隨著數(shù)控技術(shù)的推廣，大型的數(shù)控設(shè)備被廣泛地用于各種機(jī)械加工領(lǐng)域以滿足一些體積較大、精度較高、生產(chǎn)周期要求短的零部件的加工需求。對(duì)于這些大型的龍門式和橋式數(shù)控設(shè)備來講，為了避免加、減速運(yùn)行過程中因扭矩不同而對(duì)龍門架或橋架造成損害，一般采用雙驅(qū)動(dòng)控制的形式。談到雙驅(qū)動(dòng)，必然會(huì)引出同步控制。

　　所謂同步控制，就是一個(gè)坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)指令能夠驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，通過對(duì)這兩個(gè)電動(dòng)機(jī)移動(dòng)量的檢測(cè)，將位移偏差反饋到數(shù)控系統(tǒng)獲得同步誤差補(bǔ)償。其目的是將主、從兩個(gè)電動(dòng)機(jī)之間的位移偏差量控制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)。本文就以FANUC-15i系統(tǒng)為例淺析數(shù)控系統(tǒng)同步控制在雙驅(qū)中的應(yīng)用。

1 同步控制時(shí)的坐標(biāo)構(gòu)型和參數(shù)設(shè)置

　　在同步控制中用來作為參考的軸被定義為主動(dòng)軸，跟隨主動(dòng)軸同步運(yùn)行的軸被定義為從動(dòng)軸。

　　1.1 同步控制時(shí)的坐標(biāo)構(gòu)型

　　同步控制中主、從動(dòng)軸的構(gòu)型靠系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)，在FANUC-15i系統(tǒng)中，為7702號(hào)參數(shù)。

　　例如假設(shè)坐標(biāo)構(gòu)型如下:第1軸為X軸;第2軸為Y軸;第3軸為Z軸;第4軸為U軸;要使U軸與X軸同步，應(yīng)設(shè)置:X:O; Y:O;Z:O; U:1。

　　同時(shí)，一個(gè)主動(dòng)軸可以帶多個(gè)從動(dòng)軸，如X1和X2都是XM的從動(dòng)軸時(shí)。

　　當(dāng)一個(gè)主動(dòng)軸帶多個(gè)從動(dòng)軸時(shí)，系統(tǒng)會(huì)分別對(duì)各個(gè)軸進(jìn)行同步誤差檢測(cè)和同步誤差補(bǔ)償。為了易十辨認(rèn)同一坐標(biāo)中主、從動(dòng)軸在顯示中的區(qū)別，最好給主、從動(dòng)軸各加一個(gè)后綴，如X1, X2 ; XM, XS。這樣，當(dāng)具體的軸出現(xiàn)了故障，系統(tǒng)也會(huì)給出相應(yīng)軸的報(bào)警。N0.1021參數(shù)是用來設(shè)置軸的后綴，如表2是對(duì)X坐標(biāo)進(jìn)行同步控制時(shí)一的所對(duì)應(yīng)的后綴設(shè)置。

　　1.2 同步控制的使能

　　同步控制與普通控制的區(qū)別是:當(dāng)同步控制被使能后，主、從動(dòng)軸就同步地移動(dòng)，而普通控制中各個(gè)軸之間則是分別獨(dú)立地，無主、從之分。有兩種方法可以使能/中斷同步控制；

　　(1)通過參數(shù)實(shí)現(xiàn)正常情況下，我們都希望雙驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)總是在同步控制中移動(dòng)，這種移動(dòng)最便捷、可靠的方法是通過參數(shù)來設(shè)置，使同步控制一直保持有效。

　　(2)輸入信號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)這種方式一般在調(diào)試及判斷故障時(shí)使用，并日_只有當(dāng)N0.1817參數(shù)的SNY置0時(shí)，才能有效地使用這個(gè)信號(hào)。當(dāng)SNY x=1時(shí)，同步控制功能被選中;當(dāng)SNY x=0時(shí)，普通控制功能被選中。在這種方式下，無論SNY x置0還是置1,系統(tǒng)都不執(zhí)行同步誤差補(bǔ)償。

2 同步控制中的同步誤差和力矩偏差

　　2.1 同步誤差檢測(cè)

　　系統(tǒng)一旦建立起同步，則主、從動(dòng)軸的位移量隨時(shí)都處十被監(jiān)控狀態(tài)，主、從動(dòng)軸之間的實(shí)際位置偏差也隨時(shí)被讀取，系統(tǒng)將位移量和偏差量進(jìn)行比較，然后進(jìn)行平衡、調(diào)整。根據(jù)同步超差程度的不同，有不同的報(bào)警和相應(yīng)的處理方法。

　　(1)同步誤差報(bào)警1 (OT30)如果同步誤差超過參數(shù)N0.1914中設(shè)置的同步誤差極限范圍值，會(huì)出現(xiàn)OT30報(bào)警，同時(shí)電動(dòng)機(jī)就會(huì)減速直到停止。在報(bào)警點(diǎn)上，同步誤差補(bǔ)償并不因報(bào)警而終止，同樣會(huì)自動(dòng)執(zhí)行。因此同步誤差也因?yàn)檠a(bǔ)償而減小。一旦減小到了允許值范圍之內(nèi)時(shí)，報(bào)警可被清除。但有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)不能完全靠自動(dòng)補(bǔ)償就消掉報(bào)警的情況，這就需要人為校正(見后述)。

　　(2)同步誤差報(bào)警2 < SV24)如lA步誤差超過N0. 1913中設(shè)置的同步誤差極限范圍值，會(huì)出現(xiàn)SV24報(bào)警。它與OT30的不同在十:系統(tǒng)出現(xiàn)這個(gè)報(bào)警后，電動(dòng)機(jī)立刻停止運(yùn)行，與其他伺服報(bào)警所產(chǎn)生的作用一樣。并日_主、從動(dòng)軸之間的位置偏差保持不變，也就是說系統(tǒng)并不自動(dòng)執(zhí)行同步誤差補(bǔ)償，所以報(bào)警也就不可能被清除。這個(gè)報(bào)警只能靠人為校正。

　　2.2 同步誤差補(bǔ)償

　　首先設(shè)置系統(tǒng)執(zhí)行同步誤差補(bǔ)償功能的條件，即將參數(shù)N0. 1803#2( CLP)設(shè)為。，同步誤差補(bǔ)償功能就被激活。當(dāng)同步誤差量大十系統(tǒng)設(shè)置的允許誤差值時(shí)，施加在主、從動(dòng)軸之間的同步誤差補(bǔ)償計(jì)算器會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償脈沖量，并將這個(gè)脈沖量加到從動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)指令中以達(dá)到減小甚至消除同步誤差的目的。當(dāng)然，這個(gè)補(bǔ)償脈沖量可能是負(fù)的，也可能是正的，它取決十主、從動(dòng)軸之間的實(shí)際位置和偏差量的多少。補(bǔ)償功能隨著伺服斷開、伺服報(bào)警的出現(xiàn)而中斷，也不支持程序預(yù)處理功能和調(diào)試狀態(tài)。

　　在普通的同步誤差補(bǔ)償功能時(shí)，如同步誤差大十N0. 1912號(hào)參數(shù)設(shè)置的零區(qū)值，補(bǔ)償增益起作用;當(dāng)同步誤差小十零區(qū)值時(shí)，增益變?yōu)榱悖粓?zhí)行同步誤差補(bǔ)償。

　　2.3 同步控制中力矩偏差檢測(cè)

　　在雙驅(qū)動(dòng)中，除了主從動(dòng)軸的位移量要同步，力矩同樣要求同步。力矩偏差檢測(cè)信號(hào)在伺服準(zhǔn)備信號(hào)SA變?yōu)楦唠娖綍r(shí)有效，SA變?yōu)榈碗娖綍r(shí)無效。

坐標(biāo)間的力矩差一旦出現(xiàn)異常系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)報(bào)警以終止運(yùn)動(dòng)指令的發(fā)出。

　　根據(jù)以下步驟來獲得臨界值參數(shù):

　　(1)先設(shè)置以下參數(shù):N0. 1716=14564，將報(bào)警檢測(cè)界值設(shè)到最大;N0. 2208的##3設(shè)為1:顯示伺服空余數(shù)據(jù)頁面。

　　(2)在伺服空余數(shù)據(jù)頁ICI上設(shè)置:數(shù)據(jù)1參數(shù)1:0;參數(shù)2:178，兩同步軸之間的力矩差的絕對(duì)值就以10進(jìn)制方式顯示在主動(dòng)軸區(qū)域內(nèi)。

　　(3)在普通操作方式下移動(dòng)同步坐標(biāo)，讀取最大力矩的絕對(duì)值。將這個(gè)值的近似值設(shè)為臨界值，以對(duì)抗最大力矩偏差。

　　如在伺服頁面讀取數(shù)據(jù)較困難的話(因?yàn)閿?shù)據(jù)隨坐標(biāo)移動(dòng)在相應(yīng)變動(dòng))，也可以用示波器輔助完成。步驟如下:①將N0. 1726和N0. 1774參數(shù)分別設(shè)為0和178;②將檢測(cè)板連到CH7接口并將板上轉(zhuǎn)換開關(guān)位置設(shè)為1;③觀察示波器上顯示值，按1 V= 410來換算，同樣在普通方式下移動(dòng)同步坐標(biāo)獲得最大值，設(shè)置相應(yīng)臨界值。

3 同步的建立

　　對(duì)十一臺(tái)新設(shè)備在調(diào)整中，或投產(chǎn)設(shè)備在工作中出現(xiàn)了軟件更新、丟失數(shù)據(jù)或機(jī)械扭曲的情況時(shí)，需要重新建立同步。在建立同步之前，開啟電源后，首先設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。在同步被建立之前不執(zhí)行補(bǔ)償，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。同步的建立有兩種方式:

　　3.1 基十手動(dòng)返回參考點(diǎn)上的同步建立

　　在執(zhí)行同步的坐標(biāo)手動(dòng)返回參考點(diǎn)時(shí)，主動(dòng)軸、從動(dòng)軸均以與普通返回參考點(diǎn)過程相同的方式被定位在各自的參考位置上，在這個(gè)過程中，同步誤差計(jì)數(shù)器被復(fù)位，然后再重新開始計(jì)數(shù)。同步誤差補(bǔ)償重新開始。我們知道，回參考點(diǎn)有柵格方式和接近開關(guān)方式，下面分別進(jìn)行討論。

　　(1)柵格方式其執(zhí)行過程與單軸控制的普通柵格方式相同，但只有主動(dòng)軸的減速信號(hào)被采用。當(dāng)減速信號(hào)變?yōu)?時(shí)，主從動(dòng)軸均以F2速度移動(dòng)直到減速信號(hào)變?yōu)?時(shí)，主、從動(dòng)軸被移動(dòng)到各自相應(yīng)的柵格位置上停止。這里要注意的是:如果主、從動(dòng)軸之間的位移偏差值較大(因尚未執(zhí)行同步誤差補(bǔ)償)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)參考位置偏置，當(dāng)從動(dòng)軸的參考位置被偏移了一個(gè)柵格時(shí)一，這樣從實(shí)際參考位置的一個(gè)柵格就被考慮進(jìn)來。在這種情況下，就有必要用接近開關(guān)式的返回參考點(diǎn)方式來建立同步。

　　(2)使用接近開關(guān)時(shí)的柵格方式這種方式與柵格方式大致相同，區(qū)別在十當(dāng)減速信號(hào)變?yōu)?后，主、從動(dòng)軸都會(huì)停在參考位置處的接近開關(guān)動(dòng)作之后的第一個(gè)柵格處。

　　3.2 基十機(jī)床坐標(biāo)系的同步建立

　　當(dāng)中斷同步誤差補(bǔ)償功能時(shí)一(即把N0. 1803 #2CLP設(shè)為1 )，要建立同步則必須將N0. 1010參數(shù)SYC設(shè)為1。它是通過對(duì)從動(dòng)軸輸出一個(gè)指令脈沖來平衡主、從動(dòng)軸在機(jī)床坐標(biāo)系上的偏差來建立同步的。在指令脈沖起作用的這個(gè)時(shí)間里，機(jī)床會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖時(shí)突變的最大的移動(dòng)量。這個(gè)最大的允許補(bǔ)償值設(shè)在N0.7724參數(shù)中，設(shè)置該參數(shù)只是暫時(shí)的，日_值的大小由實(shí)際情況而定，同步建立完成后，將此值設(shè)為0較為安全。

4 同步的校正(報(bào)警的消除)

　　在電源打開或急停狀態(tài)清除后，主、從動(dòng)軸往往不在同一位置上，由十同步誤差量會(huì)隨時(shí)被讀取，系統(tǒng)自動(dòng)校正同步，同步調(diào)整使從動(dòng)軸的位置與主動(dòng)軸相適配。當(dāng)自動(dòng)調(diào)整不過來時(shí)，如在2. 1中所述，就要人為調(diào)整。

　　4.1 NO. 1817(伴有報(bào)警#0T30, SV24)設(shè)為一直處十同步控制時(shí)的校正方法

　　調(diào)整時(shí)，是靠暫時(shí)斷開主從動(dòng)軸的同步誤差檢測(cè)功能后，再給一個(gè)移動(dòng)量來完成的。此時(shí)不執(zhí)行同步誤差補(bǔ)償。步驟如下:

　　(1)將要調(diào)整同步的坐標(biāo)的主動(dòng)軸、從動(dòng)軸都設(shè)為調(diào)整狀態(tài)，參數(shù)為N0. 1803 #3 ADJ。這時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)提示性的報(bào)警:OT31;

　　(2)按復(fù)位鍵消除同步誤差報(bào)警，在調(diào)整狀態(tài)下同步檢測(cè)和補(bǔ)償均不執(zhí)行;

　　(3)檢索到手動(dòng)方式(手動(dòng)、增益或手輪);

　　(4)向可以減小同步誤差的方向移動(dòng)主動(dòng)軸和從動(dòng)軸，為避免將方向走反而造成損害，可先將N0. 1803參數(shù)##3 MVB設(shè)為1，這樣即便走反同步偏差量也會(huì)受到步印制;

　　(5)調(diào)整到允許范圍后，將改過的參數(shù)復(fù)原。使得同步檢測(cè)和補(bǔ)償功能恢復(fù)正常，然后按復(fù)位鍵清除調(diào)整狀態(tài)下的報(bào)警。

　　4.2 用輸入信號(hào)的方式來使能同步控制時(shí)的校正方法(伴有報(bào)警#0T513

　　(1)將SYN x(x代表一個(gè)從軸號(hào))設(shè)為0:普通方式下;

　　(2)將N0. 7723參數(shù)中同步誤差最大允許值改大，嘗試消除報(bào)警，可多次修改此值，直到報(bào)警消除;

　　(3)在手動(dòng)方式下，用盡可能慢的速度向可消除同步誤差的方向移動(dòng)主動(dòng)軸、從動(dòng)軸;

　　(4)完成校正后，復(fù)原參數(shù)N0. 7723的值，并重新設(shè)置SYN x信號(hào)，恢復(fù)同步控制即可。

5 應(yīng)用舉例

　　一臺(tái)加拿大進(jìn)口的三坐標(biāo)雙主軸頭數(shù)據(jù)龍門銑J1374 , NC是Fanucl5i系統(tǒng)，X坐標(biāo)為雙驅(qū)動(dòng)。調(diào)試期間，在確認(rèn)系統(tǒng)設(shè)置、伺服環(huán)、位置環(huán)等均正常后，對(duì)X坐標(biāo)建立同步，考慮到該機(jī)床在參考點(diǎn)處裝有減速擋塊和接近開關(guān)來采樣FL信號(hào)的輸入，采用的是回機(jī)床參考點(diǎn)的方式來建立同步，具體步驟如下:

　　(1)調(diào)整X坐標(biāo)兩側(cè)機(jī)床參考點(diǎn)的減速擋塊的起始點(diǎn)的幾何位置，使其處十同一直線上。

　　(2)將參數(shù)1803 #2 CLP設(shè)為0":同步誤差補(bǔ)償;1817# 1 SYN設(shè)為1",

　　(3)因?yàn)闊o法確認(rèn)}M, XS兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的編碼器是否處十同一角度，取下XS電動(dòng)機(jī)，置十可移動(dòng)手推車上;

　　(4)手動(dòng)回機(jī)床參考點(diǎn)，此時(shí)機(jī)床的移動(dòng)完全靠XM電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在XS側(cè)，人為推動(dòng)放置XS電動(dòng)機(jī)的推車跟隨機(jī)床移動(dòng);

　　(5)到達(dá)參考點(diǎn)后，移動(dòng)Y軸用百分表測(cè)龍門架的水平，確認(rèn)龍門架與工作臺(tái)的X方向相垂直;

　　(6)此時(shí)，}M,XS參考計(jì)數(shù)器都復(fù)位，兩電動(dòng)機(jī)編碼器確認(rèn)是在同一角度上，就將XS電動(dòng)機(jī)裝上，以上工作要靠多人配合完成。

6 結(jié)語

　　以上僅是針對(duì)FANUC-15i系統(tǒng)在同步控制中應(yīng)用的總結(jié)。比較FANUC-16i\16oi\18i\180i\20i等系統(tǒng)，控制方式和調(diào)整方式基本相同。只是相對(duì)應(yīng)的參數(shù)不同和細(xì)節(jié)上的差異。在具體的使用過程中，可根據(jù)實(shí)際報(bào)警情況進(jìn)行相應(yīng)的分析和操作，只要以理論作基礎(chǔ)，現(xiàn)場操作時(shí)做到思路清晰、認(rèn)真謹(jǐn)慎，就不會(huì)造成設(shè)備損害。