龙门轴控制在西门子与海德汉数控系统中的应用比较

摘要：本文主要基于西门子840D系统与海德汉iTNC530系统，对龙门轴在数控机床中的应用进行了详细的比较分析。介绍了这两种不同的数控系统应用到龙门轴的控制上的共性要求及不同的应用特点，以供参考。

关键词：龙门轴；西门子840D；海德汉iTNC530

引言

当前，很多数控机床为了满足某轴大力矩的要求，提高机床整体性能，从而应用了龙门轴的控制方法。对于数控系统而言，应用不同的数控系统来控制龙门轴会有不同技术特点，当然，同时也会有相同的技术约定。本文主要分别针对西门子840D系统和海德汉iTNC530系统，将这两种系统应用于龙门结构进行介绍。

给出了龙门轴应用这两种系统时共性的注意事项，同时也给出了这两种系统不同的应用特点。这样可以方便机床设计人员在设计之初对机床结构及数控系统的应用做出恰当的选择，从而进一步提高机床的整体性能。

下面就以西门子840D系统和海德汉iTNC530系统为例，分别说明这两种系统对于龙门轴的注意事项（共性）及调整方法：

1.西门子840D系统与海德汉iTNC530系统应用于龙门轴的共性与比较

1.1龙门轴简介

龙门轴无论是西门子数控系统还是海德汉数控系统其英文均定义为“Gantry axis”，西门子多译为“龙门轴”，而海德汉多译为“同步轴”，本文以“龙门轴”作为介绍，配成一组的龙门轴可以同时移动，并用相同的轴符号进行加工编程，例如如图1所示龙门结构机床的X轴或串联工作台。

图1所示的是龙门结构的机床，其X轴由X1轴和X2轴组成龙门轴共同驱动完成。其中X1轴为主动轴，X2轴为从动轴，龙门轴都是由主动轴和从动轴组成的，主动轴和从动轴均有各自的位置环，只不过是从动轴的目标位置给定与主动轴是一样的，数控系统会检测由主动轴检测量的实际坐标与从动轴测量到的实际坐标的差值，当差值过大时，系统报警，防止对数控机床造成硬件的损坏。

1.2基于西门子840D系统龙门轴的参数设置及应用特点

1.2.1需要设置的参数

以图1所示的龙门机床为例，把X1轴与X2轴配置成龙门轴，需要设置的参数如下：首先需要设置通用参数MD19310，把其第0位置1，来激活龙门轴功能选项。

其次在轴参数MD37100 $MA_GANTRY_AXIS_TYPE中定义龙门轴组，在该参数中定义有哪些轴组成了龙门轴组，哪些轴为主动轴，哪些轴为从动轴，西门子840D系统一共可以定义8组龙门轴组，每组中可以定义1个主动轴，1个或2个从动轴。在本例中要把X1轴设置成为主动轴，则X1轴对应的MD37100 GANTRY_AXIS_TYPE[X1] = 1，要把X2轴设置成为从动轴，则X2轴对应的MD37100 GANTRY_AXIS_TYPE[X2] = 11，即同一组的从动轴参数在主动轴的参数基础上加10。

接下来需要注意的是关于监控龙门轴组主动轴与从动轴位置偏差的参数，分别为：MD37110 $MA_GANTRY_POS_TOL_WARNING，MD37120 $MA_GANTRY_POS_TOL_ERROR，MD37130 $MA_GANTRY_POS_TOL_REF，通过这些参数，可以根据数控机床的实际情况，来设定不同范围的报警值，恰当而及时的输出报警，保护数控机床。其中MD37110与MD37120均是当机床的龙门轴组回零完成以后生效的，当主动轴与从动轴之间的实际位置差值超过这两个参数中的数值时，数控系统会发出报警，同时NC会向PLC发出一个相应的接口信号，用户可以根据自己的实际情况在PLC侧进行处理。在这个过程中MD37110触发报警时，系统不会取消龙门轴的同步关系，而当MD37120触发报警时，系统会自动取消龙门轴的同步关系。而MD37130是针对机床的龙门轴完成回零之前的一个参数，回零之前，当主动轴与从动轴之间的实际位置差值超过这个参数中的数值时，数控系统会发出报警，并且取消龙门轴的同步关系，同时NC会向PLC发出一个相应的接口信号，同样的，用户可以根据自己的实际情况在PLC侧进行处理。

1.2.2参考点的坐标调整

西门子840D系统龙门轴返回参考点的过程可以分为三步：

第一步：由龙门轴组中的主动轴先回参考点，从动轴不回，而是跟随着主动轴进行移动，在这一步中可以通过主动轴的PLC接口信号DB31， ... DBX4.7/4.6来启动主动轴回参考点。

第二步：只要主动轴已经完成回参考点，则从動轴会自动的回参考点，在这个过程中，主动轴与从动轴的关系会发生互换，即主动轴会跟随从动轴移动，等到从动轴完成回参考点时，从动轴会将主动权交换给主动轴。

第三步：当龙门组中所有轴均完成回参考点时，它们必须用在主动轴中事先定义好的参数进行同步，在这一步中的操作顺序会取决于回完参考点后主动轴与从动轴之间的差值，当差值小于MD37100时，龙门轴的同步过程会自动进行，当差值大于MD37100时，需要在PLC中激活“启动同步”的信号，来进行龙门轴的同步，使主动轴与从动轴之间的差值接近于零。

1.2.3西门子系统应用龙门轴的注意事项

（1）龙门轴组中的从动轴一定不能是主轴。

（2）龙门轴组中的从动轴一定不能是concurrent POS轴（即PLC 轴）。

（3）龙门轴组中的从动轴一定不能被西门子动态描述中所寻址。

（4）一组龙门轴组中的从动轴不能成为另一类型耦合组中的从动轴。

（5）一组龙门轴组中的从动轴不能定义为另一轴组中的主动轴。

1.3基于海德汉iTNC530系统龙门轴的参数设置及应用特点

1.3.1需要设置的参数

对于海德汉iTNC530系统，激活龙门轴，龙门组中的每一个轴的跟随误差控制及速度前馈控制都是仍然有效的，建立龙门组，参数设置如下：

其中：在相应的轴参数MP850.x ，Input：后面输入0，表示该轴为主动轴，如果输入的是1到9的阿拉伯数字，则表示该轴为从动轴，而与其对应的主动轴的轴号就是输入1到9的阿拉伯数字。

1.3.2参考点的坐标调整

MP860.x=0，输入在从动轴的参数中，在这时你可以选择机床启动时的位置为龙门轴的同步参考点，主动轴与从动轴必须在同一位置，如果重新定义机床参考点，则只需要主动轴穿越参考点，在这种情况下，同步监控功能在机床启动之后开始生效。

MP860.x=1，同样输入到从动轴的参数中，在这时你可以选择穿越参考点之后的坐标值为龙门轴的同步参考点，在穿越参考点之后，主动轴与从动轴必须定位同一个位置。默认的设置可以通过参数MP960.x（机床坐标值偏置）进行修改，但在修改MP960.x之前，需要设置MP860.x=0，这样一来，在主动轴与从动轴之间将不会产生补偿运动。在主动轴与从动轴均回完参考点后，轴方向上的偏移将会被修正，只有在这是，龙门轴的监控功能才会被激活，在未回参考点之前，龙门轴的监控功能是失效的。

具体如图2所示的例子所示：（该龙门轴分别安装了位置编码器，并且从动轴的位置编码器与主动轴的位置编码器是镜像反装的。）

1.3.3海德汉系统应用龙门轴的注意事项

（1）在MP1350.x中，主动轴与从动轴必须设置相同的回参考点的方式。

（2）在穿越参考点之后，从动轴同步补偿的速度应该输到MP1330.x中。

（3）在MP1340.x中，设置的是主动轴与从动轴回参考点的顺序，主动轴必须先于从动轴。

（4）同步补偿的动作不会被“NC停止”而中断，机床紧急停止除外。

（5）如果主动轴已经完成参考点的穿越，这时出现了“NC停止”或机床紧急停止，但是从动轴还没有完成参考点的穿越，这时从动轴只能通过面板上的方向键来完成参考点的穿越。

2.结束语

目前基于西门子840D系统和海德汉iTNC530系统的龙门轴控制方式，已经在多家公司的多款数控机床上得到应用，并且控制效果良好，本文分别基于西门子840D系统及海德汉iTNC530系统，给出了龙门轴应用这两种系统时共性的注意事项及不同的应用特点，以供大家参考。

参考文献：

[1] Siemens DOConCD 2010

[2] Heidenhain Technical_Manual_iTNC530_en， 2007.

[3] BA_HMIDEVICE_MobilePanel177_chs.Siemens， 2005.

[4]SIMODRIVE611 digital/SINUMERIK 840D/810D/Drive Functions/Function Manual.Siemens， 2009.

[5] Automatic Spindle Exchange G30. CyTec Zylindertechnik， 2009

作者簡介：隋海倬（1981-），男，硕士，工程师，讲师，现任职于杭州技师学院，主要从事数控机床电气方面的教学工作。