1 引言

　　在機床傳動結(jié)構(gòu)中，經(jīng)常需要實現(xiàn)雙軸(或多軸)同步傳動，如龍門框架移動式機床的龍門框架移動控制等。采用一臺電機通過傳動鏈將運動分配到同步運動軸的方案，雖可實現(xiàn)同步騾動.但存在傳動鏈較長、間隙誤差大且無法補償?shù)乳g題.本文在開發(fā)數(shù)控玻璃雕刻加工中心時。選用法國NUM公司的NUM1040M數(shù)控系統(tǒng)，通過兩臺交流伺服電機分別驅(qū)動龍門框架的兩個軸，通過參數(shù)的設(shè)置及實驗調(diào)整，實現(xiàn)了大跨度5m龍門結(jié)構(gòu)雙軸位移的精確同步控制:

2 采用雙交流伺服電機實現(xiàn)雙軸位置同步控制的結(jié)構(gòu)

　　交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)具有體積小重量輕、動作反應(yīng)快、過載能力大、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點，能提供高的動態(tài)響應(yīng)和扭矩，在機器人、數(shù)控機床等領(lǐng)域已得到非常廣泛的應(yīng)用。

　　其基本工作原理是:將兩個同方向運動的進給軸，一個設(shè)定為主動軸，另一個設(shè)定為從動軸。由一個伺服驅(qū)動器，一個伺服電機、一個位置反饋裝置及CNC位置控制單元組成主動軸伺服運動控制回路，同時由另一個伺服驅(qū)動器，另一個伺服電機、另一個位置反饋裝置及CNC位置控制單元組成從動軸伺服運動控制回路。CNC的位置控制單元同時向主動軸及從動軸的伺服控制回路發(fā)出位置飼服運動指令。兩個位置反饋裝置的反饋信號除了送回各自的伺服驅(qū)動器比較環(huán)外，還送人CNC內(nèi)部的一個數(shù)字比較器進行差值比較，該差值送人從動軸伺服控制回路的輸入端，與CNC位置控制單元發(fā)來的位置伺服指令進行比較。兩個位置反饋裝置的反饋信號差俏就是主動軸與從動軸的同步誤差，差值為零時，表明兩個軸的位置完全同步。

3 用NUM數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)雙軸同步控制

　　本項目研發(fā)的數(shù)控玻璃雕刻加工中心采用了龍門式結(jié)構(gòu)，具有 C、X、Y1、Y2 ,Z五個伺服運動軸，該加工中心的磨頭座沿橫梁導(dǎo)軌往復(fù)運動方向設(shè)定為X軸，兩橫梁座沿機床床身導(dǎo)軌運動方向分別為Y,軸和f'}軸，磨頭沿磨頭座垂直運動方向為Z軸，C軸為磨頭的旋轉(zhuǎn)軸，系統(tǒng)具有5軸4聯(lián)動功能;其中Y1、Y2軸為同步運動軸，分別驅(qū)動兩個交流何服電機同步帶動龍門框架運動，行程為2m,Y1、Y2兩軸的跨度5m，

　該設(shè)備中選用法國NUM公司的MDLA2型伺服驅(qū)動器、BMH型交流何服電機、NUM1040數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)具有很強的開放性特征，對尸參數(shù)的設(shè)置是其開放性的特征之一，NUM1040系統(tǒng)中共115個P參數(shù)，通過修改P參數(shù)就可實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的配置。用戶可在NUM專用軟件的環(huán)境下，方便、快捷的通過尸參數(shù)對系統(tǒng)進行配置與調(diào)整，亦可不借助任何軟件及工具，在線修改P參數(shù)。NUN系統(tǒng)中，多軸同步控制的功能也是通過設(shè)定尸參數(shù)實現(xiàn)的。

　連接好伺服軸控制電路后，通過只可定義系統(tǒng)中伺服控制軸的地址，本系統(tǒng)中設(shè)定了C、X、Y1、Y2、Z軸的地址分別為0, 1, 2, 3, 4。

　　P24參數(shù)由65個無符號十進制數(shù)組成(字N0~N64)，其中字N0~N31分別指定0~31號軸地址的同步閥值1，該值表示同步控制中的最大允許誤差(以內(nèi)部測量單位表示)，缺省值為160。當(dāng)超過同步閥值時，系統(tǒng)發(fā)出超差信息，但繼續(xù)驅(qū)動從動軸運動。字心一編指定0~31號軸的校正系數(shù)(以1/1001)為單位)，其缺省值為250。無誤差信號進人從動軸伺服比較環(huán)時，即表示同步過程已經(jīng)完成。N64為同步閥值2，用于設(shè)定所有軸共同的最大同步誤差(用內(nèi)部測量單位表示)。同步過程誤差超過所設(shè)定的值時，系統(tǒng)報警，并停止伺服運動軸的運動。

　　在同步控制中，參數(shù)N64的設(shè)置會影響雙軸同步控制的性能。若選用較大的閥值，會導(dǎo)致機床同步控制精度降低;若閥值選用過低，則會導(dǎo)致機床在允許加工精度范圍內(nèi)正常運行時，經(jīng)常出現(xiàn)因超出同步誤差閥值而報警停車的現(xiàn)象，從而影響機床正常運行。該值須通過實際調(diào)試確定，在允許的加工精度前提下，N64同步闌值應(yīng)盡可能取較大的值。

　　P27參數(shù)用于將一個從動軸分配到所設(shè)定的主驅(qū)動軸，這種分配有三種不同的類型:第一，簡單關(guān)聯(lián)，將主驅(qū)動軸的對應(yīng)控制量復(fù)制到從動軸上;第二，對稱關(guān)聯(lián)，將主驅(qū)動軸的對應(yīng)控制量求反后復(fù)制到從動軸上;第三，同步關(guān)聯(lián)，其運算式為主驅(qū)動軸的對應(yīng)控制量準+校正值二從動軸的對應(yīng)控制量。所研制的系統(tǒng)中采用簡單關(guān)聯(lián)類型，即將Y,主驅(qū)動軸的對應(yīng)控制量復(fù)制到Y(jié)x從動軸上。

　　P28參數(shù)用于使主驅(qū)動軸和從動軸的同步功能有效，它是一個32位的十六進制數(shù)。

4 雙軸同步運動控制特性的調(diào)試

　　初步設(shè)定好Y1 , Y2軸的同步功能的P參數(shù)后，可進行調(diào)試實驗?，F(xiàn)場試驗結(jié)果表明，當(dāng)速度環(huán)的控制要求滿足時，還不能實現(xiàn)高速率下兩軸的動態(tài)精密同步進給控制，需要對伺服驅(qū)動、數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)(速度環(huán))及外環(huán)(位置環(huán))參數(shù)進行綜合調(diào)整，以獲得好的控制性能。以下為實際中采用的調(diào)試步驟及參數(shù)選擇的過程:

　　(1)初步確定伺服運動工作正常

　　松開伺服電機與負載軸之間的連接，接通電源，用NUM公司調(diào)試伺服驅(qū)動器參數(shù)的DPM軟件調(diào)整伺服驅(qū)動器的速度環(huán)控制參數(shù)。如伺服驅(qū)動器的增益、速度升降時間常數(shù)、PID參數(shù)等，確定伺服驅(qū)動器與伺服電機的工作基本正常。

　　(2)速度環(huán)及電流環(huán)參數(shù)優(yōu)化

　　在伺服驅(qū)動器輸人端加上約10%的速度指令值，如果電機的運動特性感覺很“硬”，則用示波器觀察到的轉(zhuǎn)矩電流及速度響應(yīng)曲線會如圖3a所示，其超調(diào)量較大、調(diào)整時間較長。調(diào)整伺服驅(qū)動器中的控制參數(shù)(加大P.052/053的數(shù)值)可改善動態(tài)特性，反之，如果電機的運動特性感覺很軟，示波器觀察到。此時需減少速度環(huán)的增益(減少P.054/055的數(shù)值)。

　　(3)調(diào)整雙軸同步誤差參數(shù)

　　同步闌值2取默認值，將同步闌值1逐步減少，直至滿足同步運動的特性及工作臺所需的精度。該系統(tǒng)設(shè)定的內(nèi)部測量單位為0.001 mm，龍門式結(jié)構(gòu)Y1、Y2軸的尺寸誤差不大于0.05 (mm )，即同步時的最大允許誤差為50*0.001=0.05mm。實際調(diào)試時，Y1及Y2同步軸的同步誤差閥值1從默認值的160逐漸減少至50(即凡中，Nz=N3=50)。

5 結(jié)論

　　NUM 1040M數(shù)控系統(tǒng)具有現(xiàn)場開放特性，便于現(xiàn)場調(diào)試，同步控制精度高、調(diào)整方便。采用尸參數(shù)與伺服驅(qū)動器參數(shù)結(jié)合調(diào)整的方式可滿意的實現(xiàn)雙軸(多軸)伺服運動控制。經(jīng)過調(diào)試NUM 1040M數(shù)控系統(tǒng)已成功的應(yīng)用在所開發(fā)的數(shù)控玻璃雕刻加工中心上，伺服運動精度控制、同步軸特性等相關(guān)性能參數(shù)均達到設(shè)計預(yù)期指標。