沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司 （遼寧 110142） 張秀印

隨著航天、軍工、船舶裝備等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)金切機(jī)床技術(shù)水平、性能指標(biāo)要求越來越高。這些行業(yè)的突出特點(diǎn)是零件基體龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種繁多，精度要求高，通常小批量生產(chǎn)，無法采用大規(guī)模流水生產(chǎn)方式來提高效率和降低成本。對(duì)車銑加工中心主驅(qū)動(dòng)的功率和轉(zhuǎn)矩的要求越來越高。我公司開發(fā)設(shè)計(jì)的VTC系列車銑中心工作臺(tái)主驅(qū)動(dòng)采用兩個(gè)不同規(guī)格的主電動(dòng)機(jī)、兩套齒輪減速箱、兩個(gè)小齒輪、一個(gè)大齒環(huán)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)。通過數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙主電動(dòng)機(jī)的同步控制，實(shí)現(xiàn)車削調(diào)速功能和C軸消隙功能。工作臺(tái)位置反饋由安裝在底座上的圓光柵進(jìn)行反饋。

不同規(guī)格兩個(gè)主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，既提高了機(jī)床的車削功率、銑削轉(zhuǎn)矩，又提高了銑削精度。現(xiàn)結(jié)合西門子840D系統(tǒng)為例對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1.雙電動(dòng)機(jī)主驅(qū)動(dòng)

如果單獨(dú)一個(gè)電動(dòng)機(jī)無法產(chǎn)生足夠的車削功率和銑削轉(zhuǎn)距，使用兩個(gè)相同功率的電動(dòng)機(jī)功率很容易達(dá)到，但是要實(shí)現(xiàn)大的銑削轉(zhuǎn)矩，必須使用減速機(jī)構(gòu)，會(huì)增加很多成本，為此使用兩個(gè)不同規(guī)格的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

工作臺(tái)主驅(qū)動(dòng)采用兩個(gè)主電動(dòng)機(jī)、兩套齒輪減速箱、一個(gè)大齒環(huán)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)。通過數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙主電動(dòng)機(jī)的同步控制，實(shí)現(xiàn)車削調(diào)速功能和C軸消隙功能，如圖1所示。

（1）車削時(shí)，主電動(dòng)機(jī)通過一個(gè)雙擋變速的減速機(jī)及一個(gè)減速箱驅(qū)動(dòng)小齒輪帶動(dòng)齒圈來實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）銑削時(shí)，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)工作在電氣預(yù)載操作模式，通過電氣控制實(shí)現(xiàn)C軸消隙，由于能通過電氣控制C軸預(yù)緊力，提高了C軸剛度和精度。

圖1 不同規(guī)格電動(dòng)機(jī)主驅(qū)動(dòng)圖

2.主從控制

主從控制即速度/轉(zhuǎn)矩耦合控制，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)通過減速機(jī)、齒輪、齒圈實(shí)現(xiàn)剛性連接，分別對(duì)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)設(shè)置減速比及轉(zhuǎn)矩張力系數(shù)，系統(tǒng)作為一個(gè)軸進(jìn)行控制。控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.預(yù)加載功能

圖2 主從控制結(jié)構(gòu)圖

預(yù)加載功能是通過對(duì)于受到位置（速度）反饋控制的轉(zhuǎn)矩施加偏置，在主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上外加方向相反的轉(zhuǎn)矩，使其總是處在保持張力的狀態(tài)。通過這一功能，即可通過齒輪等來減小兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)由于串聯(lián)連接而產(chǎn)生的主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的反沖造成的影響。但是該功能不能減小絲杠和工作臺(tái)之間的間隙和其余機(jī)床固有間隙的影響。

在加/減速中需要轉(zhuǎn)矩時(shí)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生相同方向的轉(zhuǎn)矩（負(fù)載分享方式）。在停止中等不需要轉(zhuǎn)矩時(shí)，通過預(yù)載，使其相互處在保持張力的狀態(tài)（方反沖方式）。在使用該功能時(shí)應(yīng)指定盡可能小的預(yù)加值。避免設(shè)定高于額定轉(zhuǎn)矩的預(yù)加載值。如果設(shè)定值較大會(huì)出現(xiàn)過載報(bào)警。

4.功能調(diào)試步驟

（1）調(diào)試過程 軸名稱定義為YL：主動(dòng)軸，YF：從動(dòng)軸。

調(diào)整步驟簡(jiǎn)述：①先必須確認(rèn)工作臺(tái)潤(rùn)滑正常。②取消主從關(guān)系，分別單個(gè)旋轉(zhuǎn)CM（見表1）或CS（見表2）電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)（一個(gè)電動(dòng)機(jī)生效時(shí)，另外一個(gè)電動(dòng)機(jī)取消勵(lì)磁作為負(fù)載），確認(rèn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。并且在單獨(dú)旋轉(zhuǎn)的過程中觀察負(fù)載、噪聲等，確認(rèn)機(jī)械連接是否正常，同時(shí)確認(rèn)轉(zhuǎn)速是否正確。③經(jīng)過單個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)后，確定每個(gè)電動(dòng)機(jī)機(jī)械連接與轉(zhuǎn)速無誤后，激活主從功能，在車銑方式下分別實(shí)驗(yàn)主從動(dòng)作（見表3）。

表1 CM

表2 CS

表3

（2）調(diào)試前準(zhǔn)備工作 通用參數(shù)設(shè)定如下：

MD30300=1：設(shè)定為旋轉(zhuǎn)軸

MD30310=1：模態(tài)顯示

MD30320=360：360°模態(tài)顯示

MD31050[1]：低擋傳動(dòng)比（負(fù)載側(cè)）

MD31050[2]：高擋傳動(dòng)比（負(fù)載側(cè)）

MD31060[1]：低擋傳動(dòng)比（電動(dòng)機(jī)側(cè)）

MD31060[2]：高擋傳動(dòng)比（電動(dòng)機(jī)側(cè)）

MD32000：工作臺(tái)位置控制方式下，快速移動(dòng)速度(G00)

MD32010：工作臺(tái)位置控制方式下，JOG快速移動(dòng)速度

MD32020：工作臺(tái)位置控制方式下，JOG點(diǎn)動(dòng)速度

MD35100：最大主軸速度

MD35130[1]：工作臺(tái)低擋速度限制

MD35130[1]：工作臺(tái)高擋速度限制

MD32300：工作臺(tái)最大加速度

MD35000：主軸聲明。

1：第1主軸（CM）

3：第3主軸（CS）只有在主從關(guān)系未生效之前，單獨(dú)旋轉(zhuǎn)CS電動(dòng)機(jī)時(shí)設(shè)定，主從生效后該參數(shù)置0。

MD35200[1]：工作臺(tái)速度控制下，低擋加速度

MD35200[2]：工作臺(tái)速度控制下，高擋加速度

MD35210[1]：工作臺(tái)位置控制下，低擋加速度

MD35210[2]：工作臺(tái)位置控制下，高擋加速度

MD36200：工作臺(tái)最高速度閥值。設(shè)定值大于MD35100.

圓光柵參數(shù)設(shè)定（只需設(shè)定CM軸）：

MD30200=2：編碼器個(gè)數(shù)

MD30240[1]=1：編碼器類型

MD31020[1]=36000：每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)

MD31040[1]=1：編碼器安裝在機(jī)床上

MD34200[1]=3：參考點(diǎn)返回模式

PLC參數(shù)：

CM：DB100.DBX0.4=0 內(nèi)編生效；DB100.DBX0.4=1 外編生效

CS：DB40.DBX1.5=1 內(nèi)編生效(PLC程序內(nèi)已經(jīng)固化為1，無需更改)

確認(rèn)CM、CS電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向（單獨(dú)旋轉(zhuǎn)CM或CS）。

單獨(dú)旋轉(zhuǎn)CM電動(dòng)機(jī)：

取消CS電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁DB100.DBX1.4=0。激活CM電動(dòng)機(jī)DB100.DBX1.2=1。

執(zhí)行M03 S 旋轉(zhuǎn)CM電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。記住工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向。

執(zhí)行M04 S 旋轉(zhuǎn)CM電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。記住工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向。

單獨(dú)旋轉(zhuǎn)CS電動(dòng)機(jī)：

取消CM電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁DB100.DBX1.2=0，激活CS電動(dòng)機(jī)DB100.DBX1.4=1。

執(zhí)行M3=03 S3= 旋轉(zhuǎn)CS電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。記住工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向。

執(zhí)行M3=04 S3= 旋轉(zhuǎn)CS電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。記住工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向。

比較執(zhí)行M03指令與M3=03指令工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)方向，若方向不同，則取反CS電動(dòng)機(jī)參數(shù)MD37274值。

該步驟的目的是，保證兩電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相同。

（3）工作臺(tái)擋位說明 換擋功能： 工作臺(tái)換擋實(shí)際是CM軸變擋，CS軸只有一個(gè)擋位，工作臺(tái)換擋過程中，CS電動(dòng)機(jī)無使能，只是作為負(fù)載跟隨CM電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。工作臺(tái)換擋只能在車方式下執(zhí)行，銑方式下?lián)Q擋指令不執(zhí)行。S指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋或指定M代碼進(jìn)行換擋。

M41：工作臺(tái)切換低擋

M42：工作臺(tái)切換高擋

車銑方式與工作臺(tái)擋位關(guān)系：

車方式：高低擋位之間可以任意轉(zhuǎn)換

銑方式：不能執(zhí)行變擋操作，且工作臺(tái)必須處于低擋狀態(tài)。方式切換至銑方式時(shí)，工作臺(tái)擋位自動(dòng)向低擋變換。

（4）主從功能設(shè)定 功能基本參數(shù)設(shè)定。

PLC參數(shù)：

DB100.DBX1.2=0

DB100.DBX1.4=0

MD3500=0：分配主軸號(hào)給機(jī)床

只設(shè)定CS軸該參數(shù)，主從生效后，從動(dòng)軸步分配給機(jī)床。

MD37250=4：從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩給定值來源

只在CS軸設(shè)定該參數(shù)，設(shè)定主動(dòng)軸號(hào)。

MD37252=4：從動(dòng)軸的速度定值來源

只在CS軸設(shè)定該參數(shù)，設(shè)定主動(dòng)軸號(hào)。

MD37268：轉(zhuǎn)矩分配比例

通常設(shè)定：

CM：MD37268=80

CS：MD37268=100－MD37268(CM)=20

調(diào)整參數(shù)設(shè)定：

MD37264：主從電動(dòng)機(jī)間張力，設(shè)定額定轉(zhuǎn)矩的百分比

只在CS軸內(nèi)設(shè)定該參數(shù)。通常設(shè)定范圍：0!30。

MD37266：時(shí)間常數(shù)

只在CS軸設(shè)定該參數(shù)。該參數(shù)設(shè)定值必須大于0，MD37264內(nèi)設(shè)定的張力不能加載值機(jī)床。通常設(shè)定5。

調(diào)整步驟：首先參數(shù)MD37264內(nèi)設(shè)定較小張力，例如10，再設(shè)定時(shí)間常數(shù)MD37266=5，觀察主軸負(fù)載以及是否工作臺(tái)有振動(dòng)，此時(shí)CS主軸負(fù)載應(yīng)該略微上升。

手動(dòng)方式下，點(diǎn)動(dòng)主軸，若負(fù)載值主從軸基本相同，工作臺(tái)無振動(dòng)，工作臺(tái)定位旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)即可。若預(yù)載調(diào)試過程中，工作臺(tái)有振動(dòng)產(chǎn)生，則可以適當(dāng)增大時(shí)間常數(shù)MD37266。預(yù)載值一般設(shè)定值不要超過電動(dòng)機(jī)額定值的30%，否則電動(dòng)機(jī)會(huì)發(fā)熱。

5.結(jié)語(yǔ)

不同規(guī)格雙電動(dòng)機(jī)主驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用, 不但可以產(chǎn)生大功率、大轉(zhuǎn)矩，提高效率、降低成本，還可有效地提高機(jī)床C軸定位精度和重復(fù)定位精度。