一、機(jī)床多軸同步控制方案的比較
1. 普通機(jī)床的同步控制
對(duì)于普通機(jī)床的雙軸電動(dòng)機(jī)同步控制一般有以下解決方案。
① 由一套直流調(diào)速裝置驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的電樞串聯(lián)，勵(lì)磁線圈并聯(lián)。為了保持速度同步，兩電動(dòng)機(jī)軸必須保持剛性連接。兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)中只有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)提供速度反饋信號(hào)。
② 由兩套交流變頻調(diào)速系統(tǒng)分別控制作為主從軸的兩臺(tái)交流變頻或伺服電動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)各自提供自己的速度反饋信號(hào)。為了保持速度同步，兩電動(dòng)機(jī)軸也須保持剛性連接2。
這兩種控制系統(tǒng)都屬于位置環(huán)開環(huán)系統(tǒng)，只能依靠軸的剛性連接保持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或位置的同步，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性較高。這兩種控制系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)所連接的運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置不做檢測(cè)，對(duì)于絲杠螺距、聯(lián)軸節(jié)間隙、絲杠扭轉(zhuǎn)、絲杠軸向變形等因素所產(chǎn)生的誤差無(wú)法補(bǔ)償，控制精度較差，因此不能應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床。
2. 數(shù)控機(jī)床的同步控制
數(shù)控機(jī)床不同于普通機(jī)床的地方，在于數(shù)控系統(tǒng)具有很強(qiáng)的控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)位置、轉(zhuǎn)矩等不同參的控制。由于位置檢測(cè)裝置的引入，從而組成了位置速度雙閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了位置同步控制。數(shù)控機(jī)床的同步控制方法可以概括為：將同步電動(dòng)機(jī)的給定位置參考量與兩電動(dòng)機(jī)位置反饋差值的調(diào)整量做比較后，作為被同步電動(dòng)機(jī)的位置參考量，從而完成位置同步控制。
當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)處理器大多采用68020、68040等32位處理器，現(xiàn)正向64位處理器過(guò)渡。正是由于CNC系統(tǒng)具有越來(lái)越強(qiáng)的計(jì)算能力，所以機(jī)床的同步控制將具有更佳的性能。當(dāng)前國(guó)內(nèi)大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)中都具有伺服軸同步功能。同步軸的測(cè)量機(jī)構(gòu)，既可以是以光電編碼器為測(cè)量機(jī)構(gòu)的半閉環(huán)系統(tǒng)、也可以是以光柵尺為測(cè)量機(jī)構(gòu)的全閉環(huán)系統(tǒng)。
在軸同步功能中由于控制對(duì)象和參量不同又存在位置同步、轉(zhuǎn)速同步、轉(zhuǎn)矩同步等不同類型，它們適用于不同的場(chǎng)合。在不同的系統(tǒng)中，同步控制方法雖有所不同，但控制機(jī)理是一致的，因此應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床的特點(diǎn)選擇合適的方案。
二、調(diào)試方法與注意事項(xiàng)
在同步控制中此參數(shù)對(duì)調(diào)整同步特性非常重要，而且使用方便。通過(guò)調(diào)整同步閾值，可使機(jī)床運(yùn)行達(dá)到理想的性能。但在設(shè)置此參數(shù)時(shí)，必須根據(jù)機(jī)床的機(jī)械剛性等要求時(shí)進(jìn)行估算。若閾值太高，有可能會(huì)對(duì)機(jī)床精度造成損害；若閾值太低，則機(jī)床在正常運(yùn)行時(shí)就有可能超出同步誤差閾值而造成停車，影響機(jī)床的正常使用。
雙軸同步控制部分的調(diào)試步驟如下：在數(shù)控系統(tǒng)接入之前，必須先調(diào)節(jié)好伺服系統(tǒng)，即由速度環(huán)和電流環(huán)組成內(nèi)環(huán)，使內(nèi)環(huán)達(dá)到理想性能。方法是：將伺服系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)連接，通過(guò)短線等方法接入使能信號(hào)，使系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的條件滿足；進(jìn)給使能后，用電池接入給定信號(hào)；加給定信號(hào)，觀察電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向，調(diào)整跳線，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向正確；逐漸增加給定電壓，調(diào)整伺服參數(shù)，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到理想性能。這一部分可在調(diào)試電氣控制柜時(shí)完成。
接入數(shù)控系統(tǒng)后，連接好位置環(huán)，系統(tǒng)構(gòu)成位置、速度雙閉環(huán)系統(tǒng)。這時(shí)系統(tǒng)位置反饋極性尚未確定，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確認(rèn)。在進(jìn)行這一步時(shí)，應(yīng)考慮同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的匹配問題，這是同步控制中必須重視的問題。在單軸電動(dòng)機(jī)反饋方向確定后，還要考慮接入給定信號(hào)后電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與期望值相同，這需要綜合考慮數(shù)控系統(tǒng)中的給定信號(hào)極性、反饋極性、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向、伺服系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向設(shè)定以及滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)方向等因素。如在調(diào)試時(shí)忽略這些因素，就有可能對(duì)機(jī)床造成毀滅性的破壞。
至于，雙軸同步設(shè)定初步完成，接著將編寫好的自動(dòng)控制程序傳入數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行綜合調(diào)試，仔細(xì)調(diào)整同步參數(shù)，以獲得理想的性能。
在調(diào)試過(guò)程中應(yīng)注意以下幾方面：
① 確保液壓、潤(rùn)滑系統(tǒng)工作正常，這是機(jī)床運(yùn)動(dòng)前的必須條件。
② 移動(dòng)軸時(shí)，以低速為佳。此時(shí)同步特性尚未達(dá)到最佳，需對(duì)伺服系統(tǒng)加速、減速、定位帶寬、放大系數(shù)等進(jìn)行細(xì)調(diào)，直到系統(tǒng)穩(wěn)定工作，并能夠達(dá)到理想的定位精度和重復(fù)定位精度。
③ 在調(diào)試雙軸同步時(shí)，一定要安排好調(diào)試計(jì)劃，盡量避免盲目開車，以免造成事故。例如，我們?cè)谡{(diào)試伺服系統(tǒng)時(shí)，機(jī)械人員將橫梁從X軸一側(cè)移到另一側(cè)，而此時(shí)電氣調(diào)試人員在數(shù)控系統(tǒng)沒有接入的情況下，通過(guò)電池給伺服系統(tǒng)加給定信號(hào)移動(dòng)X軸。由于X軸移動(dòng)時(shí)沒有加位置檢測(cè)，在移動(dòng)過(guò)程中，橫梁發(fā)生傾斜，造成一軸模塊過(guò)載，電動(dòng)機(jī)停車；而另一軸電動(dòng)機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)造成X軸導(dǎo)軌精度發(fā)生變化，由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)，后經(jīng)機(jī)械人員調(diào)整恢復(fù)了精度。
