黃玉華 楊 帆

(寶雞西力精密機(jī)械有限公司，陜西 寶雞721000)

我們很多時(shí)候需要在工件的外圓周或端面上進(jìn)行鉆孔或銑槽等加工，在普通臥式數(shù)控車(chē)床上，通常運(yùn)用在基于Cs 輪廓控制的角度定位后使主軸鉗制住，然后進(jìn)行加工操作的方法。

1 問(wèn)題的提出

在FANUC 0i-Mate TD 系統(tǒng)中，在需要Cs 輪廓控制功能的機(jī)床上，配置主軸電動(dòng)機(jī)βIi6/10000、一體驅(qū)動(dòng)器βiSVSP20/20 -11，同時(shí)使用BZi 編碼器作為主軸速度和位置反饋檢測(cè)器，各處傳動(dòng)比都為1:1，采用閘瓦式或盤(pán)式剎車(chē)鎖緊機(jī)構(gòu)鉗制主軸，其聯(lián)接如圖1所示。

通常的控制方式，一般采取先進(jìn)入Cs 輪廓控制(M 代碼或手動(dòng))，建立坐標(biāo)系，將Cs 軸移動(dòng)到需要進(jìn)行加工的位置，再用M 代碼啟動(dòng)主軸鉗制裝置(一般為氣壓或油壓控制驅(qū)動(dòng)鉗制裝置，將主軸固定在系統(tǒng)所指定的角度位置)然后進(jìn)行加工。

簡(jiǎn)單控制流程圖如圖2 所示。

采用這種控制方式，在應(yīng)用基于Cs 輪廓控制的角度定位后使主軸鉗制然后進(jìn)行加工操作時(shí)，由于存在機(jī)械結(jié)構(gòu)的不足、零件及傳動(dòng)等誤差，有時(shí)主軸會(huì)在稍許偏離系統(tǒng)指定的角度位置被鉗制起來(lái)。此時(shí)如果通過(guò)速度環(huán)路的積分功能試圖使主軸返回到指定角度位置，由于不可克服的機(jī)械誤差，會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的電流流過(guò)主軸電動(dòng)機(jī)，從而引起主軸電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)電源線路過(guò)熱發(fā)燙、電動(dòng)機(jī)嘯叫、系統(tǒng)報(bào)警等現(xiàn)象。此時(shí)如果用測(cè)量C軸分度的“光學(xué)自準(zhǔn)直儀”和“正多面棱體”鏡觀察主軸角度定位情況，會(huì)清晰地看見(jiàn)光學(xué)自準(zhǔn)直儀中綠色的“瞄準(zhǔn)十字像”不停地來(lái)回?cái)[動(dòng)，頻率和幅度相對(duì)比較大，有時(shí)瞄準(zhǔn)十字像甚至超出自準(zhǔn)直儀上的瞄準(zhǔn)讀數(shù)窗口，導(dǎo)致無(wú)法讀取數(shù)據(jù);同時(shí)觀察系統(tǒng)“主軸調(diào)整畫(huà)面”的“位置誤差S”后的數(shù)據(jù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)在不斷地跳躍變化，系統(tǒng)屏幕右下角的主軸負(fù)載也在由小到大地交替變化，而且數(shù)據(jù)都非常大。如圖3 示所示。

以上這些現(xiàn)象都說(shuō)明，在這種控制方式下由于機(jī)械結(jié)構(gòu)等的誤差，根本無(wú)法進(jìn)行測(cè)量讀數(shù)和加工操作，或者勉強(qiáng)進(jìn)行加工，其加工工件的精度非常差，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求。

2 問(wèn)題的解決

筆者采用在主軸鉗制過(guò)程中，將主軸電動(dòng)機(jī)速度積分控制信號(hào)(INTGA)G71.5 置于ON，然后將速度環(huán)路積分功能設(shè)為無(wú)效的控制方式來(lái)解決此問(wèn)題，其控制流程如圖4 所示。

順序控制如圖5 所示。

Ladder 處理如下圖6 所示。

時(shí)間定時(shí)器Timer17、Timer18 的設(shè)置如圖7所示。

采取這種控制方式后，從系統(tǒng)屏幕上可以看出主軸電動(dòng)機(jī)負(fù)載和位置誤差都非常小，而且穩(wěn)定不變，如圖8 所示。

用“光學(xué)自準(zhǔn)直儀”和“正面多棱體鏡”(正12 面體，0 級(jí)精度)對(duì)Cs 軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)定位精度、反向間隙以及重復(fù)定位精度的測(cè)量(測(cè)量程序略)。

測(cè)量結(jié)果如表1。

表1 回轉(zhuǎn)軸位置精度檢測(cè)表

根據(jù)以上測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出其回轉(zhuǎn)定位精度為50.27"，重復(fù)定位精度為18"，反向間隙為3.4"，達(dá)到GB/T 16462 -1996 對(duì)數(shù)控臥式車(chē)床精度檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。

以上兩種控制方式均是在同一臺(tái)機(jī)床上，在相同的條件下進(jìn)行的測(cè)試。從檢測(cè)結(jié)果分析可以看出，在相同的機(jī)械條件和外部環(huán)境下，采用圖4 所示的控制方法，即采取“在主軸鉗制過(guò)程中，取消速度環(huán)積分功能”的控制方式，可以彌補(bǔ)如控制流程1 那樣由于無(wú)法消除的機(jī)械誤差引起的不足。

利用“在主軸鉗制過(guò)程中，取消速度環(huán)積分功能”這種控制方法，用不同的機(jī)床和主軸電動(dòng)機(jī)(βIi6/10000，βIi3/10000)進(jìn)行試驗(yàn)，其測(cè)量結(jié)果都達(dá)到GB/T 16462 -1996 數(shù)控臥式車(chē)床精度檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，能獲得滿意的效果。

這種控制方法能克服微小機(jī)械誤差，大大縮短調(diào)試周期，提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定機(jī)床精度。筆者公司在此結(jié)構(gòu)機(jī)床上，已完全采用這種控制方法。