摘要：介绍了法国COMAU URANE 25 V3型加工中心的结构特点，通过研究840D数控系统中轴同步的原理及作用，分析了设备自带同步程序，详细介绍整个轴同步过程。

     1. 机床简介

    法国COMAU URANE 25 V3型加工中心（见图1），控制系统是西门子840D数控系统、采用Kessler的30 kW高速电主轴，X/Y/Z三个直线轴使用西门子直线电动机驱动，配备双刀库自动换刀，实现了机床高速加工。

     2. 机床结构特点

     进给轴控制刀具运动，使用双直线电动机的龙门式框架结构，提高机床刚性，充分利用机床加工空间；回转轴（A轴或B轴）用于工件的回转和摆动；C轴是高速电主轴，转速为18 000~24 000 r/min。机床轴结构如图2所示。与传统滚珠丝杠传动方式比较，采用直线电动机的传动方式具有以下明显优势：

     （1）减少中间传动环节，提高伺服系统动态响应性能。
     （2）消除了机械产生的传动间隙和误差，定位更准确。
     （3） 减少了机械部件的摩擦，运动噪声小。
     （4）能量消耗少，传动效率高。

      直接驱动的直线轴与直接驱动的回转轴相组合，使机床所有的运动轴具有较高的动态性能和调节特性，从而为高速度、高精度和高表面质量加工提供了最佳条件。

     3. 轴同步的原理

    （1）轴同步的起因：在机床实际加工中，X1/X2，Y1/Y2，Z1/Z2是各自作为一个轴参与编程动作。URANE 25型加工中心的840D数控系统中，Y1/Y2 是使用的同一伺服驱动及光栅尺，消除了控制与反馈的误差，因此不需要考虑Y1/Y2的运行差异。Z1/Z2轴的控制方式与Y1/Y2相同，而X1/X2的控制方式是各自独立控制的，因此，不可避免的会出现偏差。图3是一个刀架结构布置的示意图（主轴C的轴向位置），当数控系统发出指令让主轴沿着X轴的方向移动到某一位置时，刀架理论的垂直方向中心线与实际的中心线并不一致 ，刀架出现了所谓的扭曲现象。这时实际的中心线 X2－X1≠0 ，造成这种现象的原因主要有：①龙门框架式的机床结构，由于重力的作用，造成机械结构的变形。②X1轴和X2轴导轨与
刀架的摩擦阻力不一样，在机床高速移动时出现偏差。③X1轴和X2轴分别有各自的电动机和伺服驱动及光栅尺反馈装置，存在出现偏差的可能。

                           图 1 

                          图 2 

                                 图 3
 

    为了提高机床刀架的定位准确，并消除刀架的扭曲现象，可以通过在X1/X2间作一个补偿，以保障X2－X1尽可能的等于零，以保障中心线的理论与实际位置尽可能的吻合，我们把这个补偿的过程叫做“轴同步”。

    （2）同步功能的实现：840D数控系统中可以选择悬垂补偿功能（sag compensation），系统中将X1轴定义为基准轴，X2轴是补偿轴，因此实际上是相对于X1轴而对X2轴
的补偿（偏差可正可负)。通过轴参数的配置、补偿文件的执行，实现了补偿功能。COMAU URANE系列机床在840D数控系统的基础上，开发了一个名为CEP_GANT的程序，使整个轴同步的过程更加简单便捷。

     选择几个坐标点（例如5个或6个，由参数MD18342定义）的位置坐标实际值和电流值，根据这些坐标值和电流值的大小，数控系统可以判断出这些坐标位置的误差值和
导轨阻力的大小，然后对相应的坐标轴进行位置补偿。以下程序是COMAU URANE系列机床的轴同步程序及解读（红色文字）：

      4. 轴同步的应用

    （1）什么情况需要轴同步？机床在初始安装调试阶段或更换X1、X2轴的导轨、电动机、光栅尺后是必需要做轴同步的。我们考虑的主要是在设备正常使用中，如：X1或X2轴在机床正常循环时，出现伺服回路的报警：“轴跟随误差”、“轮廓监控”、“驱动故障”等，往往会同时出现一些机床安全监控的报警。如果这些报警可以直接“复位”，或者在机床断电后消失，机床又可以正常循环；并且机床的机械部分正常，导轨的润滑是正常的,刀架移动是正常的等，即所有与X1和X2轴有关的机械部件状态都是正常的，这个时候就可以考虑是否X1、X2的同步不好。两种方法判断：①自动循环时，观察X1、X2的电流值，正常情况下，直线电动机的负载电流应<5%。②手动将X轴移动到两端（URANE 25型机床坐标是20、780），按下“急停”后，查看X1、X2轴坐标，差值最大应在20~30 μm（两端总是相反方向）。如果出现上述之一，就需要对X1、X2重新进行同步。

    （2）轴同步的步骤：①因是对X1、X2重新同步，首先需要取消X1和X2的s a g补偿，修改参数PM32710 [0] = 0。② X1、X2补偿取消：PM32700[0]=0。③按Reset健“//”或者选择“激活参数”。④记录同步前后电动机电流测量（见表1）。根据电流数据表设定的5个坐标点，移动X轴至行程中各不同点，并记录X1和X2轴各点的电流值（进入该页面：诊断/维修/驱动维修，实际电流的平均值）。⑤X1和X2同步前后测量值差值（见表2）。根据位置数据表设定的5个坐标点，移动X轴至行程中各不同点。在每个位置，按“急停”键，
切断轴电源，记录X1和X2轴的位置。⑥计算X1－X2的差值并且将其输入程序CEP_GANT.mpf（在文件Piéces / Calibres下面），选择并执行程序CEP_GANT.mpf（在在文件Pièces/Calibres下面），系统提示窗口显示“Table active”，表示同步已执行完成。⑦重复④、⑤步，检查补偿后的效果，如表1、表2所示。⑧激活X2的s a g补偿：PM32700[0]= 1。⑨激活X1和X2轴的补偿：PM32710[0]=1。

                            表 1

                               表 2

     5. 结语

     对COMAU URANE 25 V3型加工中心轴同步应用过程的解析，我们深入了解了840D系统的轴同步功能实现过程。并通过解读COMAU的同步程序及整个同步的过程，掌握轴同步的应用时机，对于处理COMAU同类型机床的故障提供了借鉴。当然，COMAU此类机床还有很多特有的功能，有待我们更进一步地探索研究。