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NUM係統反向消隙功能（néng）在數控機床中的應（yīng）用

2021-1-22 來源：秦川機床工具集團股份公司作者：淮睿，王（wáng）蕾

摘要：闡述了數控機床的發展現狀，介紹了NUM數控係統反向消隙功能和其（qí）使用方法（fǎ）及該功能在數（shù）控機床中的應用。

關鍵詞：數控機床；反向（xiàng）消隙；主從控製

1 、機床傳動環節存在反向間隙

近年來（lái），數控機床正在朝著自動化、智能化方麵迅猛發展，很（hěn）多（duō）機（jī）床都（dōu）配備了機器（qì）人和料倉等自動化輔助設備，以（yǐ）此來提高（gāo）生產效率（lǜ），節約（yuē）人工成本。這樣就要求機床製造商（shāng）生產的（de）主機必須達到高精度，從（cóng）而保證（zhèng）了加工的零（líng）件精度能夠達標。

然而，在機床的傳動環節中都存在著反向（xiàng）間（jiān）隙，所謂反向間隙，就是機械傳動結構在換向運動時，由於傳動（dòng）鏈（liàn）中間存在一定的間（jiān）隙，此時，要等傳動鏈中的間隙（xì）消除以後才能使機械結（jié）構運動，這個（gè）間隙就（jiù）是反向間隙（xì）。這個間隙是機械（xiè）傳動（dòng）（如齒輪齒（chǐ）圈傳動、蝸輪蝸杆傳動等）固有的特性，它（tā）會影響機床零件的加工（gōng）精度。

數控機床的旋轉（zhuǎn）工作台在換向（xiàng）運動時，由（yóu）於反向間隙的存在（zài）會導（dǎo）致工作（zuò）台短時無運（yùn）動，這在機床運行過程中是不允許的。所以，在機（jī）床設計之初就（jiù）得考（kǎo）慮采取相應的傳動結構來消（xiāo）除（chú）反向間隙。

2 、如何消除反向間隙

傳統的機械消隙可以減少反向間隙，但同時也降低了傳動效率，並且隨著時間推（tuī）移這種機（jī）構（gòu）會使機械傳動部分嚴重磨損。現如今，數控係統的功能越來越強大，比如NUM數控係統NUM TANDEMFunctions （串聯功能）中的Anti-backlash function（反向消隙功能），可以取代機械（xiè）消隙實現雙電動（dòng）機電氣消隙[1]。

該（gāi）功能涉及兩（liǎng）個驅動器，分別是Master驅（qū）動器和Slave驅動器，兩（liǎng）個驅動器必須（xū）具備相同的規格和性能（néng）；兩（liǎng）個電（diàn）動機通過主從控製可以產生雙倍於單個電動機的轉矩，用於驅動一個軸（串聯控製）；同時，在兩（liǎng）個（gè）電動機（jī）和傳動（dòng）結構之間產生預加載（zǎi）力矩用來消除機械傳功中的反（fǎn）向間隙，該功能可用於由同步（bù）或異步電動機驅動的線性或旋（xuán）轉軸。雙電動機電氣消隙原（yuán）理如圖1所示。

雙電動機電氣（qì）消隙相比較於機械（xiè）消隙具有一定的優勢：首（shǒu）先，可以提高定位精度；其次，可以提供兩倍於單電動機的轉矩輸出來控製單個軸，同時，還（hái）能提（tí）供預緊力矩來消除反向（xiàng）間隙；再次，成本控製上可以使用兩個小電動機驅動（dòng）[2-3]。

3 、應用實例（lì）

某數控機床，旋轉（zhuǎn）工作台采用雙電動機（jī）消隙控製結構。電動機選用兩個同型號、同性能的西門（mén）子（zǐ）1PH8主軸同步電動機並配備相同的伺服驅動器，伺服電動機（jī）經減速器、齒輪齒圈帶動工作台分度，實（shí）現旋轉運動（dòng）。安裝在工作台下麵（miàn）的距離編碼器將旋轉信號反饋到數控係統中，控製伺服電動機的轉動，達到精確、可靠地分度和回（huí）轉運動。機床工作台如圖2所示。

配置前準備工作（zuò）如下：首先，數控係（xì）統（tǒng）需要開通Tandem Function功（gōng）能，如圖3所示；其次，主動軸伺服驅動器和從動軸伺服驅動器的S4口之（zhī）間需要（yào）用（yòng）一根網線連接實現Local Link connections，如圖4所示，然後才能進行雙驅結構控製的配置。

配置過程分為以下三個階段：第一階段：主動軸（定義為@8）和從動軸（定義為@9）半閉環的配（pèi）置。在半閉環狀態下設置好主從驅動（dòng）器參數（shù）之後，將主動軸和從動軸的電動機均放置在平坦開闊的地麵（miàn）上，手動運行正常且（qiě）方向一致，如圖5所示。

另外，需要對主從電動機（jī）分別執行EPSM （Electric Position Synchro－nization With Movement），並設置主從電動機驅動器參數 V273（Electrical phase offset management）；否則，該軸在（zài）第二反饋下回參考點時會出現驅動（dòng）報警。第二階段：雙驅消隙配置和主（zhǔ）動電動機的全（quán）閉環配置。電動機（jī）在半閉環下運行正（zhèng）常後，即可安裝於工作台之（zhī）上與傳動機構連接，如圖6所示

。

這時打（dǎ）開數控（kòng）係統調試軟件，配置主動軸@8並勾選“Anti-backlash/torque Synchronized”，再進入主動（dòng）軸@8和從動（dòng）軸（zhóu）@9的驅動參數設置界麵（miàn），分別（bié）設置以下參數：

說明：V171僅設（shè）置主動軸驅動參數（shù），設置範圍不得超過電動機額定電流的30%，主從電動機預緊力矩大小相同但方向相反。配置（zhì）好主從驅（qū）動的消隙（xì）參數及主動電動機的（de）預緊力矩後，觀（guān）察負載變化（huà）情況並嚐試低速運行台麵，可正常運轉。靜止時，主（zhǔ）從電動機的預緊力矩基本一樣大，運行時一大一小。這樣雙驅（qū）消隙主從控製功能就配置好了。接下來就是（shì）編碼器的配置。這（zhè）種主從電動機控製的結構，編碼器隻配置在主動軸上。

編碼器信號強（qiáng）度要求：（0.6～1.2）Vpp(≈1Vpp)；參考點信號強（qiáng）度要求：0.2V≤R≤0.85V(≈0.5V)。設置好主動軸（zhóu）驅動器與編碼器相關的參數後，測試編（biān）碼器信號和參考點信（xìn）號強度（dù）均在（zài）要求範圍。手動運行工作台並執行（háng）回參考點後，運轉正常。第（dì）三階段：工作台的參數優化。對於這（zhè）種主從控製的軸（zhóu），隻需要優化主動軸即可，從動（dòng）軸的電流環和速度環參（cān）數按照主動軸的驅動參數設置即可。具體的優化方法和普通軸的一樣，此處就不再贅述（shù）。

在後續的機床加工過（guò）程中，工作台運行穩定，加工零件也能達到精度要（yào）求。至（zhì）此，雙電（diàn）動機電氣消隙功（gōng）能就配置（zhì）完成了。由此可見該功能性能優越，控（kòng）製精度高，配（pèi）置成本低，並且隨著（zhe）規格、重型數控機床的日益（yì）發展，該功能（néng）會得（dé）到更加廣泛的應用。

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