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基於西門子828D係統控製的曲軸連杆頸數控（kòng）車床的應用分析

2017-12-22 來（lái）源：德州德隆（集團）機床有限責任公司作者：鄭翠翠，李樂

摘（zhāi）要：曲軸連（lián）杆（gǎn）頸數（shù）控（kòng）車床（chuáng）主軸驅動選用雙級同步帶減速結構，主、副主（zhǔ）軸是由前後主副通過（guò）一根主傳動（dòng）杠同（tóng）步驅動，配合使用主軸同步帶（dài）張緊結構，起到消除傳動間隙的作用。同時數控係統采（cǎi）用西門子828D配全閉環（伺服軸配海德漢光柵尺），這種結構大大降低了主軸驅動同步帶的傳動誤差，並且使（shǐ）得前、後主軸驅動係統誤差可調整性（xìng）增強。

關鍵詞：全閉環；雙級同步帶減（jiǎn）速；曲軸連杆（gǎn）頸數控車床；海德漢（hàn）光柵尺

0 引言（yán）

隨著汽車（chē）行業的逐（zhú）步（bù）發展，人們對汽車（chē）發動機的質（zhì）量要求也逐（zhú）漸提高。其中曲軸作為發動機的關鍵部件，它的（de）精度決（jué）定著整個發動機（jī）的性能。曲軸連（lián）杆頸數控加工車床是一款需要有著高精度、高效率（lǜ）的數控加工中心。這時，普通的單級同步帶主軸結構已經難以解決機床的加工精度[1]。同時，普通數控係統的（de）開環、半（bàn）閉（bì）環編碼器就已經達不到加工要求[2]。所以改善主軸傳動（dòng）節（jiē）夠（gòu）、提高數控係統（tǒng）的版本、增加雙軸（zhóu）的全閉環（huán）功能成為整個機床性能（néng）提高（gāo）的關鍵。在曲軸連杆頸數控車（chē）床中，將主軸驅動選用雙級同（tóng）步帶減（jiǎn）速結構、數控係統采用西門子828D係統（tǒng）、係統增帶全閉（bì）環功能（配海德（dé）漢（hàn）光柵尺）[3]應用（yòng）其中，大大提高了（le）整個曲軸加工的效率與精度（dù）。

1 、普通的曲軸加工數控車床

1.1 傳（chuán）統的主軸傳動結構

普通的（de）曲軸加工機床主軸為單級傳動結構（如圖1所示（shì））。

圖1 曲（qǔ）軸加工主軸傳動結構

2 、數控係統及光柵尺功能介紹

2.1 西門子828D數控係統功（gōng）能介紹

德國西（xī）門（mén）子數控係統[4]，型（xíng）號828D可以實現4軸聯動（dòng），基於（yú）PROFINET的輸入輸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、扭矩（jǔ）及分（fèn）辨率。同時數控係統配備在線測量功能，可以在伺（sì）服（fú）軸上加入光柵尺（全閉環測（cè）量係統），使係統反饋數據更加精確。

2.2 直線光柵尺

光柵（shān）尺選擇德國生產的海德漢直線光柵尺。

L B 3 8 2 C 距離編碼光柵尺，信號周期為 4 0 µ m ， 1 V p p增量（liàng）信號（hào），準（zhǔn）確度等級為±0.1um。此型號（hào）光柵尺（chǐ）與西門子（zǐ）828D係統配合使用，伺服軸準（zhǔn）確定位可達到0.0078度（實測數值）[ 5 ]。機床使用（yòng）的數控係統為SIEMENS 828D SL，其中（zhōng）係統參數（shù）設（shè）置需要注意一（yī）下參數30200是編碼器的（de）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（yǒu）關的參數需要根據實際車（chē）削精度做改動。

2.3 曲軸連杆頸數控車床（chuáng）

2.3.1 機（jī）床結構優化

本文以曲軸加（jiā）工數控機床（chuáng）為研究對象，將主軸傳動結（jié）構進行優化，主軸傳（chuán）動優化後的結構圖如圖（tú）2所示（shì）。

圖2 結構主視圖

在圖中（zhōng），主（zhǔ）副主軸箱位於機床的前方（fāng），偏心工裝安（ān）裝在各自的主軸上，工裝（zhuāng）之間裝夾曲軸。主電（diàn）機通過同步帶減速驅動I軸，然後通過I軸（zhóu）及其傳動杠將動力一起傳遞到主副主軸上，有效保證（zhèng）了兩主軸的同（tóng）步。專用曲軸連杆（gǎn）頸加工刀具安裝在其專用的液壓刀具係統上，通過伺服電機驅動滾珠絲杠在滾柱式重載直線導軌上移動[6]，對（duì）外圓、端（duān）麵、圓弧等處（chù）進行車（chē）削。

圖3 結構後視圖

圖3中，8為（wéi）前主軸箱（xiāng），16為主軸同步帶（dài）輪，18為主軸帶輪漲套，19為主（zhǔ）軸。

2.3.2 試車（chē）加工精度分析

對工件進行曲軸加工，測量隨機選擇優化（huà）前與優化後（hòu）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（háng）加工（gōng）[8]，要求工件加工（gōng）精度小（xiǎo）於等於0.01°隨機挑選5件零件分別在普通機床與增（zēng）加機床優化（huà）後的機床上進行車削，前後工件精度誤差結果如表1 所示。

表1 工件（jiàn）加工精度表

3 、結（jié）果

從以（yǐ）上數（shù）據得出結果，工件（jiàn）加工左右垂直度符合尺寸公差標準，左右平麵（miàn）度在誤差（chà）範圍內。同時有保證（zhèng）了工件的圓柱度，尺（chǐ）寸一（yī）致（zhì）性良好。

4 、結論

曲軸連杆（gǎn）頸數控車床選用雙級同步帶減速結構，數控係統采（cǎi）用西門子828D配（pèi）全閉環（huán）（伺服軸配（pèi）海德漢光柵尺），這種結構在大大（dà）降低（dī）了主軸驅動同步（bù）帶的傳動誤差的同時，又（yòu）增強了前（qián）、後主軸驅動係統誤差可調整性[7]。

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