重型數控龍門加工中心主要用于航空航天、船舶、能源(火電、水電、核電、風力發電)、交通運輸(鐵路、汽車)、軍工、冶金、工程機械等工業支柱產業的大型關鍵零件的加工, 也廣泛用于模具及機床行業的大型金屬零件的各種平面及曲面銑削[1-2]。 隨著重型數控龍門鏜銑床的發展, 串聯轉矩控制功能應用也越來越廣泛。 現以數控定梁龍門鏜銑床配置 發那科 31IB 數控系統為例, 介紹 發那科 串聯轉矩控制在數控機床上的應用。
發那科 31IB 數控系統在大型機床中使用雙電機驅動一個進給軸提供了不同的控制方式,即串聯控制和同步控制。 本節主要講解的是串聯控制, 串聯控制對主電機軸執行位置控制,對從電機軸僅執行轉矩控制, 因此這種控制也稱轉矩串聯控制[3]。
1 功能說明
重型數控龍門加工中心總體布局為固定的龍門框架結構,床身承載工件移動,左、右為大截面立柱,橫梁固定、立柱分布在工作臺兩側的組合形式[4]。 床身在 X 軸方向上移動,X 軸采用雙電機驅動結構,可有效地提高機床定位精度和重復定位精度。包圍式滑枕在溜板上作 Z 方向垂直移動, 滑板連同滑枕在橫梁上作Y 方向移動。 某公司的重型龍門鏜銑床, 用戶要求工作臺承重30 t,加上工作臺自身質量 11 t,由于單個電機不能提供足夠的轉矩, 從慣量角度考慮使用兩個較小的電機比使用一個較大的電機能更好地與機械慣量進行匹配, 因此該機床采用串聯控制功能進行雙電機驅動。 機床采用齒輪齒條進行機械傳動,如圖 1 所示。
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4 總結
調試的重點是通過調整轉矩串聯控制來減小機床反向間隙。 通過對整個調試過程來看, 預加載功能的調整看似簡單, 但得通過多次調整, 機床在停止狀態時的消隙作用也很明顯。轉矩串聯控制對機床的換向間隙的改善也有明顯優勢, 從260 μm 縮小到 15 μm。 出于對機械的保護, 預加載轉矩并未設定很大的數值( 說明書規定可以設定到額定轉矩的 1 / 3, 如果增大設定, 可能會進一步縮小反向間隙, 但效果可能不會非常明顯)。
綜合重型數控機床的設計情況,雙電機電氣消隙在性能上有明顯優勢:首先,提高了機床重復定位精度,在無光柵反饋的 情況下,可以達到 20 μm。 其次,機床控制更加靈活,兩個電機既可以反方向驅動消除反向間隙,又可以當需要加大驅動力矩時,兩個電機同向驅動。 最后,為系統節約了成本,對于驅動大型和重型機床的大規格伺服電機而言,由于可以同時使用兩臺伺服電機, 就有可能允許選用更小規格的伺服電機, 系統綜合成本不一定高于一個大規格伺服電機驅動的機械消隙。
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