補償取消：PM32700[0]=0。③按Reset健“//”或者選擇“激活參數”。④記錄同步前后電動機電流測量（見表1）。根據電流數據表設定的5個坐標點，移動X軸至行程中各不同點，并記錄X1和X2軸各點的電流值（進入該頁面：診斷/維修/驅動維修，實際電流的平均值）。⑤X1和X2同步前后測量值差值（見表2）。根據位置數據表設定的5個坐標點，移動X軸至行程中各不同點。在每個位置，按“急停”鍵，
切斷軸電源，記錄X1和X2軸的位置。⑥計算X1－X2的差值并且將其輸入程序CEP_GANT.mpf（在文件Piéces / Calibres下面），選擇并執行程序CEP_GANT.mpf（在在文件Pièces/Calibres下面），系統提示窗口顯示“Table active”，表示同步已執行完成。⑦重復④、⑤步，檢查補償后的效果，如表1、表2所示。⑧激活X2的s a g補償：PM32700[0]= 1。⑨激活X1和X2軸的補償：PM32710[0]=1。

                            表 1

                               表 2

     5. 結語

     對COMAU URANE 25 V3型加工中心軸同步應用過程的解析，我們深入了解了840D系統的軸同步功能實現過程。并通過解讀COMAU的同步程序及整個同步的過程，掌握軸同步的應用時機，對于處理COMAU同類型機床的故障提供了借鑒。當然，COMAU此類機床還有很多特有的功能，有待我們更進一步地探索研究。