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。
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