基于西門子828D系統控制的曲軸連桿頸數控車床的應用分析
2017-12-22 來源： 德州德隆（集團）機床有限責任公司 作者：鄭翠翠，李樂
摘 要：曲軸連桿頸數控車床主軸驅動選用雙級同步帶減速結構，主、副主軸是由前后主副通過一根主傳動杠同步驅動，配合使用主軸同步帶張緊結構，起到消除傳動間隙的作用。同時數控系統采用西門子828D配全閉環（伺服軸配海德漢光柵尺），這種結構大大降低了主軸驅動同步帶的傳動誤差，并且使得前、后主軸驅動系統誤差可調整性增強。
關鍵詞：全閉環；雙級同步帶減速；曲軸連桿頸數控車床；海德漢光柵尺
0 引言
隨著汽車行業的逐步發展，人們對汽車發動機的質量要求也逐漸提高。其中曲軸作為發動機的關鍵部件，它的精度決定著整個發動機的性能。曲軸連桿頸數控加工車床是一款需要有著高精度、高效率的數控加工中心。這時，普通的單級同步帶主軸結構已經難以解決機床的加工精度[1]。同時，普通數控系統的開環、半閉環編碼器就已經達不到加工要求[2]。所以改善主軸傳動節夠、提高數控系統的版本、增加雙軸的全閉環功能成為整個機床性能提高的關鍵。在曲軸連桿頸數控車床中，將主軸驅動選用雙級同步帶減速結構、數控系統采用西門子828D系統、系統增帶全閉環功能（配海德漢光柵尺）[3]應用其中，大大提高了整個曲軸加工的效率與精度。
1 、普通的曲軸加工數控車床
1.1 傳統的主軸傳動結構
普通的曲軸加工機床主軸為單級傳動結構（如圖1所示）。
圖1 曲軸加工主軸傳動結構
2 、數控系統及光柵尺功能介紹
2.1 西門子828D數控系統功能介紹
德國西門子數控系統[4]，型號828D可以實現4軸聯動，基于PROFINET的輸入輸出接口可以高速傳輸數據。配西門子伺服主電機，具有高精度、高性能轉速、扭矩及分辨率。同時數控系統配備在線測量功能，可以在伺服軸上加入光柵尺（全閉環測量系統），使系統反饋數據更加精確。
2.2 直線光柵尺
光柵尺選擇德國生產的海德漢直線光柵尺 。
L B 3 8 2 C 距離編碼光柵尺，信號周期為 4 0 µ m ， 1 V p p增量信號，準確度等級為±0.1um。此型號光柵尺與西門子828D系統配合使用，伺服軸準確定位可達到0.0078度（實測數值）[ 5 ]。機床使用的數控系統為SIEMENS 828D SL，其中系統參數設置需要注意一下參數30200是編碼器的數量；31000=1表示的是光柵尺；30240[0]=1;30240[1]=0。關于其他與光柵尺有關的參數需要根據實際車削精度做改動。
2.3 曲軸連桿頸數控車床
2.3.1 機床結構優化
本文以曲軸加工數控機床為研究對象，將主軸傳動結構進行優化，主軸傳動優化后的結構圖如圖2所示。
圖2 結構主視圖
在圖中，主副主軸箱位于機床的前方，偏心工裝安裝在各自的主軸上，工裝之間裝夾曲軸。主電機通過同步帶減速驅動I軸，然后通過I軸及其傳動杠將動力一起傳遞到主副主軸上，有效保證了兩主軸的同步。專用曲軸連桿頸加工刀具安裝在其專用的液壓刀具系統上，通過伺服電機驅動滾珠絲杠在滾柱式重載直線導軌上移動[6]，對外圓、端面、圓弧等處進行車削。
圖3 結構后視圖
圖3中，8為前主軸箱，16為主軸同步帶輪，18為主軸帶輪漲套，19為主軸。
2.3.2 試車加工精度分析
對工件進行曲軸加工，測量隨機選擇優化前與優化后工件經三坐標測量儀進行檢測，需要加工零件圖如圖4所示。
圖4 零件圖
選用特殊刀具對以上工件內弧進行加工[8]，要求工件加工精度小于等于0.01°隨機挑選5件零件分別在普通機床與增加機床優化后的機床上進行車削，前后工件精度誤差結果如表1 所示。
表1 工件加工精度表
3 、結果
從以上數據得出結果，工件加工左右垂直度符合尺寸公差標準，左右平面度在誤差范圍內。同時有保證了工件的圓柱度，尺寸一致性良好。
4 、結論
曲軸連桿頸數控車床選用雙級同步帶減速結構，數控系統采用西門子828D配全閉環（伺服軸配海德漢光柵尺），這種結構在大大降低了主軸驅動同步帶的傳動誤差的同時，又增強了前、后主軸驅動系統誤差可調整性[7]。
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