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摘要：大型机床、高速高精机床采用双丝杠或双直线电机驱动的机械结构越来越多，同步控制在机床上的应用越来越广泛。本文将对FANUC数控系统同步控制功能进行简介，并对其调试流程进行说明。
关键词：同步控制；简易同步控制；Tandem控制；串联控制
0.引言
大型机床、高速高精机床采用双丝杠或双直线电机驱动的机械结构越来越多，同步控制在机床上的应用越来越广泛。同步控制一般分两种：位置同步控制和力矩同步控制。大部分高端数控系统均具备同步控制功能，但各厂家功能大同小异，本文以FANUC系统为例，对其同步控制功能进行简介并对其调试流程进行说明。在FANUC系统中，位置同步控制称为进给轴同步控制，力矩同步控制称为串联控制。
1.进给轴同步控制功能及调试
进给轴同步控制功能
如图1所示大型机械那样，用2台伺服电机驱动一个轴时，可以通过对一个轴的指令使2台电机进行同步驱动。成为进给轴同步控制标准的轴为主控轴（M轴），与主控轴同步移动的轴称为从控轴（S轴）。
进给轴同步控制的原理如图2所示，主/从动轴有各自独立的位置环、速度环、电流环，运动时主/从动轴接受同样的位置指令，实现主动轴和从动轴的位置同步控制。该控制允许一主多从，即一个主动轴可以配置多个从动轴，一般情况下采用一主一从配置。
实际应用中由于装配质量、热变形、机械间隙、丝杠精度等因素，主/从控轴的负载力矩、负载惯量等工作状况并不一样，导致进给轴同步控制不稳定，小则影响设备精度，大则产生振荡异响，甚至损坏设备。为解决进给轴同步控制实际应用问题，在进给轴同步控制的基础上配合一些辅助功能，提高同步控制的精度及稳定性，以下为常用的辅助功能及基本原理。
同步自动补偿功能在行程较长的位置同步控制轴中，有时会发生由于标尺的绝对精度和机床的热膨胀而引起的机械扭力。该功能监视主、从轴间的转矩误差，以使转矩误差逐渐变小的方式慢慢地补偿从端的位置，减少转矩误差[1]。
同步误差补偿功能该功能监视主、从轴间的同步误差，以使同步误差逐渐变小的方式慢慢地补偿从端的位置，减少位置同步误差。
串联减振控制功能本功能有效抑制在位置同步控制中因主动轴和从动轴之间的外力干扰引起的振动[1]。
进给轴同步控制调试流程
进给轴同步调试步骤如图3所示，各调试步骤如下：
①轴基本设定对将作为主/从轴的轴进行基本的设定，该步骤与普通轴基本设定一样。
②主/从轴同步基本设定该步骤主要是设定进给轴同步控制功能相关的基本参数及基本的信号处理。
③主/从轴静态同步精度调试主/从轴同步控制的基础—参考点，必须一致。该步骤主要是调整主/从轴参考点的一致性，保证主/从轴静态同步精度。
④主/从轴螺距误差补偿该步骤对主/从轴进行了螺距误差补偿，以降低传动误差对此后同步精度调试的影响，特别在半闭环情况下。具体补偿方法，厂家自行决定。
⑤动态同步精度调试该步骤利用系统的各种功能，保证主/从轴在运动过程中的动态同步精度及稳定性。
图3进给轴同步控制调试流程
2.串联控制功能及调试
串联控制功能
如图4所示在驱动一个大工作台时仅仅依赖一台电机得不到足够扭矩的情况下，可以用2台电机使1个轴运行。主电机用来定位，从电机只用来产生扭矩。通过这一功能，可以得到2倍的扭矩。此外，通过在主电机和从电机之间应用预载转矩来产生张力，可以减少齿轮间的反向间隙。
串联控制的原理如图5所示，主电机有独立完善的位置环、速度环、电流环，从动轴只有电流环，运动时从电机接受与主动轴电流环同样的电流指令（即力矩指令）。该控制允许一主多从，即一个主电机可以配置多个从电机，一般情况下采用一主一从配置。
为解决实际应用中的一些问题，在串联控制的基础上配合一些辅助功能，提高串联控制的精度及稳定性，以下为常用的辅助功能及基本原理：
预载功能如图5所示，在串联控制中通过该功能对转矩指令施加偏置，在主电机和从电机上外加方向相反的转矩，使其总是处于保持张力的状态。通过此功能，即可通过齿轮等来减少2台电机由于串联控制而产生的主电机和从电机的反向间隙造成的影响[1]。但是，这并不意味着可减小机械系统本身存在的反向间隙。
速度反馈平均功能如图5所示，在串联控制中，从电机的速度没有进行闭环控制。因此，反向间隙较大的机床，从电机会在齿轮等齿隙间产生振动而导致运动不稳定。在这种情况下，通过该功能对从动轴进行速度控制，即可使机床保持稳定[1]。
串联控制调试流程
串联控制调试步骤如图6所示，各调试步骤如下：
①电机基本设定对将作为主/从电机的进行基本的设定，该步骤与普通电机基本设定一样。
②主/从电机串联控制基本设定该步骤主要是设定串联控制功能相关的基本参数及基本的信号处理。
③速度反馈平均&预加载功能调试根据实际机床的实际情况（传动链反向间隙、传动刚性等），设置辅助功能相关参数，优化主/从电机控制性能及稳定性，提高机床控制精度。
图6串联控制调试流程
3.总结
本文对FANUC数控系统进给轴同步控制和串联控制功能的工作原理进行了描述说明，并对这些功能的一些辅助优化功能也进行了详细的说明，全面清晰地阐述了FANUC数控系统同步控制的相关知识。同时根据我厂实际调试经验，对这些功能的调试流程进行阐述说明。
参考文献：
[1]FANUC公司.伺服参数说明书B-65270.日本：FANUCInc.2006.