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2     概述

在车床应用中，背面加工和多面体加工是很重要的加工方式。

背面加工：

在双主轴车床上进行背面加工，即：在主主轴和副主轴位置同步后，将工件从主主轴快速传送至副主轴（或相反），且主主轴和副主轴无须处于静止状态。

多面体加工 （多面体车削）：

“主轴同步”功能中，可设置主主轴和副主轴之间的整数传动比：k 传动比，以此来实现多面体加工。

3     要求

3.1      硬件要求

3.2      软件版本要求

•        828D V4.5以上

4     调试或使用步骤

4.1     主轴同步定义

通过“主轴同步”功能可使 2 个主轴的位置同步或转速同步。 其中一个主轴定义为主主轴(LS)，另一个定义为副主轴(FS)。

                      转速同步性： n 副主轴 = k 传动比 * n 主主轴 其中 k 传动比 = 1、2、3、...

                      位置同步性： φ 副主轴 = φ 主主轴 + Δφ其中 0° x Δφ t = 360°

对于SINUMERIK 808D系统，该功能仅支持SINUMERIK 808D ADVANCED PPU16X.3车削版数控系统，且NC 通道中仅可同时运行一对同步主轴对。

 

4.2     主轴同步功能

  副主轴和主主轴以相同的转速旋转

·        (n 副主轴 = n 主主轴； 传动比 k = 1)

 副主轴和主主轴可以以相同的方向或相反的方向旋转

副主轴和主主轴以不同的转速旋转

·        (n 副主轴 = k 传动比 x n 主主轴；k 传动比 ≠ 1)

·        应用： 多面体车削

副主轴和主主轴之间的角度可定义 (φ 副主轴 = φ 主主轴 + Δφ)

 主主轴和副主轴以转速同步的方式运行，同时存在指定的角度偏移(位置同步)。

·        应用： 异型工件传递夹持即可以在轴运行状态，也可以在轴静止状态下激活副主轴和主主轴的同步运行。

主主轴可以使用开环控制方式和位置闭环控制的全部功能。

主轴同步未激活时，副主轴和主主轴可以在任意一种主轴运行方式中运行。

在主轴运动时激活主轴同步后也可以改变传动比。

可在主轴同步激活后更改副主轴和主主轴的偏移量 (叠加运动) 。

4.3     主轴同步使用方法

      在使用主轴同步功能之前，我们必须先了解一下主轴同步的相关同步方式与程序段的切换特性：

引导主轴和联动主轴的同步方式

       既可使用引导主轴的位置设定值作为联动主轴的控制量，也可使用引导主轴的位置实际值作为联动主轴的控制量。因此可选择以下同步方式：

程序段切换特性：激活主轴同步时，或在激活同步的条件下修改传动比或指定的角度偏移时，可确定何时切换到下个程序段。

·        立即进行程序段切换

·        在满足“精同步”条件时进行程序段切换

·        在满足“粗同步”条件时进行程序段切换

·        在满足 IPOSTOP 条件时进行程序段切换（即：在设定值同步后）

·        使用 WAITC 等待标记可在任意时间点检查同步条件。

在使用主轴同步功能时，我们需要设定主轴同步对，哪两个轴进行同步动作，即需要定义引导主轴和联动主轴。有以下两种定义方法：

·        固定定义的主轴同步：通过通道专用的机床数据固定定义引导主轴和联动主轴，并通过机床数据MD21310定义“同步方式”，MD21320来定义“程序段切换特性”

·        用户定义的主轴同步：通过零件程序中的语言指令（COUPDEF...）灵活定义引导主轴和联动主轴，并通过语言指令COUPDEF 来定义“同步方式”和“程序段切换特性”

此外，在固定定义的同步中，“同步方式”和“程序段切换特性”还可通过语言指令 COUPDEF 修改。

4.3.1    主轴同步固定定义

       固定定义的主轴同步是通过通道专用的机床数据固定定义引导主轴和联动主轴，并通过机床数据MD21310定义“同步方式”，MD21320来定义“程序段切换特性”。

序号	名称	定义
MD18450	CP 模块的最大数量	该数据确定 CP 耦合的最大数量，可设为4
MD18452	CP 主值的最大数量	该数据确定 CP 主值的最大数量，可设为4
MD21300	COUPLE_AXIS_1[<n>]	同步主轴对，机床轴号：主主轴[0]，副主轴[1]： ·          <n>   = 0：联动主轴的机床轴编号 ·          <n>   = 1：引导主轴的机床轴编号 机床轴编号对应：MD20070 $MC_AXCONF_MACHAX_USED （通道中的机床轴） 机床轴编号 == 0：未定义耦合。以下系统数据也无效。
MD21310	COUPLING_MODE_1	主轴同步方式 ： ·          0：实际值耦合 ·          1： 设定值耦合 ·          2：速度耦合 注：只要没有设置写保护，就可以在同步撤销后通过指令COUPDEF 修改同步方式。
MD21320	COUPLE_BLOCK_ CHANGE_CTRL_1	激活主轴同步后程序段切换条件： ·          0：立即切换 ·          1：达到“精同步” 切换 ·          2：达到“粗同步” 切换 ·          3：达到“设定值同步” 切换 注：只要没有设置写保护，就可以通过COUPDEF指令修改程序段切换条件。
MD21330	COUPLE_RESET_MODE_1	NC 启动、NC 停止和复位时同步主轴耦合的特性。
MD21340	COUPLE_IS_WRITE_PROT_1	已配置的同步参数写保护： 1：不允许在程序中修改同步参数（写保护有效）。 0：允许在程序中用语言指令 COUPDEF 修改同步参数。
SD42300	COUPLE_RATIO_1[<n>]	转速传动比：联动主轴/引导主轴 = 分子/分母 1)： ·          <n>   = 0：分子（联动主轴） ·          <n>   = 1：分母（引导主轴） 注：只要没有设置写保护，就可以通过COUPDEF指令修改传动比。

4.3.2    主轴同步用户定义

       用户定义的主轴同步是通过零件程序中的语言指令（COUPDEF...）灵活定义引导主轴和联动主轴，并通过语言指令COUPDEF 来定义“同步方式”和“程序段切换特性”。

COUPDEF（联动主轴、引导主轴、T 分子、T 分母、程序段切换特性、同步方式）

●     联动主轴、引导主轴：联动主轴名称和引导主轴名称

例如：S1, SPI(1), S2, SPI(2)

有效的主轴号必须与轴专用参数MD35000 $MA_SPIND_ASSIGN_TO_MACHAX 中定义的轴相对应。

●     T 分子, T 分母：传动比分子和分母

●     程序段切换特性：它可用于激活主轴同步时选择何时进行程序段切换

NOC：立即使能程序段切换

FINE：在满足“精同步”条件时进行程序段切换

COARSE：在满足“粗同步”条件时进行程序段切换

IPOSTOP：在满足 IPOSTOP 条件时进行程序段切换（即：在设定值同步后）

●     同步方式

DV（设定值）：联动主轴和引导主轴的设定值耦合

AV（实际值）：联动主轴和引导主轴的实际值耦合

VV（速度值）：联动主轴和引导主轴的速度耦合

如果未指定耦合方式，那么在之前的耦合方式继续保持有效。

例如编程：

COUPDEF(S2,S1,1,1,"NOC","DV")

·        联动主轴：S2

·        引导主轴：S1

·        T分子，T分母：传动比分子分母比为1：1

·        程序段切换特性：“NOC”立即使能程序段切换

·        同步方式：”DV”联动主轴和引导主轴的设定值耦合

 

删除同步：COUPDEL（联动主轴、引导主轴）

使用 COUPDEL 指令可撤销已激活的同步并删除同步数据。 此时，报警 16797 无效。副主轴继续采用以前的转速旋转。 该特性与 COUPOF(副主轴,主主轴)指令的特性相一致。

激活初始同步参数：COUPRES（联动主轴、引导主轴）

通过指令“COUPRES”可以激活在机床数据和设定数据中设置的参数（即由机床数据定义的同步）以及缺省设置（即用户定义的同步）。

可编程的程序段切换：WAITC（联动主轴）

使用语言指令“WAITC”可以在 NC 程序中标记位置，系统在此位置上等待指定副主轴达到同步条件,并将切换程序段延迟到达到指定的同步状态后再进行。

在 WAITC 里没有指定同步条件，系统就会检查主轴同步功能中由程序定义的或者机床数据定义的同步条件，起码会检查是否达到设定值同步条件。

示例：

WAITC(S2),

:

WAITC(S2, "Fine"),

:

WAITC(S2, ,S4, "Fine")

4.3.3    主轴同步激活指令

COUPON（联动主轴、引导主轴）

使用 COUPON 指令可以尽快的激活主轴同步，但不设定引导主轴和联动主轴之间的角度偏移。

COUPON（联动主轴、引导主轴、POSCS）

激活主轴同步，同时引导主轴和联动主轴之间存在指定的角度偏移 POSCS 。该位置在正向上和引导主轴零度位置相差的一个位置值。根据设置使能程序段切换。POSCS 的范围：0 ... 359.999°。

写入 COUPON（联动主轴、引导主轴、POSCS）或在主轴同步激活时写入 SPOS，可以修改联动主轴与引导主轴之间的角度偏移。

COUPONC（联动主轴、引导主轴）

在用 COUPONC 指令激活时，主轴会继续采用之前编写的转速和方向（M3 S... 或 M4 S...）。此时引导主轴和联动主轴会以差速运行。该指令中不能写入偏移位置。

 

4.3.4    主轴同步撤销指令

COUPOF（联动主轴、引导主轴）

快速撤销主轴同步。立即使能程序段切换。

COUPOFS（联动主轴、引导主轴）

撤销耦合并停止联动主轴。立即进行程序段切换。

COUPOFS（联动主轴、引导主轴、POSCS）

联动主轴越过指定位置（以机床坐标系为参照）后才使能程序段切换。取值范围 0 ... 359.999°。

 

4.4     主轴同步功能使用其他事项

4.4.1      激活授权

在SINUMERIK 808D ADVANCED/828D/840Dsl系统中，主轴同步为选项功能，我们需要将购买的“CP-BASIC”选件绑定到对应系统的CF卡上，并进入授权画面激活。

 

SINUMERIK 808D ADVANCED:

SINUMERIK 828D/840Dsl：

 

 4.4.2      其他相关参数

参数号	名称	含义
MD37200	COUPLE_POS_TOL_COARSE	“粗同步”的阈值
MD37210	COUPLE_POS_TOL_FINE	“精同步”的阈值
MD37220	COUPLE_VELO_TOL_COARSE	引导主轴与联动主轴之间的“粗”速度公差
MD37230	COUPLE_VELO_TOL_FINE	引导主轴与联动主轴之间的“精”速度公差
MD37240	COUP_SYNC_DELAY_TIME	实际值主轴同步的延迟时间

 

NC 启动时同步主轴同步的响应

固定定义的主轴同步：

响应	MD21330 $MC_COUPLE_RESET_MODE_1
保持耦合	位 0 = 0
撤销耦合	位 0 = 1
激活定义的数据	位 5 = 1
激活耦合	位 9 = 1

 

用户定义编程的主轴同步：

响应	MD20112 $MC_START_MODE_MASK
保持耦合	位 10 = 0
撤销耦合	位 10 = 1

 

复位时同步主轴耦合的响应

固定定义的主轴同步：

响应	MD21330 $MC_COUPLE_RESET_MODE_1	MD20110 $MC_RESET_MODE_MASK
保持耦合	位 1 = 0	位 0 = 1
撤销耦合	位 1 = 1	位 0 = 1
激活定义的数据	位 6 = 1	位 0 = 1

 

用户定义编程的主轴同步：

响应	MD20110 $MC_RESET_MODE_MASK
保持耦合	位 0 = 1，位 10 = 1
撤销耦合	位 0 = 1，位 10 = 0

4.4.3      主轴同步的轴系统变量

 

4.4.4      主轴同步的相关PLC变量

DB380X.DBX5002.4	使能叠加运动
DB380X.DBX5007.5	禁用同步
DB380X.DBX5007.4	重新同步
DB390X.DBX2002.4	主轴同步模式激活中
DB390X.DBX5003.4	正在进行同步
DB390X.DBX5002.2	实际值耦合
DB390X.DBX5002.1	粗同步达到
DB390X.DBX5002.0	精同步达到

5     应用案例

5.1     背面加工

        在双主轴车床上进行背面加工，即：在引导主轴和联动主轴位置同步后，将工件从引导主轴快速传送至联动主轴（或相反），且引导主轴和联动主轴无须处于静止状态。

 

5.2     多面体车削加工

通过设置引导主轴和联动主轴之间的整数传动比：k，以此来实现多面体加工。

6     作者/联系人

Bai Zhi Fu

2021.11.20