大型机床驱动技术功能.pdf

功能 - 1 - 1. 进给轴同步控制进给轴同步控制（（Axis synchronous control J843）） 1.1 概述 同步控制是指用 2 台伺服电机分别驱动两根丝杠实现一个坐标轴的运动时， 可以通过对一个轴 的指令使 2 台电机进行同步驱动，使两轴定位在相同的位置 同步控制中的每个轴都接受同样的位置指令进行位置控制 当主控轴和从控轴使用同一个 DSP（数字信号处理器）控制时，此时的同步控制也称作位置 串联控制 示意图如下： 典型的应用： 龙门机床的横梁升降 分别使用光栅尺反馈分别使用光栅尺反馈 使用双电机、双丝 杠驱动横梁升降 功能 - 2 - 小型机床的双丝杠驱动 使用进给轴同步控制的优点： ? 使工作台或主轴头运动中心（重心）更加稳定平稳 ? 导轨承重更小 ? 在高加速度时,有更小的丝杠负载惯量比 ? 保证机床的整体刚性 1.2 轴的配置 成为进给轴同步控制标准的轴为主控轴（Master 轴），与主控轴同步移动的轴称为从控轴 （Slave 轴） 1）可配置组数：）可配置组数：一个主控轴可以对应多个从控轴31i 系列中最多可进行 6 组同步控制；0iD 最多 2 组。

在有多个从动轴时，同步误差补偿、同步调整、同步误差检查等，由各从动轴各自独立进行 当进行两轴间的同步控制时，推荐采用位置串联控制方式，即主控轴和从控轴分配在同一个 DSP 上（1023 参数设定：主控轴设奇数，从控轴设紧接此奇数之后的偶数） 通常主控轴和从控轴的电机规格是相同的 2）关于反馈：）关于反馈：各轴分别反馈可以分别使用光栅尺（全闭环）或者电机的绝对位置编码器、 相对位置编码器（半闭环）进行反馈各同步轴采用相同的反馈方式 使用双电机、 双丝杠 驱动工作台移动 功能 - 3 - 1.3 与同步控制有关的补偿功能 相关的功能有： 同步自动补偿：同步自动补偿：包含在同步控制功能内可以补偿由于丝杠长度/精度不同/热变形、光栅尺精 度/安装精度不同等产生的伺服电机冲突 同步误差补偿：同步误差补偿：当检测到同步误差超出了参数所设定的允许宽度时，系统会自动计算补偿脉 冲数并发送到从控轴上 串联减振功能：串联减振功能：选项功能用于补偿由于两个伺服轴之间干涉所产生的振动该功能只能用 于 2 轴间的同步控制 伺服报警伺服报警 2 轴同时监视功能：轴同时监视功能：包含在同步控制或串联控制功能内在相同的 DSP 上同时监视 2 个轴的伺服报警， 在其中一个轴上发生报警时， 可以迅速地将另外一轴的励磁 （MCC） 置于 OFF 状态，防止机床扭曲变形。

名 称 规格号31i0iD备注 同步控制功能（Axis synchronous control） J843 ○ 31i 最多可控制 6 组，0i 最多 2 组 串 联 减 振 控 制 (Tandem Disturbance Elimination Control) S660 用于 2 轴之间的 同步控制 同步自动补偿(Automatic Compensation for Synchronization Function) ＊＊ 包含在同步控制 功能内 同 步 误 差 补 偿 (Synchronization Error Compensation) ＊— 包含在同步控制 功能内 1.4 典型应用 使用双丝杠、双电机进行驱动、反馈使用双光栅尺或同类型半闭环反馈的场合 卧式加工中心、立式加工中心中，为使机床运行平稳，采用类似“重心驱动”结构时，采用同 步控制 大型龙门机床上， 动梁结构时为保证横梁上下运动的精度和平稳、 动柱结构时为保证龙门框在 整个行程上的运行平稳，采用同步控制 功能 - 4 - 2. 串联控制串联控制（（Tandem Control J733）） 2.1 概述 当驱动一个大工作台时， 在仅仅依靠一台电机不能产生足够的转矩的情形下， 可以通过串联控 制，用 2 台电机来使一根轴运行。

此串联控制实际指的是扭矩串联控制，即此时主电机接受的是 位置控制，而副电机只接受扭矩控制 主电机用来定位，副电机只用来产生转矩通过这一功能，可以得到 2 倍的转矩（负载分享 方式）如下图，这种方式多用于大型镗床 此外，通过在主电机和副电机之间应用预载转矩来产生张力，可以减小齿轮之间的反向间隙 （消隙方式）见下图，用于大型机床齿轮齿条传动 在驱动所连接的直线电机和绕组串联电机（αiS300/2000、αiS500/2000、 αiS1000/2000HV） 时，也使用串联控制 功能 - 5 - 驱动直线电机 驱动绕组串联电机 2.2 轴的配置 为了区别于位置串联的主控轴(master)和从控轴(slave)， 转矩串联控制的两个轴分别称之为主 轴(main)和副轴(sub) 两个轴采用相同规格的电机 主控轴要求参数 1023 必须设为奇数，从控轴设为紧接此奇数之后的偶数 反馈：通常两轴采用相同的反馈方式也可以两轴公用一个光栅尺，此时需要使用全闭环反馈 共享功能在串联直线电机或绕组串联电机时，需要使用电机反馈共享功能 2.3 相关的功能 以下功能均包含在转矩串联功能中 预加载功能：预加载功能：通过对于受到位置（速度）反馈控制的转矩施加偏置，在主轴（主电机）和副 轴（副电机）上外加方向相反的转矩，使其总是处在保持张力的状态。

通过这一功能，可以减小 反向间隙造成的影响该功能用于齿轮齿条传动结构中消除间隙 衰减补偿功能：衰减补偿功能：为了提高串联控制的稳定性，如果主轴和副轴存在速度差，则在副轴端或者 主轴/副轴两端都进行转矩补偿，以消除速度偏差 功能 - 6 - 速度反馈平均功能：速度反馈平均功能：对于反向间隙较大的机床，副轴会在齿轮等齿隙间产生振动而导致运行 不稳定在这种情况下，通过对副轴进行速度控制，即可使机床保持稳定 伺服报警伺服报警 2 轴同时监视功能：轴同时监视功能：在相同的 DSP 上同时监视 2 个轴的伺服报警，在其中一个轴上 发生报警时，可以迅速地将另外一轴的励磁（MCC）置于 OFF 状态，防止机床扭曲变形 电机反馈分享功能：电机反馈分享功能：将直线电机连接在一起使用时，由于位置反馈只有一个，副轴端的位置 反馈将与主轴端共享在连接绕组串联的大电机时，也使用此功能 全闭环反馈分享功能：全闭环反馈分享功能：该功能可以从系统软件中将主电机轴的全闭环反馈信号用于控制副电 机轴这样可以避免采用硬件分线所引起的信号干扰问题 名 称 规格号 31i0iMD备注 串联控制（Axis synchronous control） J733 ○ 2.4 同步控制与串联控制 当使用 2 个电机驱动一个轴时，有两种控制方式可以选用：同步控制和串联控制。

同步控制 方式使用相同的指令控制主控轴和从控轴的位置，主控轴和从控轴分别执行位置控制当主控轴 和从控轴公用一个 DSP 时，称为位置串联控制 串联控制方式实际是指转矩串联，只在主轴（Main）上执行位置控制，副轴（Sub）上只执行 转矩控制 通常来讲， 同步控制由于同时对两轴进行位置控制， 相比转矩串联控制有更高的精度 基本上， 除以下场合之外，均选用同步控制： ? 当两个电机的输出转矩必须一致时 ? 需要消除大型机床上两轴之间反向间隙的影响时 ? 当使用同步控制时由于两轴间的干涉而使控制不稳定的场合 2.5 典型应用 双电机、单丝杠驱动的场合 双电机、双丝杠驱动、单光栅尺反馈的场合 单个电机不足以输出足够的转矩时； 双电机驱动齿轮齿条，用于消除机械间隙时； 使用两个直线电机、两个放大器、公用一个光栅尺时； 功能 - 7 - 使用双电机、 转矩串联 控制功能驱动齿轮齿 条结构 功能 - 8 - 3. 主轴同步控制（主轴同步控制（Spindle synchronous control J858） 与简易主轴同步控制 （ ） 与简易主轴同步控制 （Simple spindle synchronous control J748）） 3.1 概述 主轴同步控制是指对两个主轴进行速度或相位 （旋转角） 的同步。

例如在具有双主轴的车床上， 使用两个主轴共同夹持工件进行加工，或者是工件由一个主轴转由另一个主轴夹持时，需要对主 轴进行同步控制 双主轴车床使用主轴同步控制 简易主轴同步控制指可以同时对主主轴和子主轴进行速度指令、Cs 轮廓控制、刚性攻丝、主 轴定位等工作模式的指令 Cs Z X B Cs A Z X 功能 - 9 - 3.2 轴的配置 两种功能都要求是串行主轴， 都可以是一个主主轴对应多个子主轴， 都可以进行多个组的同步 主轴定义 主轴同步控制可以任意选择一个通道内或通道之间的主轴进行分组 简易主轴同步控制只可以在一个通道内进行 3.3 两种功能的差别 对于速度控制，主轴同步控制方式下严格控制主轴的同步，可以使用 S 指令或 PMC 信号对主 轴转速进行设定，也可以通过设定两主轴的速比使两主轴的转速按一定比例输出同时还可以进 行相位同步控制 速度控制模式下， 简易主轴同步控制是使用主轴电机最大速度的倍率来进行同步控制的 当两 主轴各项配置（主轴电机最大速度、主轴-电机速比等等参数）相同时，可以使两主轴的转速相同 否则，不能保证两主轴速度的同步 其它方面的差异请见下表： 功能 简易主轴同步控制主轴同步控制 主轴旋转控制 △（使用相同的速 度指令） ○（支持同步/相 位匹配） Cs 轮廓控制 ○ 刚性攻丝 ○ 与其 它功 能的 组合 主轴定位 ○ 多组同步 ○ ○ 多个子主轴同步 ○ ○ 停止功能（Parking） ○ 停止功能：在简易主轴同步控制方式下分别停止各主轴。

3.4 规格 名 称 规格号31i 0iMD0iTD 备注 主轴同步控制 （Spindle synchronous control） J858 ○ ○ 简易主轴同步控制（Simple spindle Synchronous control) J748 — 功能 - 10 - 3.5 典型应用 主轴同步控制：双主轴车床上，由两个主轴同时夹持工件，或工件从一个主轴转到另一个主轴 夹持； 简易主轴同步控制：加工中心上有多个主轴同时进行钻、铣、攻丝等操作时； 功能 - 11 - 4. 主轴串联控制主轴串联控制（（Spindle tandem control S648）） 4.1 概述 两个主轴指令相同的转矩 4.2 轴的配置 主轴电机和放大器必须是相同的规格 主轴放大器要求是 TYPE B 的类型 配置例 1：通过两主轴同时进行工件的夹紧/松开 功能 - 12 - 应用实例： 大型加工中心提高主轴功率 立车用于提高主轴功率轮式车床用于驱动滚子 大型加工中心提高主轴功率 立车用于提高主轴功率轮式车床用于驱动滚子 轮子（工件） 滚子滚子 主轴电机主轴电机 主轴电机 主轴电机 工作台 BZi检测器 主轴电机主轴电机 BZi 检测器 主轴 大型加工中心提高主轴功率 立车用于提高主轴功率轮式车床用于驱动滚子 大型加工中心提高主轴功率 立车用于提高主轴功率轮式车床用于驱动滚子 轮子（工件） 滚子滚子 主轴电机主轴电机 轮子（工件） 滚子滚子 主轴电机主轴电机 主轴电机 主轴电机 工作台 BZi检测器 主轴电机主轴电机 BZi 检测器 主轴 功能 - 13 - 5. 基于伺服电机的主轴控制基于伺服电机的主轴控制（（Spindle control with servo motor J978）） 5.1 概述 使用伺服电机来执行主轴的旋转、刚性攻丝等动作，称之为基于伺服电机的主轴控制。

使用此功能，可以实现的动作有： 1）、 主轴速度控制而且，在主轴速度控制与伺服定位控制之间转换时，无需返回参 考点 2）、 主轴分度功能 3）、 轴控制像普通的伺服轴一样执行 G00、G01 指令 4）、 刚性攻丝 5）、 螺纹切削、每转进给、恒表面速度控制 6）、 基于 PMC 的主轴。