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基於西門子828D係統（tǒng）控（kòng）製的曲軸連杆頸數（shù）控車床的應用（yòng）分析

2016-9-5 來源：德（dé）州德隆（集團）機床有限責任公司作者（zhě）：鄭翠翠，李樂

摘要：曲軸連杆頸（jǐng）數控車床主（zhǔ）軸驅動選用雙級同步帶減速結構,主、副主軸是由前後主副通過一根主傳動杠同步驅動,配合使（shǐ）用主軸（zhóu）同步帶張緊結構,起到消除傳動（dòng）間隙的作用。同（tóng）時數控係統采用西門子828D配全閉環（伺服軸配海德漢光柵尺）,這（zhè）種結構大（dà）大降低（dī）了（le）主軸驅（qū）動（dòng）同（tóng）步（bù）帶的傳動誤差,並且（qiě）使得前、後主軸驅動係統誤差可（kě）調整性增強（qiáng）。

關鍵詞（cí）：全閉環（huán）；雙級同步帶減速；曲軸連杆頸數控車床；海德漢光柵尺

0、引言

隨著汽車行業的逐步發（fā）展，人們對汽車發動機的質（zhì）量要求也逐漸提高。其中曲軸作為發動機的關鍵部件，它的精度決定著整個發動機的性能。曲軸連杆頸數控加工車床是一款需要有著高（gāo）精度、高效率的數控（kòng）加工中心。這時，普通的單級同步帶主（zhǔ）軸（zhóu）結構已經難以解決機（jī）床的加工精度[1]。同時，普（pǔ）通數控係統的（de）開環（huán）、半閉環編碼器就已經達不到加工要求[2]。所以改善主（zhǔ）軸傳（chuán）動節夠、提高數控係統的版本、增加雙軸（zhóu）的全閉（bì）環功能成為（wéi）整個機床性能提高的關鍵。在曲軸連杆頸數控車床中，將主軸驅（qū）動選用雙級同步（bù）帶減速結構、數控係統采用西門子828D係統、係統增帶（dài）全閉環功能（配海德漢光柵尺）[3]應用其中，大大提高了（le）整個曲軸（zhóu）加工的效率與精度。

1、普通的曲軸加工數控車床

1.1 傳統（tǒng）的主（zhǔ）軸（zhóu）傳（chuán）動結構

普通的（de）曲軸加工機床主軸為單級傳動結（jié）構（如圖1所示）。

圖1 曲軸加工主軸傳動結構

2、數控（kòng）係統及光柵尺功能介紹

2.1 西門子828D數控係統功能介紹

德國西門子數控係統[4]，型號828D可（kě）以實現4軸聯（lián）動，基於PROFINET的輸入輸（shū）出接口可以高速傳輸數據。配西門子伺服主電機，具有高精度、高性能轉速（sù）、扭矩及分辨率。同時數控係統配備在線測量功能，可以在伺服軸上加入光柵尺（全閉環測量係統），使（shǐ）係統反饋數據更（gèng）加精確。

2.2 直線光柵尺

光柵尺選擇德國生產的海德漢直線光柵尺（chǐ）。LB382C距離（lí）編碼光柵尺，信號周期為40μm，1Vpp增（zēng）量信號，準確度等級為±0.1um。此型號光柵尺與西門子828D係統配合使用，伺服軸準確定位（wèi）可達（dá）到0.0078˚（實測（cè）數值）[5]。機床使用的（de）數控（kòng）係統為SIEMENS 828D SL，其中係統參數設置（zhì）需要注意一下參數30200是編碼器的數量；31000=1表示的是光柵尺；30240[0]=1;30240[1]=0。關於其他與光柵尺有關的參數需要根據實際車削（xuē）精度做改動。

2.3 曲軸連杆頸數控（kòng）車床（chuáng）

2.3.1 機床結構優化

本（běn）文以曲軸加工（gōng）數控機床（chuáng）為研究對象，將主軸傳動（dòng）結構進行優化，主（zhǔ）軸傳動優化後的結構圖如圖2所示。

圖2 結構主（zhǔ）視圖

在圖中，主副主軸箱位於（yú）機床的前方，偏心工裝安裝在各自的主軸上，工裝之間裝夾（jiá）曲軸。主電機通過同步帶減速驅動I軸（zhóu），然（rán）後通過I軸及其（qí）傳動杠（gàng）將動力一起（qǐ）傳遞到主（zhǔ）副主軸上，有效保證了（le）兩主軸的同步。專用曲軸連杆頸加工刀具（jù）安裝在其專用的液（yè）壓刀具係統上（shàng），通過伺服電機驅動滾珠絲杠在（zài）滾（gǔn）柱式重載直線導軌上（shàng）移動[6]，對外圓、端麵、圓弧等處（chù）進（jìn）行車（chē）削。

圖3 結構後視圖

圖（tú）3中，8為前主軸（zhóu）箱，16為主軸同（tóng）步（bù）帶輪，18為主軸（zhóu）帶輪漲套，19為主軸。

2.3.2 試（shì）車加工精度分析（xī）

對工件進行曲軸加工（gōng），測量（liàng）隨機（jī）選擇優化（huà）前與優化後工件經三坐標測量儀進行檢測，需要加工零件圖如圖4所示。

圖4 零件圖

選用特殊刀具對以上工件內弧進行加工[8]，要求工件加工精度小於等於0.01°

隨機挑選5件零件分別在普通機床與增加機床優化後的機（jī）床上進行（háng）車削，前後（hòu）工件精度誤差結果如表1所示。

表1 工件加工精度表

3、結果

從以上數據得出結果，工件加工左（zuǒ）右垂（chuí）直度符合尺寸公差標準（zhǔn），左右平麵（miàn）度在誤差（chà）範圍內。同時有保證了工件的圓柱度，尺（chǐ）寸一致性良好。

4 、結論（lùn）

曲軸連杆頸數控車床選用（yòng）雙級同步帶減速結構，數控係統采用西門子（zǐ）828D配全閉環（伺服軸配海（hǎi）德漢光柵尺），這種（zhǒng）結構（gòu）在大（dà）大降低了主軸驅動同（tóng）步帶的傳動誤差的（de）同時，又增強了前、後主軸驅（qū）動係統誤差可調整性（xìng）[7]。

參考文獻（xiàn）：

[1] 餘峰浩.談數（shù）控加工中心的安裝與（yǔ）調試[J].機械工程與自動化.2006,02(3):17-20.

[2] 王桂（guì）芳.現在（zài）數控機床的測量係統-光柵（shān）尺[J].機床於金屬加工（gōng）2007,10(2):32-37.

[3] 周世紅.光柵尺用於角度基準研究的電（diàn）子學設計和實踐[J].光學（xué）機械（xiè）,2008,05(11):03-07.

[4] 陳林,馮偉亭.西門子（zǐ）828D係（xì）統在數控銑（xǐ）床中（zhōng）的應用分（fèn）析[J].2014,01(18):40-43.

[5] 趙人傑,馬（mǎ）文禮.利用誤差諧波補償法提高金屬圓光柵測角（jiǎo）精度[J].儀器儀表用戶,2009,16(3):25-29.

[6] 範繼紅,黃國輝.如何選擇數控加工（gōng）中心的夾具、刀具[J].現代機（jī）械裝備,2009,01(8):57-59.

[7] 濮良貴,繼明剛.機械設計[M].8版.北京:高等教育出（chū）版社.2006.

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