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雙主軸速度串（chuàn）聯功能在臥式車床上的應用

2020-12-3 來源：沈陽機床集團（tuán）作者：王麗芳（fāng）

摘要：本文以數控（kòng）臥式車床為例，應（yīng）用FANUC－0iD係統提供的“主軸同步控製”功能，實現兩個主（zhǔ）軸（串行）的同步運（yùn）行，除速度同步回轉外，還可實現回轉（zhuǎn）相位的同（tóng）步。利用相位同步，在數控臥式車床上可用兩個主軸夾持一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（xiàn）兩（liǎng）個軌跡中兩個主軸的同步（bù）。

數控機床上（shàng）同步控（kòng）製有多種實現方案（àn），有采（cǎi）用單電動機通過錐齒輪等機械結構來實現（xiàn）同步，但這種方法機械結構複雜、傳（chuán）動效率（lǜ）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（shuāng）軸電動機控製的同時引入位置檢測裝置，與數控係統組成位（wèi）置閉環來（lái）實（shí）現（xiàn）同步控製。這種（zhǒng）方法在進給軸同步控製中應用較多，控製量和反饋量都是位置指令（lìng）。目前，國產及國外數控係（xì）統均可實現此功能，本文以FANUC－0iD數控係統為例，開發了一款臥式車床產品ＨＴＣ１６０５００，應用“主軸同步控製”實現旋轉過程中工件的對（duì）正、抓取，可一次裝夾完成工件（jiàn）兩側的加工，而無需停下（xià）來換夾（jiá）、對刀（dāo），因此提高了加工效（xiào）率。

１．數控臥式車床雙主軸產品介紹

ＨＴＣ１６０５００產品（pǐn）是（shì）一種雙主軸同步控（kòng）製臥式車床，機床（chuáng）上設（shè）置（zhì）有兩個主軸箱體，左側的主（zhǔ）軸（zhóu）箱（xiāng）體為固定式箱體，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，通過中間支座安裝在機床上，兩側的主軸箱體內安裝有電（diàn）動機。兩個主軸箱體均裝有外置分離式編碼器（qì），外置（zhì）分離式編碼器的測頭安裝在主軸箱體上，齒環固定在連接盤上（shàng），連（lián）接盤（pán）通過鍵固定在主軸上，主軸箱體與主軸之（zhī）間通過軸承連接和支承。動力卡盤通過螺釘固定在主軸上，回轉液壓缸與連接盤固定在一起，動力卡盤（pán）、回轉液壓缸（gāng）、連接盤與主軸為剛性一體（tǐ）。製動器主體通過製動器連接支架連接在主軸箱體上，兩（liǎng）側的主軸旋轉首先是速度同步，然後（hòu）是旋轉主軸角相位同步，如圖１所示。

圖１ＨＴＣ１６０５００雙主軸同步控製產品

２．主軸同步控製時（shí）序

主軸同步控製在執行前需要正（zhèng）確（què）檢測（cè）一次旋轉信號，所以在給出同步信號後，主（zhǔ）、副電動機會（huì）旋轉２￣３圈，目的就是檢測一轉信（xìn）號，為下麵的同步（bù）做好準備。很多時候，為實現（xiàn）裝夾異形工件（jiàn）需要，同步（bù）的主、副電動機帶動的裝（zhuāng）夾（jiá）頭（tóu）需要在同步前處於某一相位角度。因此在（zài）主軸進行同步狀態後開始旋轉前，還需（xū）要（yào）進入相位同步狀態。時序圖如圖２所示。

根據客戶實際要求，需要兩（liǎng）個主軸在“加／減速同步”期間，依然可以保持兩主軸相（xiàng）對位置同步，即相位同步控製（zhì）。為了實現這個（gè）效果，需要選配“主軸速度串聯”功（gōng）能，此（cǐ）為ＦＡＮＵＣ係統的選配功能，選購此（cǐ）功能後，通過必（bì）要的參數調整，可（kě）以保證兩個主軸的轉矩相同，達到工件（jiàn）不（bú）受扭轉力的條件。轉速（sù）＋同步轉速（sù）相位匹配對主軸速度（dù）串聯控製進行調試測試，可以觀察主軸速度串聯的特（tè）點：①兩個主軸電動機的電流在主軸旋轉和加減速上（shàng）直（zhí）接保證了完全相同（tóng），通過圖３看出，波動均完全相同，因此保證了兩（liǎng）個主軸（zhóu）在旋轉過（guò）程中轉矩（jǔ）相（xiàng）同，裝夾在兩個主（zhǔ）軸（zhóu）之間的工件不受力。②在主（zhǔ）軸停止之後，主動（dòng）軸依然保證了一定的電流控製，此時兩主軸電動機（jī）電流不同，但是由（yóu）於主軸已經停止，因此（cǐ）不（bú）會影響工件受力情況。

３．主軸同步控製程序設計

處於同步控製狀態下（xià）旋轉的主軸，要想使它們停止旋轉，可以指定同步轉速（sù）為Ｓ０，但是停止的位置是不固定的。實際生產（chǎn）中，裝載、卸載（zǎi）工件通常都是在某一（yī）固（gù）定的位（wèi）置，可以通過下麵（miàn）兩個（gè）方法實現.

圖２主軸同步控製時序

圖３功率轉矩

（１）主軸相位同步（bù）。相位同步即（jí）為兩個主軸在同步控製（zhì）中，相位上（shàng）始終處於某一（yī）固定（dìng）角度，包括同步旋（xuán）轉過程和（hé）停止（zhǐ）時。調整（zhěng）參數ＮＯ．４０３４，即（jí）可在３６０°範圍內（nèi）偏移。根（gēn）據需要調（diào）整（zhěng）合適位置即可作為裝載（zǎi）、卸載的角度。但（dàn）該方法的缺陷在於，相位同步（bù）控製的旋轉方（fāng）向按照就近原則旋轉，方向不固定。

（２）同步準停。該（gāi）方法是在不退出同步控（kòng）製模式的情況下，執行同步準停（tíng）。準停的基準位置為相位同（tóng）步停止位置，如果需要在基準位置（zhì）的基礎（chǔ）上再（zài）調試，可使用同步準停位置外部（bù）設定信號ＳＨＡ１１￣ＳＨＡ００。相比相（xiàng）位同步，同步準停的方向可以（yǐ）使用信號ＲＯＴＡＡ固定。

現（xiàn）假設第一、第二主軸進行主軸相位同步，執行以下步驟：①在第１主軸旋轉、第２主軸停止的狀態下（xià）設置主（zhǔ）軸同步控製指令。②主軸同步結束後，製定同步速度指令（lìng）＝“〇”。③指定（dìng）主軸相位同步控製指（zhǐ）令，進行（háng）基（jī）準位置設定。④在主軸相（xiàng）位同步結束（shù）後，完成主軸同步準停。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（dòng）解除同步準停（tíng）。⑥主軸同步準停完成後，可以進行工件的裝卸。設計子程序００００１，通（tōng）電就保（bǎo）持主軸同步控製。

４．結語

本文應用FANUC－0iD數控（kòng）係統提（tí）供的“主軸同步控製”功能，開發了一款臥式車床產品（pǐn）ＨＴＣ１６０５００，實現雙主軸同（tóng）步控製，提高了加工效率（lǜ）。但是由於主軸齒輪（lún）箱可能存（cún）在（zài）間隙，同步準停的過程中，會有抖動的情況發生，可以通（tōng）過增加配重塊或者進行參數優化，來保證主軸同步準停的（de）穩定性。

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