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基于西门子828D系统控制的曲轴连杆颈数控车床的应用分析

2017-12-22 来源：德州德隆（集团）机床有限责任公司作者：郑翠翠，李乐

摘要：曲轴连杆颈数控车床主轴驱动选用双级同步带减速结构，主、副主轴是由前后主副通过一根主传动杠同步驱动，配合使用主轴同步带张紧结构，起到消除传动间隙的作用。同时数控系统采用西门子828D配全闭环（伺服轴配海德汉光栅尺），这种结构大大降低了主轴驱动同步带的传动误差，并且使得前、后主轴驱动系统误差可调整性增强。

关键词：全闭环；双级同步带减速；曲轴连杆颈数控车床；海德汉光栅尺

0 引言

随着汽车行业的逐步发展，人们对汽车发动机的质量要求也逐渐提高。其中曲轴作为发动机的关键部件，它的精度决定着整个发动机的性能。曲轴连杆颈数控加工车床是一款需要有着高精度、高效率的数控加工中心。这时，普通的单级同步带主轴结构已经难以解决机床的加工精度[1]。同时，普通数控系统的开环、半闭环编码器就已经达不到加工要求[2]。所以改善主轴传动节够、提高数控系统的版本、增加双轴的全闭环功能成为整个机床性能提高的关键。在曲轴连杆颈数控车床中，将主轴驱动选用双级同步带减速结构、数控系统采用西门子828D系统、系统增带全闭环功能（配海德汉光栅尺）[3]应用其中，大大提高了整个曲轴加工的效率与精度。

1 、普通的曲轴加工数控车床

1.1 传统的主轴传动结构

普通的曲轴加工机床主轴为单级传动结构（如图1所示）。

图1 曲轴加工主轴传动结构

2 、数控系统及光栅尺功能介绍

2.1 西门子828D数控系统功能介绍

德国西门子数控系统[4]，型号828D可以实现4轴联动，基于PROFINET的输入输出接口可以高速传输数据。配西门子伺服主电机，具有高精度、高性能转速、扭矩及分辨率。同时数控系统配备在线测量功能，可以在伺服轴上加入光栅尺（全闭环测量系统），使系统反馈数据更加精确。

2.2 直线光栅尺

光栅尺选择德国生产的海德汉直线光栅尺。

L B 3 8 2 C 距离编码光栅尺，信号周期为 4 0 µ m ， 1 V p p增量信号，准确度等级为±0.1um。此型号光栅尺与西门子828D系统配合使用，伺服轴准确定位可达到0.0078度（实测数值）[ 5 ]。机床使用的数控系统为SIEMENS 828D SL，其中系统参数设置需要注意一下参数30200是编码器的数量；31000=1表示的是光栅尺；30240[0]=1;30240[1]=0。关于其他与光栅尺有关的参数需要根据实际车削精度做改动。

2.3 曲轴连杆颈数控车床

2.3.1 机床结构优化

本文以曲轴加工数控机床为研究对象，将主轴传动结构进行优化，主轴传动优化后的结构图如图2所示。

图2 结构主视图

在图中，主副主轴箱位于机床的前方，偏心工装安装在各自的主轴上，工装之间装夹曲轴。主电机通过同步带减速驱动I轴，然后通过I轴及其传动杠将动力一起传递到主副主轴上，有效保证了两主轴的同步。专用曲轴连杆颈加工刀具安装在其专用的液压刀具系统上，通过伺服电机驱动滚珠丝杠在滚柱式重载直线导轨上移动[6]，对外圆、端面、圆弧等处进行车削。