主从控制主驱动在数控车铣上的应用

2013-08-23沈阳机床股份有限公司辽宁110142张秀印

金属加工(冷加工) 2013年14期

沈阳机床股份有限公司（辽宁 110142）张秀印

随着航天、军工、船舶装备等领域的快速发展，对金切机床技术水平、性能指标要求越来越高。这些行业的突出特点是零件基体庞大、结构复杂、品种繁多，精度要求高，通常小批量生产，无法采用大规模流水生产方式来提高效率和降低成本。对车铣加工中心主驱动的功率和转矩的要求越来越高。我公司开发设计的VTC系列车铣中心工作台主驱动采用两个不同规格的主电动机、两套齿轮减速箱、两个小齿轮、一个大齿环驱动工作台旋转。通过数控系统实现双主电动机的同步控制，实现车削调速功能和C轴消隙功能。工作台位置反馈由安装在底座上的圆光栅进行反馈。

不同规格两个主电动机驱动工作台，既提高了机床的车削功率、铣削转矩，又提高了铣削精度。现结合西门子840D系统为例对其进行简单介绍。

1.双电动机主驱动

如果单独一个电动机无法产生足够的车削功率和铣削转距，使用两个相同功率的电动机功率很容易达到，但是要实现大的铣削转矩，必须使用减速机构，会增加很多成本，为此使用两个不同规格的电动机进行驱动。

工作台主驱动采用两个主电动机、两套齿轮减速箱、一个大齿环驱动工作台旋转。通过数控系统实现双主电动机的同步控制，实现车削调速功能和C轴消隙功能，如图1所示。

（1）车削时，主电动机通过一个双挡变速的减速机及一个减速箱驱动小齿轮带动齿圈来实现工作台的转动。

（2）铣削时，两个电动机工作在电气预载操作模式，通过电气控制实现C轴消隙，由于能通过电气控制C轴预紧力，提高了C轴刚度和精度。

图1 不同规格电动机主驱动图

2.主从控制

主从控制即速度/转矩耦合控制，两个电动机通过减速机、齿轮、齿圈实现刚性连接，分别对两个电动机设置减速比及转矩张力系数，系统作为一个轴进行控制。控制结构图如图2所示。

3.预加载功能

图2 主从控制结构图

预加载功能是通过对于受到位置（速度）反馈控制的转矩施加偏置，在主动轴和从动轴上外加方向相反的转矩，使其总是处在保持张力的状态。通过这一功能，即可通过齿轮等来减小两台电动机由于串联连接而产生的主动轴和从动轴的反冲造成的影响。但是该功能不能减小丝杠和工作台之间的间隙和其余机床固有间隙的影响。

在加/减速中需要转矩时，两台电动机就会产生相同方向的转矩（负载分享方式）。在停止中等不需要转矩时，通过预载，使其相互处在保持张力的状态（方反冲方式）。在使用该功能时应指定尽可能小的预加值。避免设定高于额定转矩的预加载值。如果设定值较大会出现过载报警。

4.功能调试步骤

（1）调试过程轴名称定义为YL：主动轴，YF：从动轴。

调整步骤简述：①先必须确认工作台润滑正常。②取消主从关系，分别单个旋转CM（见表1）或CS（见表2）电动机带动工作台旋转（一个电动机生效时，另外一个电动机取消励磁作为负载），确认电动机旋转方向。并且在单独旋转的过程中观察负载、噪声等，确认机械连接是否正常，同时确认转速是否正确。③经过单个电动机带动工作台旋转后，确定每个电动机机械连接与转速无误后，激活主从功能，在车铣方式下分别实验主从动作（见表3）。