同步主轴 沈阳计算所高精数控实验室.ppt

1、同步主轴,沈阳计算所高精数控实验室 张孟豪,文档来源,FB2_0211_en_en-US(Extended Functions) 14 S3: Synchronous spindle FB1_0211_en_en-US(Basic Functions) 16 S1: Spindles 0i-D 连接功能 B-64303CM-1_01 1.9 电子齿轮箱 6.9 多边形加工 戴永顺.SINUMERIK840D_电子齿轮箱功能的应用.今日机床.2010（9）：71-73,大纲,主轴 同步主轴 同步主轴应用,主轴功能,由 NC控制的主轴根据不同的机床类型具有如下的功能： 预置主轴旋转方向(M3,M4

2、) 预置主轴转速(S) 主轴无定向准停(M5) 主轴定位(SPOS=) 变速换档(M40 到 M45) 恒定切削速度(G96) 在主轴或电机上安装位置测量编码器 切削螺纹/攻丝 (G33, G34, G35, G331, G332, G63) 旋转进给(G95),主轴模式,控制模式 定位模式 摆动模式 同步模式 如果主轴和进给轴 使用相同的电机， 主轴可以从主轴模 式切换到进给轴模式,控制模式,速度控制模式： 速度控制模式适合于恒定速度（主轴速度或切削速度）加工零件 当使用M3，M4，M5或者SPCOF时候激活速度控制模式 位置控制模式： 位置控制模式适合于长期需要跟踪主轴位置或者以设定值连接

3、 激活同步主轴的情况 使用SPCON，M70时候激活位置控制模式,摆动模式,作用： 通过摆动方式运行使变速换档变得方便容易 开始： 当预置的变速档不同于当前的变速档时，会设置接口信号“变速换档”，进入摆动模式 结束： 通过信号“已经完成变速换档”(V38032000.3)使 NCK 获得新的变速档已开始运行(ISV380 x2000.0 到 .2“实际变速档”)，摆动运行方式结束 总结：当需要改变当前变速档时，需要进入摆动模式,定位模式,作用： 主轴将在定义的位置处停止，定位控制将一直有效直到被取消 前提条件： 一定要有主轴实际 位置编码器 过程： 如图,同步模式,同步模式又被称为同步主轴操作

4、,在同步模式激活前，跟随（伺服轴)必须切换到位置控制模式。耦合（跟随轴与引导轴的耦合）激活时，跟随轴的同步运行被激活，耦合释放时，跟随轴从同步模式切换到开环控制模式。 使用COUPON（耦合激活函数），跟随轴从定位模式进入同步模式 跟随轴的同步模式激活后，接口信号报告给PLC IS Synchronous mode (DB31, . DBX84.4) = 1. 使用COUPOF（耦合释放函数），跟随轴从同步模式退出 注：同步模式的具体描述见第二节,进给轴模式,作用： 使用 TRANSMIT 进行端面加工或使用 TRACYL进行外表面加工时，主轴作为进给轴来使用 前提条件： 主轴可以从主轴运行模

5、式转换成进给轴模式(旋转轴)，但要在这两种模式下均使用普通电机。 在进给轴模式下需要有位置实际值编码器。,同步主轴,同步主轴概述 同步主轴编程 其他信息,同步主轴概述,应用：给定一个不等于 1 的、引导主轴 和跟随主轴之间的传 动比后，可以进行 多棱加工（多角车削）。 飞速递交工件,同步主轴概述,同步主轴概述,描述:,同步主轴概述,功能 ：同步主轴功能可以使得两个主轴 （跟随主轴 FS 和引导主轴 LS）实现位置和速度的同步运行 速度同步: nFS = k * nLS k 可以为分数，可以有正负 位置同步: FS = LS + 为位置偏移，可以是0到360,同步主轴概述,跟随主轴数量： 一个引

6、导主轴对应的跟随主轴数量由机床的承载能力决定，原则上可以有任意多个跟随轴同时和引导轴耦合。 一个通道最多有两对耦合 激活与释放： 零件程序指令可以激活或者释放一对同步主轴,同步主轴概述,同步模式可实现下列功能： FS和LS相同的速度 nFS = nLS ; 传动比k = 1 FS和LS同向或者方向旋转 通过设置传动比正或者负（正同向，负反向旋转） FS和LS以不同的速率运行 传动比k 1 FS和LS可设定的角度位置偏移(FS = LS + ) FS和LS在一定的角度位置偏移下以同步速度运行 在运动中或者静止中激活耦合 所有的控制模式，定位控制模式对引导轴有效 同步操作未激活，FS和LS可以按所

7、有的主轴模式运行 传动比可以在运动中改变 主轴同步耦合开启时，FS和LS的offset可以改变,同步主轴编程,句法：,同步主轴编程,COUPDEF用来定义一个耦合： COUPDEF(, 程序段切换特性 , 耦合方式 ) 耦合要明确的定义LS和FS 其他参数可以仅在需要改变时候编程 最后有效状态适用（定义之后可能也改变参数设置）,同步主轴编程,定义 同步主轴的定义可以是机床数据配置，也可以通过用户程序定义 配置的耦合： 在配置耦合时，引导主轴和跟随主轴通过机床数据定义。 在零件程序中无法修改配置的主轴。但可以通过 COUPDEF 在零件程序中设定其参数（前提条件： 未写保护）。 用户定义的耦合：

8、 通过 COUPDEF 可以在零件程序中重新定义或修改耦合。 如果已有一个耦合运行生效，则在重新定义前必须先通过 COUPDEL 删除该耦合。,同步主轴编程,保护： MD21340 $MC_COUPLE_IS_WRITE_PROT_1 用来定义配置耦合参数（传动比，程序段切换方式，耦合方式）能否在零件程序中被改变 值为0时： 可以在零件程序中通过COUPDEF改变同步参数 值为1时： 不可以在零件程序中通过COUPDEF改变同步参数,同步主轴编程,传动比: 传动比以分离的分子和分母编程，因此可以很精确的指定传动速率。 K=传动比参数分子/传动比参数分母 K为负时，表示FS和LS以相反的方向旋转

9、 配置的耦合的传动比参数可以在SD 42300: COUPLE_RATIO_1n 中定义 注：该值可以在零件程序中用 COUPDEF(FS, LS, 传动比参数分子,传动比参数分母.)改变。 用户定义的耦合的传动比参数只能用COUPDEF输入。,同步主轴编程,耦合方式： DV（设定值耦合） 用于位置控制操作，两个主轴的控制的动态响应值应尽量一致 AV（实际值耦合） 用于引导轴没有位置控制，或者允许控制有较大偏差的耦合。跟随轴的设定值来源于引导轴的实际值。实际值耦合的控制精度要差于设定值耦合 VV（速度耦合） 速度耦合对跟随轴和引导轴需要很低，不需要位置控制和位置测量系统。速度耦合不能定义位置偏

10、移,同步主轴编程,例子 COUPDEF (SPI(2), SPI(1), 1.0, 1.0, FINE, DV) COUPDEF (S2, S1, 1.0, 4.0) COUPDEF (S2, SPI(1), 1.0) 默认设置 传动比参数分子=1.0 传动比参数分母=1.0 程序切换特性=IPOSTOP 耦合方式=DV（设定值耦合）,同步主轴编程,COUPON用于激活同步模式和耦合 COUPON(S2,S1)激活采用任意角度基准的引导主轴和跟随主轴之间的耦合 COUPONC(FS, LS)激活同步主轴耦合后，跟随主轴当前生效的转速（M3 S. 或 M4 S.）被叠加，位置偏移不能被改变 CO

11、UPON(S2,S1,)激活带角度偏移的引导主轴和跟随主轴之间的耦合， 用于成型工件中位置同步的耦合 以正方向旋转的引导主轴的 0 位置为基准 取值范围 ：0 359.999 - COUPON(S2,S1,30) 注：即使耦合已经激活，也可以用这种方式改变角度偏移。,同步主轴编程,程序段切换特性 在激活耦合时或者改变已经激活了的耦合的传动比、位置偏移时进行程序段切换 在编程程序段切换特性时，可以采用简化的写入方式： “NO”: 立即切换（缺省设置） “FI”: 达到 “ 精同步 ”切换 “CO”: 达到 “ 粗同步 ”切换 “IP”: 达到 IPOSTOP，即在设定值同步后 在程序中有WAIT

12、C等待同步条件,同步主轴编程,WAITC 可以设定程序段切换的特性，包括粗同步、精同步、 IPOSTOP。 如果没有规定同步运行条件，则COUPDEF 定义时指定的程序段切换特性生效。 示例： 等待达到 COUPDEF 中指定的同步运行条件 WAITC(S2 ) 等待达到跟随主轴 S2 上的同步运行条件 FINE，和跟随主轴 S4 上的 COARSE： WAITC(S2,FINE,S4,COARSE),同步主轴编程,同步主轴编程,激活（注意事项） 在耦合激活前，下面条件必须被必须被满足，否则将产生警报 1.耦合必须已经被定义（可以是配置的也可以使用户定义的） 2.耦合使用的主轴必须在通道中已经

13、定义 3.跟随轴被分配给通道 4.如果耦合方式使用DV（给定值耦合）AV（实际值耦合），跟随轴必须有位置测量系统，如果耦合方式是DV，引导轴必须有位置测量系统 5.在激活前，变速档必须已经选择，激活后，变速换挡和摆动模式都是不允许的。,同步主轴编程,COUPOF 解除耦合： 解除耦合，并立即切换程序段： - COUPOF(S2,S1) （指定引导主轴） - COUPOF(S2) （未指定引导主轴） 在越过解耦位置后解除耦合。越过解耦位置后切换程序段。 - COUPOF(S2, S1, 150) （跟随主轴解耦位置：150） - COUPOF(S2,S1,150,30) （跟随主轴解耦位置：15

14、0，引导主轴解耦位置：30） 不管是配置的耦合，还是用户定义的耦合，使用COUPOF解除后，两个主轴都是变为独立的。 使用COUPOF解除耦合后，FS切换到控制模式,同步主轴编程,COUPOFS解除耦合并停止跟随主轴 通过 COUPOFS 可将耦合的解耦特性设置为跟随主轴停止： 解除耦合，并停止跟随主轴，立即切换程序段： - COUPOFS(S2,S1) （指定引导主轴） - COUPOFS(S2) （未指定引导主轴） 越过解耦位置后解除耦合，并停止跟随主轴。越过解耦位置后切换程序段。 - COUPOFS(S2,S1,150) （跟随主轴解耦位置：150）,同步主轴编程,删除耦合 COUPDE

15、L 通过 COUPDEL 可以删除耦合： COUPDEL(S2,S1) （指定引导主轴） COUPDEL(S2) （未指定引导主轴） 注意:COUPDEL可以作用在激活的耦合相当于使用COUPOF（FS,LS）后删除,同步主轴编程,COUPRES用来重新激活配置的耦合参数 COUPRES(FS,LS) 删除通过COUPDEF改变的参数 COUPRES用来恢复配置的耦合的参数，或者把用户定义的耦合设置成默认参数,同步主轴编程,示例 1： 引导主轴和跟随主轴同步工作,同步主轴编程,同步主轴编程,示例 2： 示例：传送转速差运动 在之前的跟随主轴编程中，使用 COUPON 激活耦合,同步主轴编程,在

16、之前的跟随主轴编程中，使用 COUPONC 激活耦合,位置控制的自动激活与释放,速度控制模式下对DV反应 在DV(给定值耦合)模式下， COUPON, COUPONC 和 COUPOF, COUPOFS 可以根据需要激活或者释放引导轴的定位模式。在SPCON未被重新编程的情况下，如果有多个跟随轴，第一个DV激活引导轴的定位模式，最后一个DV释放引导轴的定位模式。 注：引导轴不需要跟跟随轴在同一个通道内,位置控制的自动激活与释放,自动激活位置控制 根据耦合类型， COUPON 和 COUPONC对位置控制的影响如下： 在第一个与引导轴以DV类型耦合激活时，引导轴激活位置控制,位置控制的自动激活与

17、释放,自动释放位置控制 根据耦合类型， COUPOF and COUPOFS对位置控制的影响如下： 无位置参数的COUPOF和COUPOFS 跟随轴的速度控制模式激活。使用COUPFS激活定位模式。如果跟随轴在之前使用SPCON进入位置控制模式，位置控制不会释放。 如果引导轴使用SPCON激活的位置控制模式，则引导轴的位置控制不会释放；如果是因为DV耦合，引导轴激活位置控制，则释放最后一个DV耦合的跟随轴时，引导轴的位置控制释放。,通过机器数据配置同步主轴（1）,耦合参数 通过机器数据每个通道仅能配置一个同步主轴耦合 定义耦合哪些主轴，耦合应该有哪些特征是必需的 以下参数可以为同步主轴固定配置

18、耦合 通道特殊数据 MD21300 $MC_COUPLE_AXIS_1n 这个机器数据定义两个主轴组成耦合（跟随轴n=0；引导轴n=1） n的值设置为0意味着没有通过机器数据配置同步主轴，下面的机器数据的耦合参数也就没有意义 不能通过零件程序改变耦合的配置的引导轴和跟随轴,通过机器数据配置耦合参数（2）,传动比 传动比通过设定分子、分母两个速度参数（通道特殊数据SD42300 $SC_COUPLE_RATIO_1n） 传动比k=分子/分母= $SC_COUPLE_RATIO0 : $SC_COUPLE_RATIO1 如果没有被写保护，可以通过零件程序改变（使用COUPDEF指令） 程序段切换

19、通道特殊数据 $MC_COUPLE_BLOCK_CHANGE_CTRL_1 0：程序段立即切换 1：达到精同步切换 2：达到粗同步切换 3：达到IPOSTOP切换（如达到位置设定值） 耦合类型 通道特殊数据 MD21310 $MC_COUPLING_MODE_1 0：AV 实际值耦合 1：DV设定值耦合 2：VV速度耦合,通过机器数据配置耦合参数（3）,机床启动异常终止耦合 通道特殊数据 MD21330 $MC_COUPLE_RESET_MODE_1 耦合参数的写保护 通道特殊数据 $MC_COUPLE_IS_WRITE_PROT_1 用来定义机床数据配置的同步主轴的参数（包括传动比，程序段切

20、换，耦合类型）能不能用零件程序改变 0：零件程序不能改变耦合参数 1：零件程序能改变耦合参数,开始特性配置,NC加工程序开始特性在以下通道特殊数据中定义,配置复位特性,在复位或者结束NC加工程序时，下列特性通过通道特殊程序设置,系统参数1,系统参数2,系统参数3,基于FANUC 0i-D系列，多边形加工按以下方式实现 将CNC的控制轴(伺服轴)的1个轴分配给刀具旋转轴来使用。下面，把这个刀具旋转轴称为Y轴。而工件轴(主轴)，串行主轴/模拟主轴都可以使用。 通过G51.2的指令，用主轴的转速（预先通过S指令来指令。）和刀具的转速以指令的比率的方式控制Y轴。,多边形加工,多边形加工,我们可以考虑假

21、设如下图那样刀具中心在工件的圆周上的位置 P0(A，0)上，从刀尖在Pt0 的位置(AB，0)出发。,这些式子表示刀具的刀尖是长径为AB，短径为AB的椭圆。 如果考虑刀具在180度的对称位 置各放1把合计为2把的情形，则 可以加工如下图所示的四边形,多边形加工,多边形加工,参数设定的具体例子 下面示出使用串行脉冲编码器进行多边形加工时的标准的参数设定例。 刀具旋转轴的设定 这里，假设将CNC的第4轴作为Y轴结合，将其使用于多边形加工的刀具旋转轴中。 No.76104 （刀具旋转轴的控制轴号） 下面，假设将轴型参数的设定设为第4轴。,多边形加工,参数设定的具体例子 与伺服相关的设定 CMR=1

22、DMR=36/100 假设上式成立。 (参考计数器容量为360000。) No.1820=2 (CMR) No.1821=360000 (参考计数器容量) No.2084=36 (DMR的分子) No.2085=100 (DMR的分母) 上述以外的与伺服相关的参数，请设定标准的设定值。,多边形加工,参数设定的具体例子 多边形加工用的设定,多边形加工,参数设定的具体例子 进给速度相关的设定 Y轴的最小移动单位为0.001deg，进给速度的设定单位为1deg/min。 譬如，希望将快速移动速度设定为10001/min时 No.1420=360000 (=1000360) 按照上述方式予以设定。其他

23、的进给速度关系也以1deg/min单位进行设定。,电子齿轮箱,在SINUMERIK 840D中，“电子齿轮”可以按照可编程序的齿轮传动比进行高精度的轴的运动耦合。通过程序和操作面板对于任何数控坐标轴指定和选择耦合。可以根据取决于多达五个引导轴的线性运动组对某个跟随轴的运动进行控制。对其他齿轮系统（级联），跟随轴也可能是引导轴,电子齿轮箱,电子齿轮箱功能是通过单个引导轴LA运动分量乘以各自的耦合系数，由加法构成所计算的跟随轴FA运动分量。在激活某个电子齿轮箱轴组合的情况下，可以使跟随轴在其定义的位置上同步。 F A s e t = S y n P o s F A + ( L A 1 -SynPo

24、sLA1)*CF1+. + (LA5-SynPosLA5)* CF5 其中： SynPosFA ，SynPosFAi来自EGONSYN的调用 Faset跟随轴的运动量 Lai引导轴i的运动分量 CFi 引导轴i的耦合系数,电子齿轮箱,滚齿机工艺分析 滚齿加工相当于一对交错轴斜齿圆柱齿轮的 空间啮合，滚刀相当于一个螺旋角很大的具有切削能力的斜齿圆柱齿轮，与工件在一定速比关系下作空间啮合，按展成原理完成渐开线、花键、摆线圆弧等齿形加工（如图所示）。 采用SINUMERIK 840D的电子齿轮箱功能，使滚齿机不需要改变机械结构就可以加工多种类型的齿轮（直齿、斜齿、锥齿、鼓形齿等），同时提高加工精度和效率。,电子齿轮箱,滚齿加工是在滚齿机上进行的， 图为滚齿机外形图。滚刀安装 在刀架上的滚刀杆上，刀架可 沿着立柱垂直导轨上下移动。 工件则安装在心轴上。,电子齿轮箱,滚齿时滚齿机必须有以下几个运动： （1）切削运动（主运动）即滚刀的旋转 运动。 （2）分齿运动即工件的旋转运动，其运动 的速度必须和滚刀的旋转速度保持齿轮与齿条的啮合关系。其运动关系由相应的传动比来实现。对于单线滚刀，当滚刀每转一转时，齿坯需转过一个齿的分度角