1 引言

　　在機床傳動結構中，經常需要實現雙軸(或多軸)同步傳動，如龍門框架移動式機床的龍門框架移動控制等。采用一臺電機通過傳動鏈將運動分配到同步運動軸的方案，雖可實現同步騾動.但存在傳動鏈較長、間隙誤差大且無法補償等間題.本文在開發數控玻璃雕刻加工中心時。選用法國NUM公司的NUM1040M數控系統，通過兩臺交流伺服電機分別驅動龍門框架的兩個軸，通過參數的設置及實驗調整，實現了大跨度5m龍門結構雙軸位移的精確同步控制:

2 采用雙交流伺服電機實現雙軸位置同步控制的結構

　　交流伺服驅動系統具有體積小重量輕、動作反應快、過載能力大、調速范圍寬等優點，能提供高的動態響應和扭矩，在機器人、數控機床等領域已得到非常廣泛的應用。

　　其基本工作原理是:將兩個同方向運動的進給軸，一個設定為主動軸，另一個設定為從動軸。由一個伺服驅動器，一個伺服電機、一個位置反饋裝置及CNC位置控制單元組成主動軸伺服運動控制回路，同時由另一個伺服驅動器，另一個伺服電機、另一個位置反饋裝置及CNC位置控制單元組成從動軸伺服運動控制回路。CNC的位置控制單元同時向主動軸及從動軸的伺服控制回路發出位置飼服運動指令。兩個位置反饋裝置的反饋信號除了送回各自的伺服驅動器比較環外，還送人CNC內部的一個數字比較器進行差值比較，該差值送人從動軸伺服控制回路的輸入端，與CNC位置控制單元發來的位置伺服指令進行比較。兩個位置反饋裝置的反饋信號差俏就是主動軸與從動軸的同步誤差，差值為零時，表明兩個軸的位置完全同步。

3 用NUM數控系統實現雙軸同步控制

　　本項目研發的數控玻璃雕刻加工中心采用了龍門式結構，具有 C、X、Y1、Y2 ,Z五個伺服運動軸，該加工中心的磨頭座沿橫梁導軌往復運動方向設定為X軸，兩橫梁座沿機床床身導軌運動方向分別為Y,軸和f'}軸，磨頭沿磨頭座垂直運動方向為Z軸，C軸為磨頭的旋轉軸，系統具有5軸4聯動功能;其中Y1、Y2軸為同步運動軸，分別驅動兩個交流何服電機同步帶動龍門框架運動，行程為2m,Y1、Y2兩軸的跨度5m，

　該設備中選用法國NUM公司的MDLA2型伺服驅動器、BMH型交流何服電機、NUM1040數控系統。系統具有很強的開放性特征，對尸參數的設置是其開放性的特征之一，NUM1040系統中共115個P參數，通過修改P參數就可實現對控制系統的配置。用戶可在NUM專用軟件的環境下，方便、快捷的通過尸參數對系統進行配置與調整，亦可不借助任何軟件及工具，在線修改P參數。NUN系統中，多軸同步控制的功能也是通過設定尸參數實現的。

　連接好伺服軸控制電路后，通過只可定義系統中伺服控制軸的地址，本系統中設定了C、X、Y1、Y2、Z軸的地址分別為0, 1, 2, 3, 4。

　　P24參數由65個無符號十進制數組成(字N0~N64)，其中字N0~N31分別指定0~31號軸地址的同步閥值1，該值表示同步控制中的最大允許誤差(以內部測量單位表示)，缺省值為160。當超過同步閥值時，系統發出超差信息，但繼續驅動從動軸運動。字心一編指定0~31號軸的校正系數(以1/1001)為單位)，其缺省值為250。無誤差信號進人從動軸伺服比較環時，即表示同步過程已經完成。N64為同步閥值2，用于設定所有軸共同的最大同步誤差(用內部測量單位表示)。同步過程誤差超過所設定的值時，系統報警，并停止伺服運動軸的運動。

　　在同步控制中，參數N64的設置會影響雙軸同步控制的性能。若選用較大的閥值，會導致機床同步控制精度降低;若閥值選用過低，則會導致機床在允許加工精度范圍內正常運行時，經常出現因超出同步誤差閥值而報警停車的現象，從而影響機床正常運行。該值須通過實際調試確定，在允許的加工精度前提下，N64同步闌值應盡可能取較大的值。

　　P27參數用于將一個從動軸分配到所設定的主驅動軸，這種分配有三種不同的類型:第一，簡單關聯，將主驅動軸的對應控制量復制到從動軸上;第二，對稱關聯，將主驅動軸的對應控制量求反后復制到從動軸上;第三，同步關聯，其運算式為主驅動軸的對應控制量準+校正值二從動軸的對應控制量。所研制的系統中采用簡單關聯類型，即將Y,主驅動軸的對應控制量復制到Yx從動軸上。

　　P28參數用于使主驅動軸和從動軸的同步功能有效，它是一個32位的十六進制數。

4 雙軸同步運動控制特性的調試

　　初步設定好Y1 , Y2軸的同步功能的P參數后，可進行調試實驗。現場試驗結果表明，當速度環的控制要求滿足時，還不能實現高速率下兩軸的動態精密同步進給控制，需要對伺服驅動、數控系統的內環(速度環)及外環(位置環)參數進行綜合調整，以獲得好的控制性能。以下為實際中采用的調試步驟及參數選擇的過程:

　　(1)初步確定伺服運動工作正常

　　松開伺服電機與負載軸之間的連接，接通電源，用NUM公司調試伺服驅動器參數的DPM軟件調整伺服驅動器的速度環控制參數。如伺服驅動器的增益、速度升降時間常數、PID參數等，確定伺服驅動器與伺服電機的工作基本正常。

　　(2)速度環及電流環參數優化

　　在伺服驅動器輸人端加上約10%的速度指令值，如果電機的運動特性感覺很“硬”，則用示波器觀察到的轉矩電流及速度響應曲線會如圖3a所示，其超調量較大、調整時間較長。調整伺服驅動器中的控制參數(加大P.052/053的數值)可改善動態特性，反之，如果電機的運動特性感覺很軟，示波器觀察到。此時需減少速度環的增益(減少P.054/055的數值)。

　　(3)調整雙軸同步誤差參數

　　同步闌值2取默認值，將同步闌值1逐步減少，直至滿足同步運動的特性及工作臺所需的精度。該系統設定的內部測量單位為0.001 mm，龍門式結構Y1、Y2軸的尺寸誤差不大于0.05 (mm )，即同步時的最大允許誤差為50*0.001=0.05mm。實際調試時，Y1及Y2同步軸的同步誤差閥值1從默認值的160逐漸減少至50(即凡中，Nz=N3=50)。

5 結論

　　NUM 1040M數控系統具有現場開放特性，便于現場調試，同步控制精度高、調整方便。采用尸參數與伺服驅動器參數結合調整的方式可滿意的實現雙軸(多軸)伺服運動控制。經過調試NUM 1040M數控系統已成功的應用在所開發的數控玻璃雕刻加工中心上，伺服運動精度控制、同步軸特性等相關性能參數均達到設計預期指標。