雙伺服工作臺高定位精度技術的研究

洪程東，趙康原

（齊重數控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

1 引言

隨著現代工業對制造水平的要求不斷提高，數控機床產品也向更快、更精和更復合的方向發展，應“國家高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項課題要求（課題編號2010ZX04001-031，課題名稱HDVTM160×10/8L-MC 高檔立式車銑復合加工中心），研制了一種1.6m高精度雙伺服驅動的數控回轉工作臺，工作臺定位可達5″。如此高的定位精度要求，傳統結構顯然已無法滿足，而且國外工作臺也很難達到如此高的定位精度。

圖1 工作臺傳動結構圖

2 工作臺高定位精度的工藝方案

為了滿足國家科技重大專項課題對該車銑復合加工中心1.6m 直徑工作臺高定位精度的要求，齊重數控裝備股份有限公司的國家級技術中心，在60 多年制造機床的經驗基礎上，結合當代前沿技術，經過細致研究提出了技術方案。

本工作臺車削主傳動與銑削進給共用一套傳動系統，工作臺車削主傳動轉速范圍為2.5～315r/min，工作臺銑削C 軸轉速范圍為0～2r/min，車削主傳動的特點是高速低扭矩，銑削進給的特點是低速大扭矩，為解決這兩種傳動特點兩極分化的問題，采用了雙伺服驅動技術。當機床車削時，兩電機為主從控制模式，實現雙主軸電機的同步驅動功能；當機床銑削時，兩電機由主從控制模式轉換為電氣預載操作模式，實現雙主軸電機的消隙功能。

雙C 軸即是實現兩個電機同步運動的過程，也稱同步軸控制。同步軸是在主動軸和從動軸之間，實現速度和力矩偶合的過程。從動軸跟隨主動軸運動，從而生成一個平滑力矩控制。建立主從關系，實現機械上的齒輪間隙補償，其原理是主動軸和從動軸產生一個張力力矩，用于消除齒輪間隙來完成位置和速度的同步。在西門子840D 系統中同步軸為選項數據，要想使用須設置選項數據MD19310。

同步軸主要應用于兩個要求同步移動的機械結構。主要技術內容為：

（1）主從關系中從動軸速度與力矩的獲得。主從關系的速度與力矩配置只能在從動軸中進行分配主動軸軸號，從而使從動軸在主動軸中得到速度和力矩及位置偶合。

（2）主動軸與從動軸的定義。主動軸和從動軸的定義是靠參數實現的。

（3）激活主從關系。一旦主從關系建立后，要想使其激活有兩種方式，但需要配合機床數據一同使用。

如圖1 所示，該技術方案中，工作臺回轉由兩套28kW交流主電機1 驅動，可有效降低齒圈11 模數，使傳動更平穩；同時也是C 軸預載操作的必須條件。采用2K300二級變速箱2，可極大簡化傳動鏈結構，增強可靠性。采用一對傘齒輪3 和4，可使前端驅動傳動元件水平放置，從而避免影響工件回轉加工范圍。工作臺主軸16 采用短主軸結構，可使定心軸承14 盡量靠近工件，減小力臂，從而提高主軸剛性和工作臺精度。齒圈11 與工作臺內圈13 把合后一同磨齒，以減小二次裝配對齒圈磨削加工精度的影響。通過以上各環節的細致控制，從而保證1.6m直徑工作臺的5″高定位精度。

3 結語

該雙伺服工作臺高定位精度技術已通過實際生產驗證，工作臺回轉定位精度穩定控制在5″以內，應用本工作臺的HDVTM160×10/8L-MC 高檔立式車銑復合加工中心，已于2012 年4 月參加了在南京舉辦的CCMT2012中國機床展覽會，并榮獲展會最高獎項“春燕獎”；并且該雙伺服工作臺高定位精度技術已申請國家專利，專利號為：ZL201020669684.1。

五軸聯動高檔立式車銑復合加工中心應用加工領域廣泛，尤其適用于復雜型面的高精度零件加工，如：大型螺旋傘齒輪、整體葉輪、核電發動機主軸等。以上核心零件若加工不到位，均會影響到一個行業的制造水平，因此五軸聯動高檔立式車銑復合加工中心已被列入國家高檔數控機床與基礎制造裝備科技重大專項課題。而高定位精度雙伺服工作臺是此五軸聯動高檔立式車銑復合加工中心核心基礎部件，其定位精度的提升直接關乎整機的加工精度，因此該雙伺服工作臺高定位精度技術的研制，對國產高檔立式車銑復合加工中心向更快、更精和更復合的方向發展提供了有力支持。