基于西門子828D系統(tǒng)控制的曲軸連桿頸數(shù)控車床的應(yīng)用分析

鄭翠翠，李 樂

（德州德?。瘓F(tuán)）機(jī)床有限責(zé)任公司，德州 253000）

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基于西門子828D系統(tǒng)控制的曲軸連桿頸數(shù)控車床的應(yīng)用分析

鄭翠翠，李 樂

（德州德?。瘓F(tuán)）機(jī)床有限責(zé)任公司，德州 253000）

摘 要：曲軸連桿頸數(shù)控車床主軸驅(qū)動選用雙級同步帶減速結(jié)構(gòu)，主、副主軸是由前后主副通過一根主傳動杠同步驅(qū)動，配合使用主軸同步帶張緊結(jié)構(gòu)，起到消除傳動間隙的作用。同時數(shù)控系統(tǒng)采用西門子828D配全閉環(huán)（伺服軸配海德漢光柵尺），這種結(jié)構(gòu)大大降低了主軸驅(qū)動同步帶的傳動誤差，并且使得前、后主軸驅(qū)動系統(tǒng)誤差可調(diào)整性增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：全閉環(huán)；雙級同步帶減速；曲軸連桿頸數(shù)控車床；海德漢光柵尺

0　引言

隨著汽車行業(yè)的逐步發(fā)展，人們對汽車發(fā)動機(jī)的質(zhì)量要求也逐漸提高。其中曲軸作為發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件，它的精度決定著整個發(fā)動機(jī)的性能。曲軸連桿頸數(shù)控加工車床是一款需要有著高精度、高效率的數(shù)控加工中心。這時，普通的單級同步帶主軸結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以解決機(jī)床的加工精度［1］。同時，普通數(shù)控系統(tǒng)的開環(huán)、半閉環(huán)編碼器就已經(jīng)達(dá)不到加工要求［2］。所以改善主軸傳動節(jié)夠、提高數(shù)控系統(tǒng)的版本、增加雙軸的全閉環(huán)功能成為整個機(jī)床性能提高的關(guān)鍵。在曲軸連桿頸數(shù)控車床中，將主軸驅(qū)動選用雙級同步帶減速結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)采用西門子828D系統(tǒng)、系統(tǒng)增帶全閉環(huán)功能（配海德漢光柵尺）［3］應(yīng)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(shù)控車床

1.1傳統(tǒng)的主軸傳動結(jié)構(gòu)

普通的曲軸加工機(jī)床主軸為單級傳動結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。

圖1　曲軸加工主軸傳動結(jié)構(gòu)

2　數(shù)控系統(tǒng)及光柵尺功能介紹

2.1西門子828D數(shù)控系統(tǒng)功能介紹

德國西門子數(shù)控系統(tǒng)［4］，型號828D可以實現(xiàn)4軸聯(lián)動，基于PROFINET的輸入輸出接口可以高速傳輸數(shù)據(jù)。配西門子伺服主電機(jī)，具有高精度、高性能轉(zhuǎn)速、扭矩及分辨率。同時數(shù)控系統(tǒng)配備在線測量功能，可以在伺服軸上加入光柵尺（全閉環(huán)測量系統(tǒng)），使系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)更加精確。

2.2直線光柵尺

光柵尺選擇德國生產(chǎn)的海德漢直線光柵尺。LB382C距離編碼光柵尺，信號周期為40μm，1Vpp增量信號，準(zhǔn)確度等級為±0.1um。此型號光柵尺與西門子828D系統(tǒng)配合使用，伺服軸準(zhǔn)確定位可達(dá)到0.0078?（實測數(shù)值）［5］。機(jī)床使用的數(shù)控系統(tǒng)為SIEMENS 828D SL，其中系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置需要注意一下參數(shù)30200是編碼器的數(shù)量；31000=1表示的是光柵尺；30240［0］=1；30240［1］=0。關(guān)于其他與光柵尺有關(guān)的參數(shù)需要根據(jù)實際車削精度做改動。

2.3曲軸連桿頸數(shù)控車床

2.3.1機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化

本文以曲軸加工數(shù)控機(jī)床為研究對象，將主軸傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，主軸傳動優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　結(jié)構(gòu)主視圖

在圖中，主副主軸箱位于機(jī)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(jī)通過同步帶減速驅(qū)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(tǒng)上，通過伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠在滾柱式重載直線導(dǎo)軌上移動［6］，對外圓、端面、圓弧等處進(jìn)行車削。

圖3　結(jié)構(gòu)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(jìn)行曲軸加工，測量隨機(jī)選擇優(yōu)化前與優(yōu)化后工件經(jīng)三坐標(biāo)測量儀進(jìn)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(nèi)弧進(jìn)行加工［8］，要求工件加工精度小于等于0.01°

隨機(jī)挑選5件零件分別在普通機(jī)床與增加機(jī)床優(yōu)化后的機(jī)床上進(jìn)行車削，前后工件精度誤差結(jié)果如表1所示。

表1　工件加工精度表

3　結(jié)果

從以上數(shù)據(jù)得出結(jié)果，工件加工左右垂直度符合尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)，左右平面度在誤差范圍內(nèi)。同時有保證了工件的圓柱度，尺寸一致性良好。

4　結(jié)論

曲軸連桿頸數(shù)控車床選用雙級同步帶減速結(jié)構(gòu)，數(shù)

【】【】控系統(tǒng)采用西門子828D配全閉環(huán)（伺服軸配海德漢光柵尺），這種結(jié)構(gòu)在大大降低了主軸驅(qū)動同步帶的傳動誤差的同時，又增強(qiáng)了前、后主軸驅(qū)動系統(tǒng)誤差可調(diào)整性［7］。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 余峰浩.談數(shù)控加工中心的安裝與調(diào)試［J］.機(jī)械工程與自動化.2006，02（3）：17-20.

［2］ 王桂芳.現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的測量系統(tǒng)-光柵尺［J］.機(jī)床于金屬加工2007，10（2）：32-37.

［3］ 周世紅.光柵尺用于角度基準(zhǔn)研究的電子學(xué)設(shè)計和實踐［J］.光學(xué)機(jī)械，2008，05（11）：03-07.

［4］ 陳林，馮偉亭.西門子828D系統(tǒng)在數(shù)控銑床中的應(yīng)用分析［J］.2014，01（18）：40-43.

［5］ 趙人杰，馬文禮.利用誤差諧波補(bǔ)償法提高金屬圓光柵測角精度［J］.儀器儀表用戶，2009，16（3）：25-29.

［6］ 范繼紅，黃國輝.如何選擇數(shù)控加工中心的夾具、刀具［J］.現(xiàn)代機(jī)械裝備，2009，01（8）：57-59.

［7］ 濮良貴，繼明剛.機(jī)械設(shè)計［M］.8版.北京：高等教育出版社.2006.

Application analysis of crankshaft connecting rod neck CNC lathe based on SIEMENS 828D system

ZHENG Cui-cui， LI le

中圖分類號：TH122

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-0134（2016）05-0161-02

收稿日期：2016-02-18

基金項目：國家實用新型專利：曲軸連桿頸數(shù)控車床主軸雙極同步帶減速傳動結(jié)構(gòu)（ZL 2014 2 0121334.X）

作者簡介：鄭翠翠（1983 -），女，碩士，從事數(shù)控機(jī)床電氣自動化研發(fā)與調(diào)試工作。