關(guān)百軍 張秀印

(沈陽機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110142)

在數(shù)控機(jī)床中，主軸傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)床最核心的關(guān)鍵部件之一，其輸出性能對數(shù)控機(jī)床的整體水平是至關(guān)重要的。機(jī)床要求主軸在很寬的范圍內(nèi)速度連續(xù)可調(diào)，并在各種速度下提供足夠的切削功率。

在重型數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)制造中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)大工作機(jī)構(gòu)時(shí)，在僅僅依靠一臺電動(dòng)機(jī)不能產(chǎn)生足夠的扭矩，這時(shí)就需要利用多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，各電動(dòng)機(jī)可以同軸聯(lián)接或通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)接起來，共同帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)。在電氣控制中，應(yīng)用主從控制功能，也可以稱作速度/扭矩耦合功能。對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，保證在主從控制中，電動(dòng)機(jī)輸出的速度一致，扭矩一致，實(shí)現(xiàn)各電動(dòng)機(jī)間的速度和扭矩最優(yōu)化運(yùn)行。

1 機(jī)床主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

HTC250800super 重型臥式數(shù)控車床在開發(fā)研制中，最關(guān)鍵的部件是機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)，采用雙電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。在電動(dòng)機(jī)選型時(shí)，根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，非常適合大型機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)，因此決定采用兩臺他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)見圖1。

2 主從控制中電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的合成

兩臺他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)各自的機(jī)械特性相同(特性1)，軸上輸出的合成特性(特性2)，其轉(zhuǎn)矩相當(dāng)于同一轉(zhuǎn)速下特性1 轉(zhuǎn)矩的2倍。這樣，總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩MZ由兩臺電動(dòng)機(jī)平均分擔(dān)，每臺電動(dòng)機(jī)承擔(dān)0.5MZ。由圖可見，合成特性比每臺電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性要硬一些，見圖2。

3 電氣控制方案的確定

(1)機(jī)床控制系統(tǒng)采用西門子840D。

(2)主軸傳動(dòng)的雙電動(dòng)機(jī)采用兩臺80 kW 直流電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用西門子6RA70 系列調(diào)速裝置。

(3)速度給定值通過西門子的ANA 模塊輸出到主動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

(4)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過peer -to -peer link，信號以完全數(shù)字的形式傳送到從動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩臺電動(dòng)機(jī)的主從控制。

表1

(5)直流主電動(dòng)機(jī)的速度反饋采用脈沖編碼器，保證反饋信號的精確度。

4 主從控制電氣系統(tǒng)框圖

主從控制電氣系統(tǒng)框圖如圖3 所示。

5 電氣控制調(diào)試中需要解決的關(guān)鍵問題

(1)實(shí)現(xiàn)兩臺直流主電動(dòng)機(jī)最優(yōu)化運(yùn)行，保證在主從控制中，兩臺主電動(dòng)機(jī)輸出的速度一致，扭矩一致。在一般情況下，即使型號相同的兩臺電動(dòng)機(jī)，機(jī)械特性也不一定完全相同。因此要通過驅(qū)動(dòng)參數(shù)的正確設(shè)定調(diào)整，使負(fù)載在兩臺電動(dòng)機(jī)間平均分配，保證每臺電動(dòng)機(jī)能得到充分利用。

在創(chuàng)意農(nóng)業(yè)上，不僅需要在技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新，還需要在人才的培養(yǎng)上加大力度。要強(qiáng)化管理隊(duì)伍，就需要在各所高校中開設(shè)關(guān)于此類工作的課程，不斷提升教育的質(zhì)量。還要積極開展專業(yè)人才下鄉(xiāng)培訓(xùn)工作，將農(nóng)業(yè)研究成果帶到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的第一線，真正做到以實(shí)用促進(jìn)農(nóng)業(yè)科研，讓科研促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。另外，在人才培養(yǎng)方向上，要重視創(chuàng)意農(nóng)業(yè)旅游的教學(xué)培訓(xùn)，設(shè)置的課程要針對海南的地理風(fēng)俗與地域風(fēng)情，將農(nóng)業(yè)與當(dāng)?shù)氐奈幕嘟Y(jié)合，并著重培訓(xùn)人才的創(chuàng)新意識，使其能夠自主地將品牌農(nóng)產(chǎn)品、休閑農(nóng)業(yè)區(qū)與當(dāng)?shù)氐奈幕袡C(jī)結(jié)合，從而促進(jìn)旅游業(yè)發(fā)展。

(2)在主從控制中，應(yīng)考慮主傳動(dòng)雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)單臺電機(jī)產(chǎn)生的“失 速”保護(hù)問題。在主從控制中，從動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的控制指令是由主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出的。但是，如果在加工中，從動(dòng)電動(dòng)機(jī)的聯(lián)軸節(jié)與主軸傳動(dòng)裝置突然脫開，由于從動(dòng)電動(dòng)機(jī)的扭矩突然減小，會(huì)使轉(zhuǎn)速急劇上升，處于失速狀態(tài)，直至電動(dòng)機(jī)損壞。

6 主從電動(dòng)機(jī)執(zhí)行優(yōu)化步驟

在主從方式中，主動(dòng)軸工作在速度環(huán)狀態(tài)，產(chǎn)生扭矩設(shè)定值，通過peer -to -peer 傳遞到從動(dòng)軸。這時(shí)，從動(dòng)裝置的端子34、37、38 要短接在一起，使得主從電動(dòng)機(jī)的起停操作同時(shí)進(jìn)行。此時(shí)，從動(dòng)裝置的斜坡函數(shù)發(fā)生器和速度調(diào)節(jié)器不處于激活狀態(tài)。

(1)主動(dòng)裝置的優(yōu)化運(yùn)行

①在從動(dòng)裝置上設(shè)定P171=0，P172=0

②執(zhí)行P051=25 優(yōu)化

③執(zhí)行P051=26 優(yōu)化，必要時(shí)，進(jìn)行手動(dòng)優(yōu)化，使輸出轉(zhuǎn)速平穩(wěn)

④執(zhí)行P051=27 優(yōu)化

⑤在從動(dòng)裝置上恢復(fù)P171、P172 的值

(2)從動(dòng)裝置的優(yōu)化運(yùn)行

①在主動(dòng)裝置上設(shè)定P171=0，P172=0

②執(zhí)行P051=25 優(yōu)化

③執(zhí)行P051=27 優(yōu)化

④在主動(dòng)裝置上恢復(fù)P171、P172 的值

(3)把電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)連接以后，設(shè)置P051=26優(yōu)化運(yùn)行，調(diào)整轉(zhuǎn)速達(dá)到平穩(wěn)。

(4)失速保護(hù)的實(shí)現(xiàn):在主從控制過程中，主動(dòng)裝置設(shè)置為速度控制方式，從動(dòng)裝置設(shè)置為轉(zhuǎn)矩控制方式。將把主動(dòng)裝置的速度和轉(zhuǎn)矩通過peer -to-peer 傳送到從動(dòng)裝置，作為轉(zhuǎn)矩限幅，使得從動(dòng)裝置和主動(dòng)裝置的輸出轉(zhuǎn)矩相等。如果突然電動(dòng)機(jī)連接軸脫開，從動(dòng)電動(dòng)機(jī)的速度由參數(shù)P401 和P402的設(shè)定值限制，只能增加5%，此時(shí)由于從動(dòng)裝置的速度環(huán)退出飽和狀態(tài)而按照大于主動(dòng)裝置速度給定的5%運(yùn)行，不致于超速飛車，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)失速保護(hù)的目的。

(5)參數(shù)設(shè)置:見表1。

7 結(jié)語

本文結(jié)合HTC250800super 重型臥式數(shù)控車床中電氣控制實(shí)例，詳細(xì)分析了雙直流電動(dòng)機(jī)主從控制原理在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，并充分考慮到電動(dòng)機(jī)的失速保護(hù)，合理地、最大化地發(fā)揮出數(shù)控系統(tǒng)的功能。不但提高了數(shù)控機(jī)床的機(jī)械特性，而且保證了數(shù)控機(jī)床加工能力的高精度和高效率。

［1］易繼鍇，江祥賢，侯嬡彬，等.電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制原理與 設(shè)計(jì)［M］.北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社，1996.

［2］顧繩谷.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1980.

［3］西門子6RA70 全數(shù)字直流調(diào)速裝置6 kW～2500 kW 使用說明書［Z］.

［4］SIMOREG DC Master Application Master/Slave Switchover［Z］.