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基於西門（mén）子828D係統控製的（de）曲軸連杆頸數控車床的應用分（fèn）析

2017-12-22 來源：德州德隆（集團）機床有（yǒu）限責任公司作（zuò）者：鄭（zhèng）翠翠（cuì），李樂

摘要：曲軸連杆頸數（shù）控車床主軸驅動選用（yòng）雙級同步帶減速結構，主、副（fù）主軸是由（yóu）前後主副（fù）通過一根（gēn）主傳動杠同步驅動（dòng），配（pèi）合使用主軸同步帶張緊結構，起到消除傳動間隙的作用。同時數控係統采用西門子828D配全閉環（伺服軸配海德漢光柵尺），這種結（jié）構大大降低了（le）主軸驅動同步帶的傳動誤差，並且使得前（qián）、後主軸驅動係統誤（wù）差可調整性增強（qiáng）。

關鍵詞：全閉環；雙級同步帶（dài）減速；曲軸連杆頸數（shù）控車床；海德漢（hàn）光柵尺

0 引言

隨著汽車行業的逐步發展，人們（men）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），它的精（jīng）度決定著整個發動機（jī）的性能。曲軸（zhóu）連杆頸數控加工車床是一（yī）款需要（yào）有著高精度、高效率的數控加工中心（xīn）。這時，普通的單級同步帶主軸結構已經難以（yǐ）解決（jué）機床的加（jiā）工精度[1]。同時（shí），普通數控係統的開環（huán）、半閉環編碼器就（jiù）已經達不到加工要求（qiú）[2]。所以改善主軸傳動節夠、提高數控係統的版本、增加雙軸的全閉環功能成為（wéi）整個機床性能提高的關鍵。在曲軸連（lián）杆頸數控車床中，將主軸（zhóu）驅動選用雙級同步帶減（jiǎn）速結構、數控係統采用西門（mén）子828D係統、係統增帶全閉環功能（配海德漢光柵尺）[3]應用其中，大（dà）大提高了整個曲軸加工的效率（lǜ）與精（jīng）度。

1 、普通的曲軸加工數控車（chē）床

1.1 傳統的主軸傳動結構

普（pǔ）通的曲軸加工機床主軸為單級（jí）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（guāng）柵尺功能介紹

2.1 西門（mén）子828D數控係統功能介紹

德國西門子數控係統[4]，型號828D可以實現4軸（zhóu）聯動，基於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，具有高精度、高性能（néng）轉速、扭矩及分辨率。同時數（shù）控係（xì）統配備在線測量（liàng）功能，可以在伺服（fú）軸上加入光柵尺（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係統配合使用（yòng），伺服軸準確定位可達到0.0078度（dù）（實測數值）[ 5 ]。機床使用（yòng）的數控係統為SIEMENS 828D SL，其（qí）中係統參數設置需要注（zhù）意一下（xià）參數30200是編碼器的數量；31000=1表示的是光（guāng）柵尺；30240[0]=1;30240[1]=0。關於其他與光柵尺有關的參數需要根據實際車削（xuē）精度做改動。

2.3 曲軸連（lián）杆頸（jǐng）數控車床（chuáng）

2.3.1 機床結構優化（huà）

本文以曲軸加工數控機床為研究對象，將主軸傳動結構進行優化，主軸傳動優（yōu）化（huà）後的結構圖如圖2所示。

圖2 結構主視圖

在圖中，主副主（zhǔ）軸箱位於機床（chuáng）的前（qián）方，偏心工裝安（ān）裝在各（gè）自的主軸上，工裝之間（jiān）裝（zhuāng）夾曲軸。主電機通過同步帶減速驅動I軸，然後通過I軸及其（qí）傳（chuán）動杠將動力一起傳遞到主（zhǔ）副主軸上，有效保證了兩主軸的同步。專用曲（qǔ）軸連杆頸加工刀具安裝在其（qí）專用的液壓刀具係統上（shàng），通過伺服電機驅動滾珠絲杠在滾柱式重載直線（xiàn）導軌上移動[6]，對（duì）外圓、端麵、圓弧等（děng）處進行車削。

圖3 結構後視圖

圖3中，8為前主軸箱（xiāng），16為主軸同步（bù）帶輪，18為主軸帶輪漲套（tào），19為主軸。

2.3.2 試（shì）車加工精度（dù）分析

對工件進（jìn）行曲軸加工，測量隨機選（xuǎn）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4所（suǒ）示。

圖4 零件圖

選用特殊刀具對以上工件內弧進行加工[8]，要求（qiú）工（gōng）件加工精度小於等於（yú）0.01°隨（suí）機挑選5件（jiàn）零件（jiàn）分別（bié）在普通機床（chuáng）與增加（jiā）機床優化後（hòu）的機床上進（jìn）行車削，前（qián）後工件精度誤差（chà）結果如表1 所示。

表1 工件加工精度（dù）表

3 、結果

從以上數據得出結果，工件（jiàn）加工左右垂直度符合尺寸公差標準，左右平麵度在誤差範圍內。同時有保證了工件（jiàn）的圓柱度，尺寸一致性良好。

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828D配全閉環（伺服軸配海（hǎi）德漢（hàn）光柵尺），這種結（jié）構在大大降低了主軸驅動同步帶的傳動（dòng）誤差的同時，又增強了前、後主軸驅動係統誤差可（kě）調整（zhěng）性[7]。

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