以FANUC-15i为例浅析数控系统同步控制在双驱中的应用

　　随着数控技术的推广，大型的数控设备被广泛地用于各种机械加工领域以满足一些体积较大、精度较高、生产周期要求短的零部件的加工需求。对于这些大型的龙门式和桥式数控设备来讲，为了避免加、减速运行过程中因扭矩不同而对龙门架或桥架造成损害，一般采用双驱动控制的形式。谈到双驱动，必然会引出同步控制。

　　所谓同步控制，就是一个坐标的运动指令能够驱动两个电动机同时运行，通过对这两个电动机移动量的检测，将位移偏差反馈到数控系统获得同步误差补偿。其目的是将主、从两个电动机之间的位移偏差量控制在一个允许的范围内。本文就以FANUC-15i系统为例浅析数控系统同步控制在双驱中的应用。

1 同步控制时的坐标构型和参数设置

　　在同步控制中用来作为参考的轴被定义为主动轴，跟随主动轴同步运行的轴被定义为从动轴。

　　1.1 同步控制时的坐标构型

　　同步控制中主、从动轴的构型靠系统参数的设置来实现，在FANUC-15i系统中，为7702号参数。

　　例如假设坐标构型如下:第1轴为X轴;第2轴为Y轴;第3轴为Z轴;第4轴为U轴;要使U轴与X轴同步，应设置:X:O; Y:O;Z:O; U:1。

　　同时，一个主动轴可以带多个从动轴，如X1和X2都是XM的从动轴时。

　　当一个主动轴带多个从动轴时，系统会分别对各个轴进行同步误差检测和同步误差补偿。为了易十辨认同一坐标中主、从动轴在显示中的区别，最好给主、从动轴各加一个后缀，如X1, X2 ; XM, XS。这样，当具体的轴出现了故障，系统也会给出相应轴的报警。N0.1021参数是用来设置轴的后缀，如表2是对X坐标进行同步控制时一的所对应的后缀设置。

　　1.2 同步控制的使能

　　同步控制与普通控制的区别是:当同步控制被使能后，主、从动轴就同步地移动，而普通控制中各个轴之间则是分别独立地，无主、从之分。有两种方法可以使能/中断同步控制；

　　(1)通过参数实现正常情况下，我们都希望双驱动电动机总是在同步控制中移动，这种移动最便捷、可靠的方法是通过参数来设置，使同步控制一直保持有效。

　　(2)输入信号的方式实现这种方式一般在调试及判断故障时使用，并日_只有当N0.1817参数的SNY置0时，才能有效地使用这个信号。当SNY x=1时，同步控制功能被选中;当SNY x=0时，普通控制功能被选中。在这种方式下，无论SNY x置0还是置1,系统都不执行同步误差补偿。

2 同步控制中的同步误差和力矩偏差

　　2.1 同步误差检测

　　系统一旦建立起同步，则主、从动轴的位移量随时都处十被监控状态，主、从动轴之间的实际位置偏差也随时被读取，系统将位移量和偏差量进行比较，然后进行平衡、调整。根据同步超差程度的不同，有不同的报警和相应的处理方法。

　　(1)同步误差报警1 (OT30)如果同步误差超过参数N0.1914中设置的同步误差极限范围值，会出现OT30报警，同时电动机就会减速直到停止。在报警点上，同步误差补偿并不因报警而终止，同样会自动执行。因此同步误差也因为补偿而减小。一旦减小到了允许值范围之内时，报警可被清除。但有时也会出现不能完全靠自动补偿就消掉报警的情况，这就需要人为校正(见后述)。

　　(2)同步误差报警2 < SV24)如lA步误差超过N0. 1913中设置的同步误差极限范围值，会出现SV24报警。它与OT30的不同在十:系统出现这个报警后，电动机立刻停止运行，与其他伺服报警所产生的作用一样。并日_主、从动轴之间的位置偏差保持不变，也就是说系统并不自动执行同步误差补偿，所以报警也就不可能被清除。这个报警只能靠人为校正。

　　2.2 同步误差补偿

　　首先设置系统执行同步误差补偿功能的条件，即将参数N0. 1803#2( CLP)设为。，同步误差补偿功能就被激活。当同步误差量大十系统设置的允许误差值时，施加在主、从动轴之间的同步误差补偿计算器会产生相对应的补偿脉冲量，并将这个脉冲量加到从动轴的运动指令中以达到减小甚至消除同步误差的目的。当然，这个补偿脉冲量可能是负的，也可能是正的，它取决十主、从动轴之间的实际位置和偏差量的多少。补偿功能随着伺服断开、伺服报警的出现而中断，也不支持程序预处理功能和调试状态。

　　在普通的同步误差补偿功能时，如同步误差大十N0. 1912号参数设置的零区值，补偿增益起作用;当同步误差小十零区值时，增益变为零，不执行同步误差补偿。

　　2.3 同步控制中力矩偏差检测

　　在双驱动中，除了主从动轴的位移量要同步，力矩同样要求同步。力矩偏差检测信号在伺服准备信号SA变为高电平时有效，SA变为低电平时无效。

坐标间的力矩差一旦出现异常系统应能及时报警以终止运动指令的发出。

　　根据以下步骤来获得临界值参数:

　　(1)先设置以下参数:N0. 1716=14564，将报警检测界值设到最大;N0. 2208的##3设为1:显示伺服空余数据页面。

　　(2)在伺服空余数据页ICI上设置:数据1参数1:0;参数2:178，两同步轴之间的力矩差的绝对值就以10进制方式显示在主动轴区域内。

　　(3)在普通操作方式下移动同步坐标，读取最大力矩的绝对值。将这个值的近似值设为临界值，以对抗最大力矩偏差。

　　如在伺服页面读取数据较困难的话(因为数据随坐标移动在相应变动)，也可以用示波器辅助完成。步骤如下:①将N0. 1726和N0. 1774参数分别设为0和178;②将检测板连到CH7接口并将板上转换开关位置设为1;③观察示波器上显示值，按1 V= 410来换算，同样在普通方式下移动同步坐标获得最大值，设置相应临界值。

3 同步的建立

　　对十一台新设备在调整中，或投产设备在工作中出现了软件更新、丢失数据或机械扭曲的情况时，需要重新建立同步。在建立同步之前，开启电源后，首先设置相应的参数。在同步被建立之前不执行补偿，同时会产生报警。同步的建立有两种方式:

　　3.1 基十手动返回参考点上的同步建立

　　在执行同步的坐标手动返回参考点时，主动轴、从动轴均以与普通返回参考点过程相同的方式被定位在各自的参考位置上，在这个过程中，同步误差计数器被复位，然后再重新开始计数。同步误差补偿重新开始。我们知道，回参考点有栅格方式和接近开关方式，下面分别进行讨论。

　　(1)栅格方式其执行过程与单轴控制的普通栅格方式相同，但只有主动轴的减速信号被采用。当减速信号变为0时，主从动轴均以F2速度移动直到减速信号变为1时，主、从动轴被移动到各自相应的栅格位置上停止。这里要注意的是:如果主、从动轴之间的位移偏差值较大(因尚未执行同步误差补偿)会产生一个参考位置偏置，当从动轴的参考位置被偏移了一个栅格时一，这样从实际参考位置的一个栅格就被考虑进来。在这种情况下，就有必要用接近开关式的返回参考点方式来建立同步。

　　(2)使用接近开关时的栅格方式这种方式与栅格方式大致相同，区别在十当减速信号变为1后，主、从动轴都会停在参考位置处的接近开关动作之后的第一个栅格处。

　　3.2 基十机床坐标系的同步建立

　　当中断同步误差补偿功能时一(即把N0. 1803 #2CLP设为1 )，要建立同步则必须将N0. 1010参数SYC设为1。它是通过对从动轴输出一个指令脉冲来平衡主、从动轴在机床坐标系上的偏差来建立同步的。在指令脉冲起作用的这个时间里，机床会产生一个脉冲时突变的最大的移动量。这个最大的允许补偿值设在N0.7724参数中，设置该参数只是暂时的，日_值的大小由实际情况而定，同步建立完成后，将此值设为0较为安全。

4 同步的校正(报警的消除)

　　在电源打开或急停状态清除后，主、从动轴往往不在同一位置上，由十同步误差量会随时被读取，系统自动校正同步，同步调整使从动轴的位置与主动轴相适配。当自动调整不过来时，如在2. 1中所述，就要人为调整。

　　4.1 NO. 1817(伴有报警#0T30, SV24)设为一直处十同步控制时的校正方法

　　调整时，是靠暂时断开主从动轴的同步误差检测功能后，再给一个移动量来完成的。此时不执行同步误差补偿。步骤如下:

　　(1)将要调整同步的坐标的主动轴、从动轴都设为调整状态，参数为N0. 1803 #3 ADJ。这时会出现一个提示性的报警:OT31;

　　(2)按复位键消除同步误差报警，在调整状态下同步检测和补偿均不执行;

　　(3)检索到手动方式(手动、增益或手轮);

　　(4)向可以减小同步误差的方向移动主动轴和从动轴，为避免将方向走反而造成损害，可先将N0. 1803参数##3 MVB设为1，这样即便走反同步偏差量也会受到步印制;

　　(5)调整到允许范围后，将改过的参数复原。使得同步检测和补偿功能恢复正常，然后按复位键清除调整状态下的报警。

　　4.2 用输入信号的方式来使能同步控制时的校正方法(伴有报警#0T513

　　(1)将SYN x(x代表一个从轴号)设为0:普通方式下;

　　(2)将N0. 7723参数中同步误差最大允许值改大，尝试消除报警，可多次修改此值，直到报警消除;

　　(3)在手动方式下，用尽可能慢的速度向可消除同步误差的方向移动主动轴、从动轴;

　　(4)完成校正后，复原参数N0. 7723的值，并重新设置SYN x信号，恢复同步控制即可。

5 应用举例

　　一台加拿大进口的三坐标双主轴头数据龙门铣J1374 , NC是Fanucl5i系统，X坐标为双驱动。调试期间，在确认系统设置、伺服环、位置环等均正常后，对X坐标建立同步，考虑到该机床在参考点处装有减速挡块和接近开关来采样FL信号的输入，采用的是回机床参考点的方式来建立同步，具体步骤如下:

　　(1)调整X坐标两侧机床参考点的减速挡块的起始点的几何位置，使其处十同一直线上。

　　(2)将参数1803 #2 CLP设为0":同步误差补偿;1817# 1 SYN设为1",

　　(3)因为无法确认}M, XS两个电动机的编码器是否处十同一角度，取下XS电动机，置十可移动手推车上;

　　(4)手动回机床参考点，此时机床的移动完全靠XM电动机驱动，在XS侧，人为推动放置XS电动机的推车跟随机床移动;

　　(5)到达参考点后，移动Y轴用百分表测龙门架的水平，确认龙门架与工作台的X方向相垂直;

　　(6)此时，}M,XS参考计数器都复位，两电动机编码器确认是在同一角度上，就将XS电动机装上，以上工作要靠多人配合完成。

6 结语

　　以上仅是针对FANUC-15i系统在同步控制中应用的总结。比较FANUC-16i\16oi\18i\180i\20i等系统，控制方式和调整方式基本相同。只是相对应的参数不同和细节上的差异。在具体的使用过程中，可根据实际报警情况进行相应的分析和操作，只要以理论作基础，现场操作时做到思路清晰、认真谨慎，就不会造成设备损害。