双主轴速度串联功能在卧式车床上的应用
2020-12-3 来源：沈阳机床集团 作者：王丽芳
摘要：本文以数控卧式车床为例，应用FANUC－0iD系统提供的“主轴同步控制”功能，实现两个主轴（串行）的同步运行，除速度同步回转外，还可实现回转相位的同步。利用相位同步，在数控卧式车床上可用两个主轴夹持一个形状不规则的工件，可实现一个轨迹内两个主轴的同步，也可实现两个轨迹中两个主轴的同步。
数控机床上同步控制有多种实现方案，有采用单电动机通过锥齿轮等机械结构来实现同步，但这种方法机械结构复杂、传动效率低且成本较髙；有采用双轴电动机依靠轴的刚性连接来实现同步，但这种方法由于是开环控制，控制精度较差；还有采用双轴电动机控制的同时引入位置检测装置，与数控系统组成位置闭环来实现同步控制。这种方法在进给轴同步控制中应用较多，控制量和反馈量都是位置指令。目前，国产及国外数控系统均可实现此功能，本文以FANUC－0iD数控系统为例，开发了一款卧式车床产品ＨＴＣ１６０５００，应用“主轴同步控制”实现旋转过程中工件的对正、抓取，可一次装夹完成工件两侧的加工，而无需停下来换夹、对刀，因此提高了加工效率。
１．数控卧式车床双主轴产品介绍
ＨＴＣ１６０５００产品是一种双主轴同步控制卧式车床，机床上设置有两个主轴箱体，左侧的主轴箱体为固定式箱体，通过固定支座安装在机床上，右侧的主轴箱体为可移动式箱体，通过中间支座安装在机床上，两侧的主轴箱体内安装有电动机。两个主轴箱体均装有外置分离式编码器，外置分离式编码器的测头安装在主轴箱体上，齿环固定在连接盘上，连接盘通过键固定在主轴上，主轴箱体与主轴之间通过轴承连接和支承。动力卡盘通过螺钉固定在主轴上，回转液压缸与连接盘固定在一起，动力卡盘、回转液压缸、连接盘与主轴为刚性一体。制动器主体通过制动器连接支架连接在主轴箱体上，两侧的主轴旋转首先是速度同步，然后是旋转主轴角相位同步，如图１所示。
图１ ＨＴＣ１６０５００双主轴同步控制产品
２．主轴同步控制时序
主轴同步控制在执行前需要正确检测一次旋转信号，所以在给出同步信号后，主、副电动机会旋转２￣３圈，目的就是检测一转信号，为下面的同步做好准备。很多时候，为实现装夹异形工件需要，同步的主、副电动机带动的装夹头需要在同步前处于某一相位角度。因此在主轴进行同步状态后开始旋转前，还需要进入相位同步状态。时序图如图２所示。
根据客户实际要求，需要两个主轴在“加／减速同步”期间，依然可以保持两主轴相对位置同步，即相位同步控制。为了实现这个效果，需要选配“主轴速度串联”功能，此为ＦＡＮＵＣ系统的选配功能，选购此功能后，通过必要的参数调整，可以保证两个主轴的转矩相同，达到工件不受扭转力的条件。转速＋同步转速相位匹配对主轴速度串联控制进行调试测试，可以观察主轴速度串联的特点：①两个主轴电动机的电流在主轴旋转和加减速上直接保证了完全相同，通过图３看出，波动均完全相同，因此保证了两个主轴在旋转过程中转矩相同，装夹在两个主轴之间的工件不受力。②在主轴停止之后，主动轴依然保证了一定的电流控制，此时两主轴电动机电流不同，但是由于主轴已经停止，因此不会影响工件受力情况。
３．主轴同步控制程序设计
处于同步控制状态下旋转的主轴，要想使它们停止旋转，可以指定同步转速为Ｓ０，但是停止的位置是不固定的。实际生产中，装载、卸载工件通常都是在某一固定的位置，可以通过下面两个方法实现.
图２主轴同步控制时序
图３ 功率转矩
（１）主轴相位同步。相位同步即为两个主轴在同步控制中，相位上始终处于某一固定角度，包括同步旋转过程和停止时。调整参数ＮＯ．４０３４，即可在３６０°范围内偏移。根据需要调整合适位置即可作为装载、卸载的角度。但该方法的缺陷在于，相位同步控制的旋转方向按照就近原则旋转，方向不固定。
（２）同步准停。该方法是在不退出同步控制模式的情况下，执行同步准停。准停的基准位置为相位同步停止位置，如果需要在基准位置的基础上再调试，可使用同步准停位置外部设定信号ＳＨＡ１１￣ＳＨＡ００。相比相位同步，同步准停的方向可以使用信号ＲＯＴＡＡ固定。
现假设第一、第二主轴进行主轴相位同步，执行以下步骤：①在第１主轴旋转、第２主轴停止的状态下设置主轴同步控制指令。②主轴同步结束后，制定同步速度指令＝“〇”。③指定主轴相位同步控制指令，进行基准位置设定。④在主轴相位同步结束后，完成主轴同步准停。⑤通过同步准停，使主轴停止在固定位置。在同步准停结束后，可通过手动／自动解除同步准停。⑥主轴同步准停完成后，可以进行工件的装卸。设计子程序００００１，通电就保持主轴同步控制。
４．结语
本文应用FANUC－0iD数控系统提供的“主轴同步控制”功能，开发了一款卧式车床产品ＨＴＣ１６０５００，实现双主轴同步控制，提高了加工效率。但是由于主轴齿轮箱可能存在间隙，同步准停的过程中，会有抖动的情况发生，可以通过增加配重块或者进行参数优化，来保证主轴同步准停的稳定性。
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