CN101349910A - 一种数控机床双轴同步控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床双轴同步控制装置，包括时钟，输入输出接口，双轴位置检测模块，控制单元，系统参数表，以及螺距补偿表；双轴位置检测模块用于对两同步轴电机编码器进行位置及同步偏差检测，并将检测信息提供给控制单元；控制单元依据系统参数表的参数设置，选择对应的工作模式；依据双轴位置检测模块提供的两同步轴的位置和偏差信息，按照选定的工作模块所对应的流程完成对两同步轴的控制。本发明解决了普及型数控系统不能实现同步控制的问题，其关键在于转发与调整的实时性，避免了由于转发时间延迟可能增加加工零件的轮廓误差、以及调整时间过长可能使动态下同步误差不但不能消除甚至变得更坏的情况。

Description

一种数控机床双轴同步控制装置

技术领域

本发明属于数控技术，具体涉及一种数控机床双轴同步控制装置。

背景技术

在双轴驱动的大跨距龙门机床的龙门直线移动中、大型三坐标测量机的双柱直线移动中，以及一些双轴驱动的卧式加工中心中，为避免运动部件的偏斜，必须使这两个轴的伺服驱动电机的运动保持同步。由于加工误差和装配误差原因，大型移动部件在结构上总存在一定的不对称性；在加工运行中也总存在负载的不确定性和不平衡性。加上机械上的耦合性，所以，尽管在双边采用了相同的传动机构，也难免在运行中出现不一致性，而导致移动部件的偏斜，破坏同步精度，甚至出现损坏传动部件等严重后果。因此，高精度同步控制技术仍然是世界各国机械行业在大型结构驱动中面临的一个重要课题。

目前，国外的一些高档数控系统，如法国NUM公司的NUM 1060M数控系统，德国Siemens公司840D数控系统，日本Fanuc 30，32数控系统中均配置了同步轴功能，而国产绝大部分数控系统均没有同步轴功能。在国内，大量需要同步功能的数控机床，其数控系统对数控控制功能的需求并不复杂。若选用这些具有同步功能的国外高档数控系统，价格昂贵，且许多功能又属多余，因而，提高了设备成本；而选用价格较低的普及型数控系统，又缺少同步功能，不能满足同步控制要求。即使采用国内常用的将CNC(数控装置)的一个轴的输出分两路给两轴驱动的“并列处理”方法；或以CNC输出控制一个轴，该轴反馈又控制另一个轴的“主从跟随处理”方法，都只是权宜之计，都无法实现对同步误差的监控，使得这类数控机床都存在一定的安全隐患。

通常，已具备同步功能的数控系统对于同步的两个轴在编程时是按照一个轴X(可通过数控系统参数配置为机床的任一控制轴，文中以X轴为例来说明)来处理的，在加工中，CNC中可见的轴为主动轴X1，不可见的轴为从动轴X2。对于总线式数控系统，当实现同步功能的两个轴出现同步误差时，通过总线进行补偿比较容易实现；而对于广泛使用“脉冲+方向”式的普及型数控系统，如果在数控系统中实现同步功能，受CNC软件开放程度以及CNC实时处理能力等因素制约，有较大困难。因此，开发一种价格低廉的外挂式的数控机床同步控制装置，补充普及型数控系统在同步功能上的不足，从根本上解决同步控制问题，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数控机床双轴同步控制装置，该控制装置可以解决普及型数控系统不能实现同步控制的问题。

本发明提供的数控机床双轴同步控制装置，其特征在于：该装置包括时钟，输入输出接口，双轴位置检测模块，控制单元，系统参数表，以及螺距补偿表；

时钟用于为控制单元和双轴位置检测模块提供时钟基准；

输入输出接口用于供用户对系统参数表和螺距补偿表内的参数和运行状态进行设定和显示；

系统参数表用于保存整个控制装置进行控制所需的内部参数信息；

螺距补偿表用于存储丝杠的螺距补偿数据；

双轴位置检测模块用于对两同步轴电机编码器进行位置及同步偏差检测，并将检测信息提供给控制单元；

控制单元依据系统参数表的参数设置，选择对应的工作模式；依据双轴位置检测模块提供的两同步轴的位置和偏差信息，按照选定的工作模块所对应的流程完成对两同步轴的控制。

本发明实现了在传统的数控装置与伺服驱动器之间通过增加一个基于微处理器的同步控制装置，对两个要求同步控制的轴进行位置误差实时监测与补偿，解决了普及型数控系统不能实现同步控制的问题。数控机床双轴同步控制装置作为一个基本独立单元处于传统数控装置与伺服驱动器间，主要承担数控指令转发和补偿调整任务。其关键在于转发与调整的实时性，否则，由于转发时间延迟可能增加加工零件的轮廓误差；调整时间过长，可能使动态下同步误差不但不能消除甚至变得更坏。具体而言，本发明具有以下技术特点：

(1)位置编码器信号接收和检测：用于对两个同步轴的伺服电机编码器差分信号进行实时接收，并完成其四倍频检测、方向识别、同步偏差计算，以备后续同步误差补偿调整使用。

(2)CNC指令信号的捕获、补偿调整与发送，也即同步控制功能：由于数控系统直接控制的是主动轴X1，同步控制装置对其控制只需进行CNC指令实时转发。即在实现对CNC指令捕获后，立即无延迟地发送给主动轴X1的伺服控制器，其指令不必调整(其螺距误差和反向间隙均在CNC中实现)。对于从动轴X2，其伺服控制器指令的给定根据当前两个同步轴之间的实际同步位置偏差的大小(排除了相对螺距补偿累积值影响)、相对螺距补偿值以及当前速度情况进行带死区与限幅能力的增减脉冲调整。即在同步控制装置接收到CNC指令基础上，对脉冲个数进行增减调整并转发给X2轴的伺服控制器。

(3)手动单轴调整：为方便机床的安装与调整，特别是在进行两个轴的同步手动校正处理时，需要同步控制装置拥有对两个同步轴进行单轴独立手动调整的能力。

(4)同步状态下两同步轴零点间矢量位置手动测量：由于机床开机前处于自由状态下，对于采用增量式检测装置的数控系统而言，由于开机后无法获取两同步轴的当前实际位置情况，也就无法知道两同步轴是否处于校正后的同步状态下。但对同步轴进行控制，又必须保证两同步轴处于校正后的同步状态，故必须有一同步状态判断标志。在数控系统增量式检测系统中，可利用校正后同步状态下两同步轴的编码器零点(Z信号)间矢量位置大小作为依据。利用同步控制装置自带两同步轴零点间矢量位置手动测量功能，实现对已处于校正状态下两同步轴零点间矢量位置测量，为后续机床同步运行起点自动建立提供参考依据。

(5)机床同步运行起点建立：针对机床开机前可能已处于偏斜状态的情况，为防止机床长期在偏斜状态下的运行而带来的丝杠磨损等不利影响，需要进行开机后的自动纠偏处理，建立机床加工运行同步控制起点，实现同步控制检测起点初始化。在同步控制起点建立前，只能执行双轴同步控制装置固有的手动控制模式；数控机床的同步控制需要在同步运行起点建立后方可正常进行，否则报警急停机床。如果对系统参数表中“同步标志位”进行人工设置，实现强制同步，同步控制装置可实现数控系统的各种操作模式控制的响应。

(6)螺距误差与反向间隙补偿：对于位置半闭环的数控系统，丝杠螺距误差和丝杠螺母反向间隙不可避免地存在，为减小其对同步运行的影响，从动轴X2相对主动轴X1的双向相对螺距误差数据(含反向间隙补偿信息)被保存在同步控制装置的掉电保存芯片系统参数表中，供从轴X2指令调整时使用，并能通过串口进行方便设置。

(7)同步控制装置输入输出接口单元：通过键盘与显示单元(或外接计算机)，对控制器各参数进行设置、修改、显示。

(8)紧急状态处理：针对紧急任务(如同步偏差过大等)做出判断，并进行相应急停处理。同时，将急停信息反馈给CNC装置以迅速停止机床运动，从而保护机床。

附图说明

图1为数控机床双轴同步控制装置与数控系统连结关系框图；

图2为数控机床双轴同步控制装置框图；

图3为编码器信号获取框图；

图4为数控机床同步控制装置控制单元功能模块框图；

图5为数控机床同步控制装置控制单元功能模块间信号流框图；

图6为数控机床同步控制装置脉冲调整原理图；

图7为手动单轴调整框图；

图8为手动零点检测与手动单轴调整间关系图；

图9为同步起点建立与手动单轴调整间关系图；

图10为同步轴零点布局位置图，图中“●”表示为电机零点Z对应导轨上的位置；

图11为同步起点建立过程流程图。

具体实施方式

本数控机床双轴同步控制装置的基本原理是：同步控制装置在每接收到CNC脉冲指令后，实时转发给两同步同步轴(X1轴和X2轴，文中以X轴为例来说明)，同时对两个轴的位置反馈信号进行计数，并计算两同步轴的位置偏差，依据偏差对其中从动轴(X2轴)指令进行一定范围的增减脉冲个数调整，从而实现两电机输出位置的同步控制。下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，为数控机床双轴同步控制装置与数控系统连结框图；增加双轴同步控制装置1后，对构成的数控系统而言，CNC装置5仅对两个同步的轴中的一个轴X1进行直接控制，不会增加对数控装置5的额外功能扩展，便于工程实施。对于主动轴X1，其位置闭环控制，由双轴同步控制装置1转发CNC装置5的指令作X1轴驱动控制器2的位置给定，电机编码器4的反馈信号作为位置反馈，在X1轴驱动控制器2内完成两者的偏差计算和依据偏差大小进行位置和速度控制，从而实现主动轴X1的精确位置定位。对于从动轴X2的控制，其控制原理同对主动轴X1的控制，不同的只是在给定中考虑了实际同步位置偏差(排除相对螺距补偿累积值的影响)和相对螺距补偿值。

如图2所示，为数控机床双轴同步控制装置框图；数控机床双轴同步控制装置包括：时钟10，输入输出接口11，双轴位置检测模块12，控制单元13，系统参数表14，以及螺距补偿表15。

其中：时钟10用于为控制单元13和双轴位置检测模块12提供时钟基准，实现两者间的实时并行工作。

输入输出接口11用于供用户对系统参数表14和螺距补偿表15内的参数和运行状态进行设定和显示，以对控制装置的状态进行实时监控。

系统参数表14用于保存双轴同步控制装置1进行控制所需的各种内部参数信息，如对同步轴的工作模式、手动运行下速度等的设置，为控制单元13进行相关控制提供条件。

螺距补偿表15用于存储丝杠的相对螺距补偿数据；在双同步轴回零建立同步运行起点后，采用机床行业常用双向螺距补偿激光测距法对主动轴X1螺距精度进行测量，其螺距补偿值填入数控装置螺距补偿表中，在数控装置发挥螺距补偿作用前提下，采用同样双向螺距补偿激光测距法对从动轴X2螺距进行测量，其相对主动轴X1的螺距补偿数据填入双轴同步控制装置的螺距补偿表15中，用于提高双同步轴的同步定位精度。

双轴位置检测模块12用于对两同步轴电机编码器4，4’进行位置及同步偏差检测，并将检测信息提供给控制单元13，以实现对两同步轴进行运动控制，同时接受控制单元13对其进行的初始化测量起点控制。

控制单元13依据系统参数表14的参数设置，选择相应的工作模式；依据双轴位置检测模块12提供的两同步轴的位置和偏差信息，按照选定的工作模块所对应的流程完成对两同步轴的控制。

下面举例说明双轴位置检测模块12和控制单元13的具体模块结构和工作流程。

如图3所示，为编码器信号获取框图；双轴位置检测模块12包括位置检测接口电路121和四倍频位置计数模块122。

位置检测接口电路121，实现对两同步轴电机编码器4，4’的差分信号进行差动接收、滤波处理，并输送给四倍频位置计数模块122，

四倍频位置计数模块122，实现对位置检测接口电路121输送来的位置信号进行四倍频处理和鉴相计数处理，从而获取两同步轴当前位置和同步偏差大小，为进一步的主控单元13控制提供两同步轴当前位置和同步偏差大小信息，同时接受控制单元13对其进行的测量起点初始化。

如图4所示，控制单元13包括下述各模块：

指令捕获模块131，完成对CNC装置5的“脉冲+方向”指令进行捕获功能；

位置获取模块136用于从双轴位置检测模块12获取两同步轴的运动方向、当前位置和偏差信息，提供给工作模式选定模块130确定的各种不同工作模式下控制使用，同时位置获取模块136也可对双轴位置检测模块12进行初始化，建立同步控制检测起点。

故障诊断模块135依据两同步轴位置信息和实际同步位置偏差信息(排除相对螺距补偿累积值的影响)，在各个工作模式下实现对整个同步控制装置的实时监控，一旦发生故障立即停止同步控制装置的工作，并反馈信息停止数控装置5，起系统保护作用。

工作模式选定模块130，依据系统参数表14确定的工作模式，利用位置获取模块136获取的信息，分别实现手动单轴调整A、手动零点检测B、同步起点建立C以及同步控制D模式控制，并接受故障诊断模块135的监测。

手动单独调整模式A，在两同步轴不同步时，实现手动情况下对两同步轴分别进行动作，实现手动操作的校正处理；手动零点检测模式B，实现同步轴校正到同步状态下，两轴零点(对应电机编码器Z脉冲位置)间位置矢量测量功能，并将测量结果保存到系统参数表14中；同步起点建立模式C，由于机床开机前处于自由状态下，可能存在开机前的偏斜，为保证同步轴的无偏斜运行，通过该功能实现机床回零过程中建立无偏斜同步，也是进行同步控制的基础；同步控制模式D，针对机床同步轴在运动过程中出现的同步偏差，依据一定限制条件对从动轴进行的动态补偿调整过程，以实现两轴的协调同步控制。

软开关模块132，实现同步控制装置1工作在以上不同工作模式下指令的选择性输出。

X1轴指令发送模块133，X2轴指令发送模块134，实现同步控制装置工作在不同工作模式下输出的指令给外部驱动控制器2和2’。

同步控制D主要由补偿计算模块137、死区限幅模块138、脉冲补偿调整模块139三个单元组成；其中补偿计算模块137，依据实际同步偏差和两同步轴当前轴位置进行螺距补偿表查询并按补偿算法完成同步误差的补偿计算；死区限幅模块138，依据同步误差补偿计算值大小进行的带死区和限幅能力的脉冲限制；脉冲补偿调整模块139，依据模块138的结果实现对输送给模块134的从动轴X2的脉冲指令序列进行补偿调整控制。脉冲补偿调整模块139跟随指令捕获模块131捕获的脉冲而输出，在要实现增加m个脉冲的补偿调整时，以131捕获的某脉冲上升沿为起始点在139插入2m个宽度为T/2(T为前一指令脉冲的周期，CNC编程时确保T/2周期的脉冲不会超出伺服驱动的响应范围)的连续脉冲，期间139忽略对131的跟随输出；对于减少脉冲调整，在脉冲补偿调整模块139内对指令捕获模块131发送来的脉冲屏蔽相应个脉冲输出即可。

如图5所示，为数控机床同步控制装置中控制单元13功能模块间信号流框图；依据系统参数表14的参数设置，控制单元13运行在“手动单轴调整A、手动零点检测B、同步起点建立C、同步控制D”等不同工作模式下。在手动单轴调整A或手动零点检测B模式下，软开关模块132分别选中A或B的指令输出给模块133和模块134；位置获取模块136实时获取的两同步轴位置、偏差信息输出给A或B模式作为控制条件；故障诊断模块135，实时实现对位置获取模块136的两同步轴位置、偏差信息(由于A、B模式可能运行在同步起点还未建立前，该偏差信息的极限报警值由人工在系统参数表14中设定)以及A或B模式状态进行监视，一旦发生报警立即停止A或B，并切断软开关模块132；A或B的工作状态将反馈到14并显示输出。同步起点建立C，在CNC装置5同步轴回零动作期间，在软开关模块132中，X1轴指令发送模块133的输入选中的是指令捕获模块131的输出，同时将该模块131输出也送给C，并无延迟地输出给模块134，在同步起点建立C模式完成时通过位置获取模块136进行对双轴位置检测模块12的测量起点初始化处理；在自动建立同步过程的其他期间，信号流关系同上A或B一致；同步起点建立C具体实现见图11。同步控制D，软开关模块132中，X1轴指令发送模块133的输入选中指令捕获模块131的输出，X2轴指令发送模块134的输入选中同步控制D的脉冲补偿调整模块139的输出；将位置获取模块136实时获取的两同步轴位置、偏差信息和依据当前位置查询螺距补偿表15获取螺距补偿值一起送给同步控制D的补偿计算模块137，实现相对螺距补偿累积值更新和补偿计算；并依据系统参数表14中设置的死区、限幅大小，在死区限幅模块138完成对补偿计算模块137的计算值大小进行死区、限幅控制，再在脉冲补偿调整模块139中依据模块138的输出结果实现对指令捕获模块131的输出指令进行补偿调整；故障诊断模块135，实时实现对位置获取模块136的两同步轴位置、偏差信息以及同步控制D运行状态进行监视，并将工作状态反馈到14显示输出，一旦发生故障立即停止同步控制D，并切断软开关模块132。

控制单元13可以采用DSP、单片机等硬件具体实现。

下面分别说明本发明装置的各个功能的具体实现过程：1、编码器信号接收功能

编码器信号获取框图如图3所示，利用双轴位置检测模块12配备的位置检测接口电路121，实现对所述两个同步轴的伺服电机编码器(4和4’)差分信号接受和滤波处理，在四倍频位置计数模块122中完成两个轴的位置计数、运动方向识别和同步偏差计算，并将所有测量结果保存于双轴位置检测模块12的内部寄存器中，即两轴当前运动方向和位置测量计数值X1、X2，两轴位置同步偏差E＝X1-X2，这些值在开机上电时均自动为0。以备后续进行的控制单元13读取使用。

2、CNC指令信号的补偿调整与发送功能

同步控制装置对CNC指令脉冲信号调整原理如图6所示，依据实际同步偏差(模块136获取的偏差E减相对螺距补偿累计值)和相对螺距误差补偿值只对从动轴X2进行增、减脉冲补偿处理。考虑电机速度因受指令脉冲调整而可能发生的速度波动对被加工零件表面质量的影响问题，其脉冲补偿技术采用了在一个同步控制装置控制周期(与伺服驱动器位置控制周期数量级相当)内进行限幅功能的增减脉冲调整法，从而保证了同步轴运行速度的平稳和平滑。为防止过于频繁调整过程对电机带来的不利影响，在脉冲调整过程中，还设置了调整死区，只有在同步误差越过死区，机床上才进行脉冲增减调整处理。减少脉冲处理相对简单，只需模块139内屏蔽相应个数脉冲跟随输出即可。而增加脉冲处理时，其关键是在同步控制装置一个控制周期内通过指令捕获131获取在插入补偿脉冲前CNC装置5指令的指令周期T(CNC编程时确保T/2周期的脉冲不会超出伺服驱动的响应范围)，再依据计算得到应增加的脉冲数在模块139内对指令进行增加周期为T/2的脉冲序列(这种处理方法减少了同步控制装置的处理负担，提高了其响应能力)。由于数控装置在其一个位控周期内指令脉冲的宽度是一致的，而同步控制装置的控制周期又较小，一个数控装置位控周期多倍于同步控制装置控制周期，故这种补偿方法在绝大多数情况下可实现完全补偿；即使在同步控制装置控制周期跨数控装置位控周期情况下出现不完全补偿，将在下一同步控制周期内也可得到纠正而实现完全补偿。图6所示为进行一个脉冲补偿调整原理，实现了机床同步轴对CNC指令的无延迟响应，从而实现了同步轴与机床其它各轴对CNC指令的响应一致。

下面以增、减一个脉冲进行补偿处理为例说明具体过程。

由于伺服驱动控制器位置控制的特点，伺服驱动控制器在脉冲响应能力范围内对脉冲宽度要求并不严格，故在指令捕获模块131对机床数控装置的指令进行捕获的基础上，同时记录指令脉冲的周期大小T。脉冲补偿调整模块139在一个同步控制周期内以跟随指令捕获模块131脉冲输出上升沿为起始点连续插入2m个宽度为T/2的脉冲序列(CNC编程时确保T/2周期的脉冲不会超出伺服驱动的响应范围)，期间数控指令脉冲跟随不进行，从而实现增加m个脉冲的补偿调整，补偿调整模块139在插入的最后一个补偿脉冲的下降沿后，再跟随指令捕获模块131捕获的指令脉冲输出；对于减少脉冲调整，在脉冲补偿调整模块139内对捕获的脉冲减少相应个脉冲输出即可。其中，m为补偿计算模块137和死区限幅模块138确定的即将对从动轴X2进行增加补偿的脉冲个数，T为补偿插入的序列脉冲前一指令脉冲的周期大小。

3、手动单轴调整功能

在机床运行过程中，当发现明显的偏斜情况时，需要进行手动单轴控制，以便校正两个轴间的相对位置，由手动单轴调整A实现。其控制方框图如图7所示，校正后两同步轴工作台效果如图10中Z1-A1所示。

4、同步状态下两同步轴零点间矢量位置手动测量功能

同步状态下两同步轴零点间矢量位置手动测量功能，由手动零点检测B实现。在手动进行两同步轴校正到同步状态后，启动同步状态下两同步轴零点间矢量位置手动测量功能，两同步轴在不进行脉冲调整情况下，以一较低速度运行(在系统参数表14中设置)，当主动轴X1检测到零点后，运行停止，作为两同步轴零点间矢量位置测量0位；并以此位置为中心，两同步轴电机再按固定程序正向旋转半圈，未能检测到从动轴X2零点，再反转一圈，期间只要检测到从动轴X2零点后就立即停止，即可实现同步状态下两同步轴零点间矢量位置L0的手动测量。手动零点检测B与手动单轴调整A间关系如图8所示。

5、机床同步运行起点建立功能

机床同步运行起点建立功能，由同步起点建立C实现。由于机床开机前处于自由状态下，可能存在开机前的偏斜，为保证同步轴的无偏斜运行，必须通过机床回零过程建立无偏斜同步起点。对于增量式检测系统，其关键是要找到当前实际状态下两个同步轴Z脉冲间的位置偏差L1，并与已校正无偏斜同步状态下(工作台与两同步轴垂直)两个轴Z脉冲间的矢量位置偏差L0(记录在同步控制装置系统参数表14中)进行比较，从而获取开机前实际已存在的同步偏差EE＝(L1-L0)，再利用同步控制装置进行自动纠偏处理，即仅使从动轴X2移动EE，从而建立同步运行起点。由于建立同步运行起点后，同步控制装置的位置偏差E应以该同步起点为参考0点进行，故在在同步起点建立C模式完成时还需实现对双轴位置检测模块12的测量起点初始化处理。检测同步起点建立C与手动单轴调整A间关系如图9所示。

以开机时两同步轴存在偏斜情况进行说明，同步轴工作台其空间位置图如图10所示，建立无偏斜同步起点过程如图11所示。CNC开机，同步轴回零找到主动轴X1零点Z1后(因X1轴为CNC装置实际控制轴，具有一般数控机床的回零过程特点，此时CNC装置X轴坐标显示为0)，由于工作台的实际偏斜，可能出现工作台如图10中Z1-B1状况。依据图11建立同步运行起点流程图可知，由于两同步轴回零过程独立，相互间仅为跟随关系，主动轴回零结束后，主动轴X1将永远停在Z1位置；从动轴X2回零结束时将永远停在Z2位置。由于回零中工作台不会改变开机时的偏斜状态，从动轴X2回零结束时，工作台将处于与(Z1-B1)保持平行的(B-Z2)位置(螺距误差的影响很小，不考虑)。(Z1-A1)为同步轴CNC回零操作完成时工作台理想的无偏斜同步位置，此时从动轴X2零点Z2相对主动轴X1零点Z1间的矢量位移为L0，已被记录在同步控制装置系统参数信息表14中。由流程图11知，在从动轴回零结束并停在Z2位置时，获取的主动轴X1此时的当前位置矢量值(已是相对主动轴零点Z1的绝对位置值)即为Z1B的矢量位置L1，实际偏斜误差即为EE＝L1-L0；此时为实现能自动纠偏处理，保持主动轴X1位置不变而从动轴X2将移动EE矢量位移即到达(B-B2)位置，即实现了纠偏处理，建立了同步运行起点。由于此时CNC装置显示并不为0，为保证同步轴在回零后CNC的X轴显示为0，一般还需进行再次回零(因偏斜的发生只可能发生在机床急停或电机掉电情况下，而此时电机已处于激磁状态，故不会再自动发生偏斜)实现CNC装置显示为0，此时工作台将处在(Z1-A1)位置，并结束同步起点建立模式C。

6、螺距误差与反向间隙补偿功能

主动轴X1的螺距误差补偿与反向间隙补偿在数控装置CNC中完成，而从动轴X2的均在图4的控制单元13中实现。依据位置获取模块136检测得到当前轴的实际位置，并查询螺距补偿表15，得到相对螺距补偿值(含反向间隙信息)，在补偿计算模块137中完成螺距补偿与反向间隙补偿。

7、同步控制装置输入输出接口单元

通过输入输出接口11，利用键盘与显示器(或外接计算机)，对控制器内部参数进行设置、修改、显示。

8、紧急状态处理功能

在同步起点建立后，故障诊断模块16实时监视两轴位置检测模块的输出信息10，针对运动中位置同步偏差过大或轴实际位置超极限等紧急任务进行处理，并反馈信息给CNC装置5实现机床紧急停止，故障诊断模块16的设计保护了机床的安全运行。

本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1、一种数控机床双轴同步控制装置，其特征在于：该装置包括时钟(10)，输入输出接口(11)，双轴位置检测模块(12)，控制单元(13)，系统参数表(14)，以及螺距补偿表(15)；

时钟(10)用于为控制单元(13)和双轴位置检测模块(12)提供时钟基准；

输入输出接口(11)用于供用户对系统参数表(14)和螺距补偿表(15)内的参数和运行状态进行设定和显示；

系统参数表(14)用于保存整个控制装置进行控制所需的内部参数信息；

螺距补偿表(15)用于存储丝杠的螺距补偿数据；

双轴位置检测模块(12)用于对两同步轴电机编码器进行位置及同步偏差检测，并将检测信息提供给控制单元(13)；

控制单元(13)依据系统参数表(14)的参数设置，选择对应的工作模式；依据双轴位置检测模块(12)提供的两同步轴的位置和偏差信息，按照选定的工作模块所对应的流程完成对两同步轴的控制。

2、根据权利要求1所述的数控机床双轴同步控制装置，其特征在于：双轴位置检测模块(12)包括位置检测接口电路(121)和四倍频位置计数模块(122)；

位置检测接口电路(121)用于实现对两同步轴电机编码器的差分信号进行差动接收、滤波处理，并输送给四倍频位置计数模块(122)；

四倍频位置计数模块(122)用于对位置检测接口电路(121)输送来的位置信号进行四倍频处理和鉴相计数处理，获取两同步轴当前位置和同步偏差信息，并提供给主控单元(13)，同时可接收主控单元(13)对其检测起点的初始化处理。

3、根据权利要求1或2所述的数控机床双轴同步控制装置，其特征在于：控制单元(13)包括下述各模块：

指令捕获模块(131)用于对机床数控装置的指令进行捕获；

位置获取模块(136)用于从双轴位置检测模块(12)获取两同步轴的当前位置和偏差信息，提供给工作模式选定模块(130)确定的各种不同工作模式下控制使用，并能实现对四倍频位置计数模块(122)的初始化处理；

故障诊断模块(135)依据两同步轴位置和偏差信息，在各个工作模式下实现对整个同步控制装置的实时监控；

工作模式选定模块(130)依据系统参数表(14)确定的工作模式，利用位置获取模块(136)获取的信息，分别实现手动单轴调整(A)、手动零点检测模式(B)、同步起点建立(C)以及同步控制(D)四种工作模式，并接受故障诊断模块(135)的监测；

软开关模块(132)用于在不同工作模式下指令的选择性输出；

X1轴指令发送模块(133)和X2轴指令发送模块(134)用于将同步控制装置工作在不同工作模式下输出的指令提供给外部驱动控制器(2)和(2’)；

补偿计算模块(137)、死区限幅模块(138)、脉冲补偿调整模块(139)用于实现在同步控制工作模块下对双同步轴的同步控制；其中，补偿计算模块(137)依据实际同步偏差和两同步轴当前轴位置进行螺距补偿表查询并完成同步误差的补偿计算；死区限幅模块(138)依据同步误差补偿计算值大小进行的带死区和限幅能力的脉冲限制；脉冲补偿调整模块(139)依据死区限幅模块(138)的结果实现对输送给X2轴指令发送模块(134)的从动轴X2的脉冲指令序列进行补偿调整控制。

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