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2 概述

主轴同步功能被越来越多地应用在车铣复合机床或者车削中心上，该功能可减少手动装夹次数，进而提高加工效率，减小加工误差。该同步功能可以用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。主轴同步功能还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

• V4.7+SP02

3.3 其他要求

• 许可证授权静态耦合（CP_Static）：6FC5800-0AM75-0YB0

• 或者基本耦合（CP_basic）：6FC5800-0AM72-0YB0

4 注意事项

4.1 注意事项一

注意事项二

5 调试或使用步骤

5.1 主轴同步功能基本概念

1.功能概述

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° ≤ Δφ < 360°）

5.2 主轴同步情况分类

（1）静态耦合（CP_Static）：6FC5800-0AM75-0YB0

• 副主轴和主主轴以相同的转速旋转

（n _副主轴 = n _主主轴； k _传动比 = 1）

应用：车削自动传送工件

• 副主轴和主主轴可以以相同的方向或相反的方向旋转

（k _传动比可确定为正或负）

（2）基本耦合（CP_basic）：6FC5800-0AM72-0YB0

• 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

5.3 主轴同步方式及程序段切换特性

（1）副主轴和主主轴的同步方式

既可使用主主轴的位置设定值作为副主轴的控制量，也可使用主主轴的位置实际值作为副主轴的控制量，可选择以下同步方式：

a) 设定值同步(DV:设定值): 在位置闭环模式中使用。此时，两根主轴的动态响应应几乎一致，应优先使用这种同步方式。

b) 实际值同步(AV:实际值): 在没有主主轴位置闭环控制，或副主轴与主主轴的控制方式存在着巨大偏差时使用；副主轴的设定值从主主轴的实际值得出，当主主轴的转速不断变化时，实际值同步的效果比设定值同步的效果差。

c) 速度同步(VV:速度值): 速度同步位于设定值同步内部，它对副主轴和主主轴的要求较低；副主轴和主主轴无需位置闭环控制和测量系统；副主轴和主主轴的位置偏移未经定义。

（2）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。

5.4 固定定义的同步

固定定义的主轴同步是指通过通道专用的机床数据来进行固定定义，两个主轴要定义在同一个通道中，因为都是在通道数据中指定，这种定义方式不是太灵活，所以应用的比较少。相关主要参数如下：

MD21300 $MC_COUPLE_AXIS_1 ；同步主轴对，机床轴号：主主轴[0]，副主轴[1]

MD21310 $MC_COUPLING_MODE_1 ；主轴同步方式

MD21320 $MC_COUPLE_BLOCK_CHANGE_CTRL_1；主轴同步中的程序段切换条件

MD21330 $MC_COUPLE_RESET_MODE_1 ；主轴同步的取消方式

MD21340 $MC_COUPLE_IS_WRITE_PROT_1 ；已配置的同步参数写保护

MD42300 $SC_COUPLE_RATIO_1 ；主轴同步传动比

5.5 用户定义的同步

使用语言指令“COUPDEF(副主轴,主主轴,...)”可以在 NC 零件程序中新建和修改同步。如果要定义一个新的同步关系，必须在此之前删除现有的用户定义的同步，即使用语言指令COUPDEL(副主轴,主主轴)。

用户自定义主轴同步的主主轴可位于任意一个通道中，借助“跨通道取轴”功能，主主轴可以在通道之间来回切换，当多个副主轴与一个主主轴同步时，整个同步组的动态响应取决于最慢的那个轴，主主轴的最大加速度和最大转速会适当降低，直到跟它同步的副主轴不会出现过载为止，副主轴始终在用 COUPON 或 COUPONC 激活了主轴同步的通道中运行。

由此可见，用户自定义主轴同步使用起来非常方便，主轴和副主轴也没有通道的限制。

（1）定义 (COUPDEF)

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）

a) 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。

b) T 分子, T 分母：传动比分子和分母

c) .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）

d).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。

举例：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

2）删除 (COUPDEL)

COUPDEL(副主轴,主主轴)

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。

（3）激活：

COUPON(联动主轴,引导主轴) ：快速激活，不设定角度偏移

COUPON(联动主轴,引导主轴,POSCS) ：激活时，指定角度偏移

COUPONC(联动主轴,引导主轴) ：激活时，主轴采用之前编写的转速和方向（M03S..或M04S...）

此时两主轴以差速运行，该指令不可以写入偏移值。

（4）撤销

COUPOF(联动主轴,引导主轴) ：快速撤销，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）：联动主轴越过偏移值后才能使能程序段切换

5.6 主轴同步的其它相关参数

（1）NC启动和复位时同步主轴对的特性

		固定定义同步	用户定义同步
NC启动时	保持耦合	MD21330:bit0=0,bit5=1,bit9=1	MD20112：bit10=0,
NC启动时	撤销耦合	MD21330:bit0=1	MD20112：bit10=1,
NC复位时	保持耦合	MD21330:bit1=0,bit6=1 MD20110:bit0=1	MD20110：bit0=1,bit10=1
NC复位时	撤销耦合	MD21330:bit1=1 MD20110:bit0=1	MD20110，bit0=1,bit10=0

（2）同步主轴动态响应及自适应功能

为了在使用设定值同步时达到最好的同步效果，副主轴和主主轴的动态响应必须相同，以确保良好的控制性能。最好分别优化各轴控制回路(位置、转速和电流控制器)，以尽快且有效地调节误差。

MD32200 $MA_POSCTRL_GAIN ；位置环增益

MD32620 $MA_FFW_MODE ；前馈控制类型

MD32610 $MA_VELO_FFW_WEIGHT ；速度前馈控制权重系数

MD32650 $MA_AX_INERTIA ；转矩前馈中的转动惯量

MD32800 $MA_EQUIV_CURRCTRL_TIME ；用于前馈控制的电流环时间常数

MD32810 $MA_EQUIV_SPEEDCTRL_TIME ；用于前馈控制的转速环时间常数

副主轴和主主轴的动态响应必须相同，以达到最好的同步效果。相同转速下其滞后量相同，设定值回路中的动态响应自适应功能可有效平衡动态响应不同的主轴之间的控制性能，动态响应自适应功能的时间常数应是动态响应“最慢”的轴和其他轴之间等效时间常数的差值，必要时可稍微调整 KV 系数或前馈参数，以达到最佳的效果!

MD30455 $MA_MISC_FUNCTION_MASK bit5=0

（3）主轴同步监控阀值设定参数

在优化了控制器以及设置了前馈控制后，必须为副主轴输入粗/精同步的阈值。副主轴的上述值应根据机床制造商要求的加工精度来确定，并由 PLC 接口通过信息显示窗口进行检查。

MD37200 COUPLE_POS_TOL_COURSE ；‘粗同步’的阈值

MD37210 COUPLE_POS_TOL_FINE ；‘精同步’的阈值

MD37220 COUPLE_VELO_TOL_COURSE ；速度公差‘粗’

MD37230 COUPLE_VELO_TOL_FINE ；速度公差‘精’

5.7 主轴同步的几个注意点：

• 必须事先确定好同步主轴对（固定定义或通过COUPDEF指令进行用户定义）

• 激活主轴同步的 NC 通道必须知道哪些主轴需要进行同步

通道专用：MD20070 $MC_AXCONF_MACHAX_USED

轴专用： MD35000 $MA_SPIND_ASSIGN_TO_MACHAX

• 激活主轴同步的 NC 通道中必须分到了副主轴。

轴专用的 MD30550 AXCONF_ASSIGN_MASTER_CHAN 的缺省设置

• 既可以在运行状态，也可以在静止状态下激活副主轴和主主轴的同步运行

• 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)

• 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

• 设定值同步和实际值同步(DV、AV)需要满足的特定条件：

主主轴和副主轴必须至少具备一个位置测量系统进行位置采集，且位置闭环控制必须事先调试完毕。

位置闭环控制激活时，主主轴的最大设定转速会被限制在最大转速的 90%(控制裕量)以内。

6 应用举例

1.机床概况

某客户双头车机型如下图所示，系统版本为Operater V4.8_SP7，左右主轴均通过SMC20带齿圈式sin/cos直接测量编码器，形成闭环控制，主主轴与副主轴1:1同步。另带双通道功能，左右各配置12工位伺服刀塔，其主要加工对象为石油机械行业长轴类内孔车削，机床图片如下：

这里不需要工件自动传送，也不属于多边形车削或异形工件加工，只需要工件装夹完成后，左右主轴以设定速度同步旋转，并且满足同步误差要求即可。所需许可证授权为：静态耦合CP_Static（6FC5800-0AM75-0YB0）。

机床轴配置情况如上图，左侧X1，Z1，SP1,右侧X2，Z2，SP2,另拖动SP2移动的类似于尾座轴为Z3轴。左右主轴SP1，SP2的驱动都在cu上。

2.基本参数设定

设定SP1轴为主主轴，SP2轴为副主轴，首先对SP1、SP2轴进行普通主轴功能调试，分别设定SP1，SP2轴的MD35000为1、2，将SP1,SP2都设置在通道1中，通道2也需要执行加工程序，所以还需要设置通道轴交换相关参数10722，20070，20080，30550等。主要参数如下所示：

3.用户定义的主轴同步功能

4.优化主轴同步

7 参考文献

1.《SINUMERIK 828D 简明调试手册》06/2019

2.《SINUMERIK 840D sl/828D功能手册_扩展功能》08/2018

3.《828D_840D_应用_主轴同步功能在车床中的应用_2022》柏志富

8 作者/联系人

ZhuYuanji

2022.6.20

9 版本信息

版本	日期	修改内容
V1.0	2022.6.21