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雙主軸速度串聯功能在臥式車床上的應用

2020-12-3 來源：沈陽機（jī）床集團作者（zhě）：王麗芳

摘要：本文以數控臥（wò）式（shì）車床為（wéi）例，應用FANUC－0iD係統提供的“主軸同步控製”功（gōng）能，實現兩個主（zhǔ）軸（串行）的同步運行，除速度同步回（huí）轉外，還可實現回轉相位（wèi）的同步。利用相位同（tóng）步，在數控臥（wò）式車床上可用兩個主軸夾持一（yī）個形狀不規則的工件，可實現一個軌跡內兩個主軸的同步，也可實現兩個軌跡中兩個主軸的同步。

數控機床上同步控製有多（duō）種實現方案，有采用單電動（dòng）機通過錐齒輪等機械結構來實現同（tóng）步，但這種方法機（jī）械結構複雜、傳動效率低且成（chéng）本較（jiào）髙；有采用雙軸電（diàn）動機依靠軸的剛性連接來實現同（tóng）步，但這種方法（fǎ）由於是（shì）開環控製，控製精度（dù）較差；還有采用雙軸電動機控製的同時引入（rù）位置檢測裝置，與數控係統組成位置閉環來實現（xiàn）同步控（kòng）製。這種方法在（zài）進給軸同步控製中應用較多，控製量和反（fǎn）饋量都是位置指（zhǐ）令。目（mù）前，國產（chǎn）及國外數控係統均可實現此功能，本文以FANUC－0iD數控係統為例，開發了一款臥式車（chē）床產品ＨＴＣ１６０５００，應用“主軸同步控製”實現旋轉過（guò）程中工件的對正、抓取，可一次裝夾（jiá）完成（chéng）工件兩側的加工，而無需停下來換夾、對刀，因（yīn）此提高了（le）加工效（xiào）率。

１．數控臥式車床（chuáng）雙主軸產品（pǐn）介紹

ＨＴＣ１６０５００產品是（shì）一種雙主軸同步控製臥式車床，機（jī）床上設置有兩個主軸箱體，左側的主軸箱體為固定式箱（xiāng）體，通過固定支座安裝在機床上，右側的主軸箱體為可移動式箱體，通過（guò）中間支座安裝在機（jī）床上，兩側的主軸箱體內安裝有電動機。兩（liǎng）個（gè）主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在（zài）主軸箱體上，齒環固定在連接盤上，連接盤通過鍵（jiàn）固定在（zài）主軸上，主軸（zhóu）箱體與主軸之間通過軸（zhóu）承（chéng）連接和支（zhī）承。動力卡盤（pán）通過螺釘（dìng）固定在主軸上，回轉（zhuǎn）液壓（yā）缸與連接盤（pán）固定在一起，動（dòng）力卡盤、回轉液壓缸、連接盤與主軸為（wéi）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，然後是旋轉主（zhǔ）軸角相位同步，如圖１所示。

圖１ＨＴＣ１６０５００雙（shuāng）主軸同步控製產品

２．主軸同步控製（zhì）時序

主軸同步控製在執行前需要正（zhèng）確檢測一次旋轉信號，所（suǒ）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，為下麵的同步做好準備。很多時候，為實現裝夾異形工件需要，同步的主、副電動（dòng）機帶動的（de）裝夾頭需要在同步前處於某一相位角度。因（yīn）此在主（zhǔ）軸進行同步（bù）狀態後開始旋轉前，還需要進入相位同步狀態。時序圖如圖２所示。

根據客戶實際要求（qiú），需要兩個主軸在“加（jiā）／減速同步”期（qī）間（jiān），依然可以保持兩主軸相對位置同步，即相位同步控製。為了（le）實現這個效果，需要選配“主軸速度串聯”功能，此為（wéi）ＦＡＮＵＣ係統的選配功能，選購此功能（néng）後，通過必要的參數調整，可以（yǐ）保證兩個（gè）主軸（zhóu）的轉矩相同，達（dá）到工件不受扭轉（zhuǎn）力的條件。轉速＋同步轉速相位匹配對主（zhǔ）軸速度串聯控製（zhì）進行調試（shì）測試，可以觀察主軸速度串（chuàn）聯的特點（diǎn）：①兩個主軸電動機的電流在主軸旋轉（zhuǎn）和加減速上直接保證了完全相同，通過圖３看出，波動均完全相同，因此保證了兩個主軸在旋轉過程（chéng）中轉矩相（xiàng）同，裝夾在兩個主軸之間的工件不受力。②在主軸停止之後，主動軸依然保證了一定的電流控製，此時兩（liǎng）主軸電（diàn）動（dòng）機電流不同，但是由於主軸已經停止，因此不（bú）會影響工件受力情（qíng）況。

３．主軸同步控製程序設計

處於同步控製狀態下旋轉（zhuǎn）的主軸，要想使它們停止旋轉，可以指定同步轉（zhuǎn）速為Ｓ０，但（dàn）是停止的位置（zhì）是不固定的。實際生（shēng）產中，裝載、卸載工件通常都是在某一固定的位置，可以通過下麵兩個方法實（shí）現.

圖２主軸同步控製時序（xù）

圖３功率轉矩

（１）主軸相位同步（bù）。相位同步即為兩（liǎng）個主軸在同步（bù）控製中，相（xiàng）位（wèi）上始終處於某一固定角度，包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。根據需要調（diào）整（zhěng）合適位置即可作為裝載、卸載的角度。但該（gāi）方法的缺（quē）陷在於，相位同步控製的旋（xuán）轉方向按照就近原則旋轉，方向不固定。

（２）同步準停。該方法是在不退出（chū）同步控製（zhì）模式的情況下，執行同步準停（tíng）。準停的基準位置為相位（wèi）同步停止位置，如果需要（yào）在（zài）基準位置的基礎上再調試，可使用同步（bù）準停位置外部設定（dìng）信號（hào）ＳＨＡ１１￣ＳＨＡ００。相比相位（wèi）同步，同步準停的方（fāng）向可（kě）以使（shǐ）用信（xìn）號（hào）ＲＯＴＡＡ固定。

現假設第一、第二主軸進（jìn）行主軸相位同步，執行以下步驟：①在第１主軸旋轉、第２主軸停止的狀態下設置主軸同步控製指令。②主軸同步結束後，製定同步速度指令＝“〇”。③指定主軸相位同步控製指令，進行基準位置設定。④在主軸相位同（tóng）步結束後，完成（chéng）主軸同步（bù）準停。⑤通過同步準停，使主軸停止在固定位置（zhì）。在同步準停結束後（hòu），可通過手動／自動解除同步準停。⑥主軸同步準停完成後，可以進行工（gōng）件的裝卸。設計子程序００００１，通電就保持主軸同步控製。

４．結語

本文應用FANUC－0iD數控係統提供的“主（zhǔ）軸同步控製”功能，開發了一款臥式車床產品ＨＴＣ１６０５００，實現雙主（zhǔ）軸同步控製，提高了加工效率（lǜ）。但是由於主（zhǔ）軸齒輪箱可能存在間隙，同步準停的過程中，會有抖動的情況發生，可以通過（guò）增加（jiā）配重塊或者進行參（cān）數優化，來保證主軸同步準停的穩定性（xìng）。

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