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1 引言 在机床传动结构中，经常需要实现双轴(或多轴)同步传动，如龙门框架移动式机床的龙门框架移动控制等。采用一台电机通过传动链将运动分配到同步运动轴的方案，虽可实现同步骡动.但存在传动链较长、间隙误差大且无法补偿等间题.本文在开发数控玻璃雕刻加工中心时。选用法国NUM公司的NUM1040M数控系统，通过两台交流伺服电机分别驱动龙门框架的两个轴，通过参数的设置及实验调整，实现了大跨度5m龙门结构双轴位移的精确同步控制: 2 采用双交流伺服电机实现双轴位置同步控制的结构 交流伺服驱动系统具有体积小重量轻、动作反应快、过载能力大、调速范围宽等优点，能提供高的动态响应和扭矩，在机器人、数控机床等领域已得到非常广泛的应用。 图1所示的是采用交流伺服驱动装置的数控机床双轴运动同步控制的结构图，其基本工作原理是:将两个同方向运动的进给轴，一个设定为主动轴，另一个设定为从动轴。由一个伺服驱动器，一个伺服电机、一个位置反馈装置及CNC位置控制单元组成主动轴伺服运动控制回路，同时由另一个伺服驱动器，另一个伺服电机、另一个位置反馈装置及CNC位置控制单元组成从动轴伺服运动控制回路。CNC的位置控制单元同时向主动轴及从动轴的伺服控制回路发出位置饲服运动指令。两个位置反馈装置的反馈信号除了送回各自的伺服驱动器比较环外，还送人CNC内部的一个数字比较器进行差值比较，该差值送人从动轴伺服控制回路的输入端，与CNC位置控制单元发来的位置伺服指令进行比较。两个位置反馈装置的反馈信号差俏就是主动轴与从动轴的同步误差，差值为零时，表明两个轴的位置完全同步。
3 用NUM数控系统实现双轴同步控制 本项目研发的数控玻璃雕刻加工中心采用了龙门式结构，具有 C、X、Y1、Y2 ,Z五个伺服运动轴，该加工中心的磨头座沿横梁导轨往复运动方向设定为X轴，两横梁座沿机床床身导轨运动方向分别为Y,轴和f'}轴，磨头沿磨头座垂直运动方向为Z轴，C轴为磨头的旋转轴，系统具有5轴4联动功能;其中Y1、Y2轴为同步运动轴，分别驱动两个交流何服电机同步带动龙门框架运动，行程为2m,Y1、Y2两轴的跨度5m，如图2所示。
该设备中选用法国NUM公司的MDLA2型伺服驱动器、BMH型交流何服电机、NUM1040数控系统。系统具有很强的开放性特征，对尸参数的设置是其开放性的特征之一，NUM1040系统中共115个P参数，通过修改P参数就可实现对控制系统的配置。用户可在NUM专用软件的环境下，方便、快捷的通过尸参数对系统进行配置与调整，亦可不借助任何软件及工具，在线修改P参数。NUN系统中，多轴同步控制的功能也是通过设定尸参数实现的。 与同步轴控制有关的P参数有P24、P27、P28等，具体含义如表1所示。
连接好伺服轴控制电路后，通过只可定义系统中伺服控制轴的地址，本系统中设定了C、X、 Y1、Y2、Z轴的地址分别为0, 1, 2, 3, 4。 1 引言 在机床传动结构中，经常需要实现双轴(或多轴)同步传动，如龙门框架移动式机床的龙门框架移动控制等。采用一台电机通过传动链将运动分配到同步运动轴的方案，虽可实现同步骡动.但存在传动链较长、间隙误差大且无法补偿等间题.本文在开发数控玻璃雕刻加工中心时。选用法国NUM公司的NUM1040M数控系统，通过两台交流伺服电机分别驱动龙门框架的两个轴，通过参数的设置及实验调整，实现了大跨度5m龙门结构双轴位移的精确同步控制: 2 采用双交流伺服电机实现双轴位置同步控制的结构 交流伺服驱动系统具有体积小重量轻、动作反应快、过载能力大、调速范围宽等优点，能提供高的动态响应和扭矩，在机器人、数控机床等领域已得到非常广泛的应用。 图1所示的是采用交流伺服驱动装置的数控机床双轴运动同步控制的结构图，其基本工作原理是:将两个同方向运动的进给轴，一个设定为主动轴，另一个设定为从动轴。由一个伺服驱动器，一个伺服电机、一个位置反馈装置及CNC位置控制单元组成主动轴伺服运动控制回路，同时由另一个伺服驱动器，另一个伺服电机、另一个位置反馈装置及CNC位置控制单元组成从动轴伺服运动控制回路。CNC的位置控制单元同时向主动轴及从动轴的伺服控制回路发出位置饲服运动指令。两个位置反馈装置的反馈信号除了送回各自的伺服驱动器比较环外，还送人CNC内部的一个数字比较器进行差值比较，该差值送人从动轴伺服控制回路的输入端，与CNC位置控制单元发来的位置伺服指令进行比较。两个位置反馈装置的反馈信号差俏就是主动轴与从动轴的同步误差，差值为零时，表明两个轴的位置完全同步。
3 用NUM数控系统实现双轴同步控制 本项目研发的数控玻璃雕刻加工中心采用了龙门式结构，具有 C、X、Y1、Y2 ,Z五个伺服运动轴，该加工中心的磨头座沿横梁导轨往复运动方向设定为X轴，两横梁座沿机床床身导轨运动方向分别为Y,轴和f'}轴，磨头沿磨头座垂直运动方向为Z轴，C轴为磨头的旋转轴，系统具有5轴4联动功能;其中Y1、Y2轴为同步运动轴，分别驱动两个交流何服电机同步带动龙门框架运动，行程为2m,Y1、Y2两轴的跨度5m，如图2所示。
该设备中选用法国NUM公司的MDLA2型伺服驱动器、BMH型交流何服电机、NUM1040数控系统。系统具有很强的开放性特征，对尸参数的设置是其开放性的特征之一，NUM1040系统中共115个P参数，通过修改P参数就可实现对控制系统的配置。用户可在NUM专用软件的环境下，方便、快捷的通过尸参数对系统进行配置与调整，亦可不借助任何软件及工具，在线修改P参数。NUN系统中，多轴同步控制的功能也是通过设定尸参数实现的。 与同步轴控制有关的P参数有P24、P27、P28等，具体含义如表1所示。
连接好伺服轴控制电路后，通过只可定义系统中伺服控制轴的地址，本系统中设定了C、X、 Y1、Y2、Z轴的地址分别为0, 1, 2, 3, 4。 P24参数由65个无符号十进制数组成(字N0~N64)，其中字N0~N31分别指定0~31号轴地址的同步阀值1，该值表示同步控制中的最大允许误差(以内部测量单位表示)，缺省值为160。当超过同步阀值时，系统发出超差信息，但继续驱动从动轴运动。字心一编指定0~31号轴的校正系数(以1/1001)为单位)，其缺省值为250。无误差信号进人从动轴伺服比较环时，即表示同步过程已经完成。N64为同步阀值2，用于设定所有轴共同的最大同步误差(用内部测量单位表示)。同步过程误差超过所设定的值时，系统报警，并停止伺服运动轴的运动。 在同步控制中，参数N64的设置会影响双轴同步控制的性能。若选用较大的阀值，会导致机床同步控制精度降低;若阀值选用过低，则会导致机床在允许加工精度范围内正常运行时，经常出现因超出同步误差阀值而报警停车的现象，从而影响机床正常运行。该值须通过实际调试确定，在允许的加工精度前提下，N64同步阑值应尽可能取较大的值。 P27参数用于将一个从动轴分配到所设定的主驱动轴，这种分配有三种不同的类型:第一，简单关联，将主驱动轴的对应控制量复制到从动轴上;第二，对称关联，将主驱动轴的对应控制量求反后复制到从动轴上;第三，同步关联，其运算式为“主驱动轴的对应控制量准+校正值二从动轴的对应控制量”。所研制的系统中采用简单关联类型，即将Y,主驱动轴的对应控制量复制到Yx从动轴上，如表2所示。
P28参数用于使主驱动轴和从动轴的同步功能有效，它是一个32位的十六进制数。如果同步轴关联使能位的值为1，则在参数P27中申报的从动轴与其对应的主驱动轴同
4 双轴同步运动控制特性的调试 初步设定好Y1 , Y2轴的同步功能的P参数后，可进行调试实验。现场试验结果表明，当速度环的控制要求满足时，还不能实现高速率下两轴的动态精密同步进给控制，需要对伺服驱动、数控系统的内环(速度环)及外环(位置环)参数进行综合调整，以获得好的控制性能。以下为实际中采用的调试步骤及参数选择的过程: (1)初步确定伺服运动工作正常 松开伺服电机与负载轴之间的连接，接通电源，用NUM公司调试伺服驱动器参数的DPM软件调整伺服驱动器的速度环控制参数。如伺服驱动器的增益、速度升降时间常数、PID参数等，确定伺服驱动器与伺服电机的工作基本正常。 (2)速度环及电流环参数优化 在伺服驱动器输人端加上约10%的速度指令值，如果电机的运动特性感觉很“硬”，则用示波器观察到的转矩电流及速度响应曲线会如图3a所示，其超调量较大、调整时间较长。调整伺服驱动器中的控制参数(加大P.052/053的数值)可改善动态特性，如图36所示。反之，如果电机的运动特性感觉很“软”，示波器观察到的波形将会如图3c所示。此时需减少速度环的增益(减少P.054/055的数值)，以获得如图3d所示的波形。
(3)调整双轴同步误差参数 同步阑值2取默认值，将同步阑值1逐步减少，直至满足同步运动的特性及工作台所需的精度。该系统设定的内部测量单位为0.001 mm，龙门式结构Y1、Y2轴的尺寸误差不大于0.05 (mm )，即同步时的最大允许误差为50*0.001=0.05mm。实际调试时，Y1及Y2同步轴的同步误差阀值1从默认值的160逐渐减少至50(即凡中，Nz=N3=50)。 设两轴的最大同步误差为0.5mm时系统禁止伺服电机运动。则误差阀值2取500(即N64=500 ) 。
5 结论 NUM 1040M数控系统具有现场开放特性，便于现场调试，同步控制精度高、调整方便。采用尸参数与伺服驱动器参数结合调整的方式可满意的实现双轴(多轴)伺服运动控制。经过调试NUM 1040M数控系统已成功的应用在所开发的数控玻璃雕刻加工中心上，伺服运动精度控制、同步轴特性等相关性能参数均达到设计预期指标。 |
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