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雙主軸速度串聯功能在臥（wò）式車床上的應用

2020-12-3 來源：沈陽機床集團作者：王麗芳

摘要：本文以數（shù）控臥式車床為例，應用FANUC－0iD係統提供的“主軸同步控製”功能，實現兩個主軸（串行）的同步運行，除速度同步回轉外，還可實現回轉相位的同步。利（lì）用相（xiàng）位同步，在數控臥式車床上可用兩（liǎng）個主軸夾持一個形狀不規則的工件，可實現（xiàn）一個軌跡內兩個主軸的（de）同步，也可實現兩個軌跡中兩個主軸的同步。

數控機床上同步（bù）控製有多種實現方案，有采用單電動機通過錐齒輪等機械結構來（lái）實現同步，但這種方法機械結構複雜、傳動效率低且成本較髙；有采用雙軸電動機依靠軸的剛性連接來實現同步（bù），但這種方法由於是（shì）開（kāi）環控製（zhì），控製精度較差；還有采用雙軸電動機控製的同時（shí）引入位置檢測裝（zhuāng）置（zhì），與數控係（xì）統（tǒng）組成位置閉環來實（shí）現同步控製。這種（zhǒng）方法在（zài）進給軸（zhóu）同步控製中應用較多，控製量和反饋量都是位置指令。目前，國產（chǎn）及（jí）國外數控係統均可實現此（cǐ）功能，本文以（yǐ）FANUC－0iD數控係統為（wéi）例，開（kāi）發了一（yī）款臥式車床產品ＨＴＣ１６０５００，應用“主軸同（tóng）步控製”實現旋轉過程（chéng）中工件的對正、抓取，可一次裝夾完成工件兩側的加工，而無需停下來換夾（jiá）、對刀（dāo），因此提高（gāo）了加工效率。

１．數控臥式車床雙（shuāng）主軸產品介紹

ＨＴＣ１６０５００產品是一（yī）種雙主軸同步控製（zhì）臥式車床，機床上設置有兩個主軸箱體，左（zuǒ）側的主軸箱（xiāng）體為固定式箱體，通過固定支座（zuò）安裝在機床上，右側的主軸箱（xiāng）體為可移動式箱體，通過中間支座安裝在（zài）機床上，兩（liǎng）側的主軸（zhóu）箱體（tǐ）內安裝有電動機。兩個主（zhǔ）軸箱體均裝有外置分離式編碼器，外置分離式編碼器的測頭安裝（zhuāng）在主軸箱體上（shàng），齒環固定在連接盤（pán）上（shàng），連接盤（pán）通過鍵固定（dìng）在主軸上（shàng），主軸箱體與主軸之間通過軸承（chéng）連接和支承。動力卡盤通過（guò）螺釘固定在主軸上，回轉液壓缸與連接盤固定在一起，動力（lì）卡盤、回轉液壓缸（gāng）、連接盤與主軸為剛性一體。製動器主體通過製動器連接支架（jià）連接在主軸箱體上，兩側的主軸旋轉首先是速度同步，然後（hòu）是旋轉主軸角相位同步，如圖１所示。

圖１ＨＴＣ１６０５００雙主（zhǔ）軸（zhóu）同步控製產品

２．主軸同步控製（zhì）時序

主軸同步控（kòng）製在執行前需要正確檢測一次旋轉信號，所以在給出同步信（xìn）號後，主、副電動機會旋轉２￣３圈，目的就是檢測一轉信號（hào），為下麵的同步做好準（zhǔn）備。很多時（shí）候（hòu），為實現裝夾異形工（gōng）件需要，同步的主、副電動機帶動的裝夾（jiá）頭（tóu）需要在同步前（qián）處於某一相位角（jiǎo）度。因（yīn）此在主軸進行同步狀態後開始旋轉前，還需要進入相位同步狀態（tài）。時序圖如圖２所示。

根據客（kè）戶實際要求，需要兩個主軸在“加／減速同步”期間，依然可以保持兩主軸（zhóu）相對位（wèi）置同步，即相位同步（bù）控製。為了實現這個效果，需要選配“主軸速度串聯”功能（néng），此（cǐ）為ＦＡＮＵＣ係統的選配功能（néng），選購此功能後，通過必要的參數調整，可以保證（zhèng）兩個主（zhǔ）軸的轉矩相同，達到工（gōng）件不受（shòu）扭（niǔ）轉力的條件。轉速＋同步轉速相位匹配對主軸速度串（chuàn）聯控製（zhì）進（jìn）行調試測試，可以觀察主軸速度串聯的特點：①兩（liǎng）個主軸電動機的電流在主軸（zhóu）旋轉和加（jiā）減速上直接（jiē）保（bǎo）證了完全相同，通過（guò）圖３看出，波動均完全相同，因此保證了（le）兩個主軸在旋轉（zhuǎn）過程中轉（zhuǎn）矩相同，裝夾在兩個主軸之間的工件不受力。②在主軸（zhóu）停止之後，主動軸依然保證了一定的電流控製，此時兩主軸電動（dòng）機電流不同，但是由於主軸已（yǐ）經停止，因此不會影響工件（jiàn）受力情況。

３．主軸同步控製程序設（shè）計

處於同步控製狀態下旋轉的主軸，要想使它們停止旋轉，可以指定同（tóng）步轉速為Ｓ０，但是停止的位置是不固定的。實（shí）際生（shēng）產中，裝載、卸載工（gōng）件通常都是在某（mǒu）一固定的位置，可以通過下麵兩個方法實現.

圖２主軸同步控（kòng）製（zhì）時序（xù）

圖３功率轉矩

（１）主軸相位同步（bù）。相（xiàng）位同步即為兩個主（zhǔ）軸在同步控製中（zhōng），相（xiàng）位上始終處於某一固定角度，包（bāo）括同步旋轉過程和停止時。調整參數ＮＯ．４０３４，即可在３６０°範圍內偏移。根據需要（yào）調整合適位置即可作為裝載、卸載的角度。但該方法（fǎ）的缺陷（xiàn）在於，相位同步控製的旋轉方向按照就近原則旋轉，方向不固定。

（２）同步準停。該方法是在（zài）不退出同步控製模式的（de）情況下，執行同步準（zhǔn）停（tíng）。準停的基準位置為相位同（tóng）步停止位置，如果需要在基準位置的基礎上再調試，可使用同步準停位置外部設定（dìng）信號ＳＨＡ１１￣ＳＨＡ００。相比相位同步，同步準停的方（fāng）向可以使用信號ＲＯＴＡＡ固定（dìng）。

現假設第（dì）一、第二主軸進行主軸相位同步，執（zhí）行以下（xià）步驟：①在第１主軸旋轉（zhuǎn）、第２主軸停止的狀態下設置主軸同步控製指令。②主軸（zhóu）同步結束後，製定同步速（sù）度（dù）指令（lìng）＝“〇”。③指定主軸相位同步控製指令，進行基準（zhǔn）位置設定。④在主軸相位同步結束後，完成主軸同（tóng）步準（zhǔn）停。⑤通（tōng）過同步（bù）準停，使主軸停（tíng）止（zhǐ）在固定位置。在同步準停結束後，可通過手動／自動解除同（tóng）步準停。⑥主軸同步準停完成（chéng）後，可以進行工件的裝卸。設計子程序（xù）００００１，通電就（jiù）保持主軸同步控製。

４．結語

本文（wén）應用FANUC－0iD數控係（xì）統（tǒng）提供的“主軸同步（bù）控製（zhì）”功能，開（kāi）發了一款臥式車床產品ＨＴＣ１６０５００，實現雙主軸同步控製，提（tí）高了加工效率。但是由於主軸齒輪箱（xiāng）可能存在間（jiān）隙，同步準停的過程中，會有抖動（dòng）的情況發生，可以通過增加配重塊或者進行參數優化，來保證主（zhǔ）軸同步準停的穩（wěn）定（dìng）性。

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