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基於西（xī）門子828D係統控製的曲（qǔ）軸連杆頸數控車床的應用分析

2017-12-22 來源：德州（zhōu）德（dé）隆（集團（tuán））機床有限責任公司（sī）作者：鄭翠翠，李樂

摘要：曲軸（zhóu）連杆頸數控車床主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）用主軸同步帶張（zhāng）緊結構，起（qǐ）到消（xiāo）除傳動間隙（xì）的作用。同時數控係統（tǒng）采用（yòng）西門子828D配全閉環（伺服軸配（pèi）海德漢光柵（shān）尺），這種結構大大降低（dī）了主軸驅動同步帶的傳動誤差，並且使得前、後主軸驅動係統（tǒng）誤差可調整性增強。

關鍵詞：全閉環；雙級同步帶（dài）減速（sù）；曲軸連杆（gǎn）頸數控車床；海德（dé）漢光柵尺

0 引（yǐn）言

隨著汽車行業的逐步發展，人們對汽車發動機的質量要求也逐漸提高。其中曲軸作為發動機的關鍵部件（jiàn），它（tā）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（chuáng）是一款需要有著高精度、高（gāo）效率的數控加工中心。這時，普通的單級同步帶主軸（zhóu）結構已經難以解決機床的加（jiā）工精（jīng）度[1]。同（tóng）時，普通（tōng）數控係統的開環、半閉環編碼器就已經達不到加工要求[2]。所以改善（shàn）主軸傳動節夠（gòu）、提高數控係統的版本、增加（jiā）雙軸的全閉環功能成為整個機床性能提高的關鍵。在曲軸連杆頸數控（kòng）車床中，將主軸驅動選用雙級同步帶減速結（jié）構（gòu）、數控係統采用西門子828D係（xì）統、係統增帶全閉環功能（配（pèi）海德漢光柵尺）[3]應用其中，大大提高了整個曲軸加工的效率與精度。

1 、普通的（de）曲軸加工數控車（chē）床

1.1 傳統的主軸傳動結構（gòu）

普通的（de）曲軸加工機床（chuáng）主軸為單級傳動結構（如圖1所示）。

圖1 曲軸加工主軸傳動結構

2 、數控係統及（jí）光柵尺（chǐ）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（xíng）號828D可以實現4軸聯動，基（jī）於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（gāo）精度、高性能轉速、扭矩及分辨率。同時數（shù）控係統配（pèi）備在線測量功能，可以在伺服軸上加入（rù）光柵尺（全閉環測量係統），使係統反饋數據更加精確。

2.2 直線光柵尺

光柵尺選擇德國生（shēng）產的海（hǎi）德漢直線光柵尺。

L B 3 8 2 C 距（jù）離編（biān）碼光柵尺，信號（hào）周期為 4 0 µ m ， 1 V p p增量信號，準確度等級為±0.1um。此型號光柵尺與西門子828D係統配合（hé）使用，伺服軸準確定位可達到0.0078度（實測數值）[ 5 ]。機床（chuáng）使用的數控係統為SIEMENS 828D SL，其中係統參數設置需要（yào）注意一下參數30200是編碼器的數量；31000=1表（biǎo）示的是光柵尺；30240[0]=1;30240[1]=0。關於其（qí）他與光柵尺有關的（de）參數需要根據實際車削精度做改動。

2.3 曲軸連（lián）杆頸數控車床

2.3.1 機床結構優化

本文以曲軸加（jiā）工數控機床（chuáng）為研究對象，將主軸傳動結構進行（háng）優化，主軸傳動優化後（hòu）的結構圖如圖2所（suǒ）示。

圖2 結構主視圖

在圖中，主副主軸箱位於機床的前方，偏心工裝安裝在各自的主軸上（shàng），工裝之間（jiān）裝夾曲軸。主電機通過同步（bù）帶減速驅動I軸，然後通過I軸及其傳動杠將動力一起（qǐ）傳遞到主副主軸上，有效保證了兩主軸（zhóu）的同步。專用曲軸連杆頸加工刀具安裝在其專用的液壓刀具（jù）係統上，通（tōng）過（guò）伺服電機驅動滾珠絲杠在滾柱式重載直（zhí）線導軌（guǐ）上移動[6]，對外圓（yuán）、端麵（miàn）、圓弧等處進（jìn）行車削。

圖3 結構（gòu）後視圖

圖3中，8為前主軸箱，16為主軸同步帶輪，18為主（zhǔ）軸帶輪漲（zhǎng）套，19為主軸。

2.3.2 試車加工精度（dù）分（fèn）析

對工（gōng）件（jiàn）進行（háng）曲軸加（jiā）工，測量隨機選擇優化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（tú）4所示。

圖4 零（líng）件（jiàn）圖

選用特殊刀具對以上工件內弧進行加工[8]，要（yào）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床上進行車削，前後工件精度誤差結果如表1 所示。

表1 工（gōng）件加工精度表

3 、結果

從以上數據得出（chū）結（jié）果，工件加工左右垂直度符合尺（chǐ）寸公差標準，左右平麵度在誤差範圍內。同時有保證了工件的圓柱度，尺寸（cùn）一致性良好。

4 、結論

曲軸連杆頸數控車床選用雙級同步帶減速結構，數控係統采用西門子（zǐ）828D配全閉環（伺服軸配海德漢光柵尺），這種結構在大大降低了主軸驅動（dòng）同步帶的傳動誤差的同（tóng）時，又增強了前、後主軸驅動係統誤差可（kě）調整性[7]。

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