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雙主軸速度串聯功能在臥（wò）式車床（chuáng）上的應用

2020-12-3 來源：沈陽機床集團作者：王麗芳

摘要：本（běn）文以數控臥式車床為例，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（sù）度同步回轉外，還（hái）可實現回轉相位的同步。利用相位同步，在數（shù）控臥式車床上可用兩個主軸夾持一（yī）個形狀不規則的（de）工件，可實現一（yī）個軌跡內兩個主軸的同步，也（yě）可實（shí）現兩個軌跡中兩個主軸的同（tóng）步（bù）。

數控機床上（shàng）同步（bù）控製有（yǒu）多種實現方案，有采用單電動機通過錐齒輪等機械結構來實現同（tóng）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（xiàn）同步，但這種方法由於是開環控製，控製精度較差；還有采用雙軸電動機控製的同時引入位置（zhì）檢測裝置，與數控係統組成位置閉環來實現同（tóng）步控製。這種方法在進給軸同步（bù）控製中應用較多（duō），控製量（liàng）和反饋量都是位置指令。目前，國產及國（guó）外數控係統均可實現此功能，本文以FANUC－0iD數控係（xì）統（tǒng）為例，開發了（le）一款臥式車床產品（pǐn）ＨＴＣ１６０５００，應用“主軸同步控製”實現旋轉過程中工（gōng）件的對（duì）正、抓取，可（kě）一次裝夾完成工件兩側的加工，而無需停下來（lái）換夾、對刀，因（yīn）此提高了加工效率。

１．數控臥式車床雙主（zhǔ）軸產品介紹

ＨＴＣ１６０５００產品是一種雙主軸同步控製臥式車床，機床上設置有兩個主軸箱體，左側的主軸（zhóu）箱體為固定式箱體，通過固定支座安裝在機床（chuáng）上，右側的主軸箱（xiāng）體為可移動式箱體（tǐ），通過（guò）中間支座安裝在機（jī）床上，兩側（cè）的主軸箱體內安裝有電動機。兩個主軸箱體均裝有外置分（fèn）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（gù）定在連接盤（pán）上（shàng），連接盤通過鍵固定在主軸上，主軸箱體與主軸之間（jiān）通過軸承連接和支承。動力（lì）卡盤通過螺釘固定在主軸上，回（huí）轉液壓缸與連接盤固定在一起，動力卡（kǎ）盤（pán）、回轉液壓缸、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連接在主軸箱（xiāng）體上，兩側的主軸旋轉首先是速度同步，然後是（shì）旋轉主軸角相（xiàng）位同步，如圖１所示。

圖１ＨＴＣ１６０５００雙主軸同步控製產品（pǐn）

２．主軸（zhóu）同步（bù）控製時序

主軸同步（bù）控製在執行前需要正確檢測一次旋轉信號，所以在給出同步信號後，主、副電動機會旋轉２￣３圈，目的就是檢（jiǎn）測一轉信號，為下麵的同步做（zuò）好準備。很多時候，為實現裝夾異形工件（jiàn）需要，同步的主、副電動機帶動的（de）裝夾頭需要在同步前處於某一相位角度。因此在主軸進行同（tóng）步（bù）狀態後開始旋轉前，還需要進（jìn）入相位同步（bù）狀態。時序（xù）圖如圖２所示。

根據客戶實際要求，需要（yào）兩個主軸在“加／減速同步”期間，依然可以保持兩主軸相對位置同步，即相位同步（bù）控製。為了實現（xiàn）這個效果，需要選配“主軸速度串聯”功能，此（cǐ）為ＦＡＮＵＣ係統（tǒng）的選配功能（néng），選（xuǎn）購此功能後，通（tōng）過必要的參數調整，可以保（bǎo）證兩個主軸的轉矩（jǔ）相同，達到工（gōng）件不受扭轉力的條件。轉速＋同步轉速相位匹配對主軸速度串聯控製進行調試測試，可以觀察主軸速度串聯（lián）的特點：①兩個主軸電動機的電流（liú）在主軸旋（xuán）轉和加（jiā）減速（sù）上（shàng）直（zhí）接保證了完全相同，通過圖３看出，波動均完全相（xiàng）同，因此保證了兩（liǎng）個主軸在旋轉（zhuǎn）過程中轉矩相同，裝（zhuāng）夾在（zài）兩個主軸之間的（de）工件不受力。②在主軸停止之後，主（zhǔ）動軸（zhóu）依然保證了一定的電流控製，此時兩主軸電動機電（diàn）流不同，但是由（yóu）於主軸已經停（tíng）止，因（yīn）此不會（huì）影響工件受力情況。

３．主（zhǔ）軸同步控製程序設計

處於同步控製狀態下旋轉的主軸，要想使它們停（tíng）止旋轉，可以（yǐ）指定同步轉速為（wéi）Ｓ０，但是停止的位（wèi）置是不固定（dìng）的。實際生產中，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現.

圖２主軸同步控製時序

圖３功率轉（zhuǎn）矩

（１）主軸相位同步。相位同步即為兩個主軸在同步控製（zhì）中，相位上始終處於某一固定角度，包括同步（bù）旋轉過程和停（tíng）止（zhǐ）時。調整（zhěng）參數（shù）ＮＯ．４０３４，即可在３６０°範（fàn）圍內偏移。根據（jù）需要（yào）調整合適位置即可作為裝載、卸（xiè）載的角度。但該方法的缺陷在於，相位同步控製（zhì）的旋轉方向按照就近原則旋轉（zhuǎn），方向不固定。

（２）同步準停。該方法是在不（bú）退出同步控製模式的情況下，執（zhí）行同步準停。準停的基準位置為相位同步停（tíng）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信號ＳＨＡ１１￣ＳＨＡ００。相比相位同步，同步準停（tíng）的方向可以使用信號ＲＯＴＡＡ固定（dìng）。

現假設第一、第二主軸進行主軸相位同步，執行以下步（bù）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（shù）後，製定（dìng）同步速（sù）度指令（lìng）＝“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（xiàng）位同步結束後，完成（chéng）主軸同步準停。⑤通過同步準停，使主軸停止在固定位置。在同步準停結束後，可通過手動／自動解除同步準（zhǔn）停。⑥主軸同步準（zhǔn）停完成後，可以進行工件的裝卸。設計子程序（xù）００００１，通電就保持主軸同步控製。

４．結語

本文應用FANUC－0iD數（shù）控係統提供的“主軸同步控製”功能，開發了一款臥式車床產品ＨＴＣ１６０５００，實現雙主軸同步控製，提高了加工（gōng）效（xiào）率。但是（shì）由於主軸齒輪箱可能存在間隙，同步準停的過程中，會（huì）有抖動的情況發生，可以通過增加配重塊或者進行參數優化，來保證（zhèng）主軸同步（bù）準（zhǔn）停的穩定性。

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