双伺服工作台高定位精度技术的研究

洪程东，赵康原

（齐重数控装备股份有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

1 引言

随着现代工业对制造水平的要求不断提高，数控机床产品也向更快、更精和更复合的方向发展，应“国家高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题要求（课题编号2010ZX04001-031，课题名称HDVTM160×10/8L-MC 高档立式车铣复合加工中心），研制了一种1.6m高精度双伺服驱动的数控回转工作台，工作台定位可达5″。如此高的定位精度要求，传统结构显然已无法满足，而且国外工作台也很难达到如此高的定位精度。

图1 工作台传动结构图

2 工作台高定位精度的工艺方案

为了满足国家科技重大专项课题对该车铣复合加工中心1.6m 直径工作台高定位精度的要求，齐重数控装备股份有限公司的国家级技术中心，在60 多年制造机床的经验基础上，结合当代前沿技术，经过细致研究提出了技术方案。

本工作台车削主传动与铣削进给共用一套传动系统，工作台车削主传动转速范围为2.5～315r/min，工作台铣削C 轴转速范围为0～2r/min，车削主传动的特点是高速低扭矩，铣削进给的特点是低速大扭矩，为解决这两种传动特点两极分化的问题，采用了双伺服驱动技术。当机床车削时，两电机为主从控制模式，实现双主轴电机的同步驱动功能；当机床铣削时，两电机由主从控制模式转换为电气预载操作模式，实现双主轴电机的消隙功能。

双C 轴即是实现两个电机同步运动的过程，也称同步轴控制。同步轴是在主动轴和从动轴之间，实现速度和力矩偶合的过程。从动轴跟随主动轴运动，从而生成一个平滑力矩控制。建立主从关系，实现机械上的齿轮间隙补偿，其原理是主动轴和从动轴产生一个张力力矩，用于消除齿轮间隙来完成位置和速度的同步。在西门子840D 系统中同步轴为选项数据，要想使用须设置选项数据MD19310。

同步轴主要应用于两个要求同步移动的机械结构。主要技术内容为：

（1）主从关系中从动轴速度与力矩的获得。主从关系的速度与力矩配置只能在从动轴中进行分配主动轴轴号，从而使从动轴在主动轴中得到速度和力矩及位置偶合。

（2）主动轴与从动轴的定义。主动轴和从动轴的定义是靠参数实现的。

（3）激活主从关系。一旦主从关系建立后，要想使其激活有两种方式，但需要配合机床数据一同使用。

如图1 所示，该技术方案中，工作台回转由两套28kW交流主电机1 驱动，可有效降低齿圈11 模数，使传动更平稳；同时也是C 轴预载操作的必须条件。采用2K300二级变速箱2，可极大简化传动链结构，增强可靠性。采用一对伞齿轮3 和4，可使前端驱动传动元件水平放置，从而避免影响工件回转加工范围。工作台主轴16 采用短主轴结构，可使定心轴承14 尽量靠近工件，减小力臂，从而提高主轴刚性和工作台精度。齿圈11 与工作台内圈13 把合后一同磨齿，以减小二次装配对齿圈磨削加工精度的影响。通过以上各环节的细致控制，从而保证1.6m直径工作台的5″高定位精度。

3 结语

该双伺服工作台高定位精度技术已通过实际生产验证，工作台回转定位精度稳定控制在5″以内，应用本工作台的HDVTM160×10/8L-MC 高档立式车铣复合加工中心，已于2012 年4 月参加了在南京举办的CCMT2012中国机床展览会，并荣获展会最高奖项“春燕奖”；并且该双伺服工作台高定位精度技术已申请国家专利，专利号为：ZL201020669684.1。

五轴联动高档立式车铣复合加工中心应用加工领域广泛，尤其适用于复杂型面的高精度零件加工，如：大型螺旋伞齿轮、整体叶轮、核电发动机主轴等。以上核心零件若加工不到位，均会影响到一个行业的制造水平，因此五轴联动高档立式车铣复合加工中心已被列入国家高档数控机床与基础制造装备科技重大专项课题。而高定位精度双伺服工作台是此五轴联动高档立式车铣复合加工中心核心基础部件，其定位精度的提升直接关乎整机的加工精度，因此该双伺服工作台高定位精度技术的研制，对国产高档立式车铣复合加工中心向更快、更精和更复合的方向发展提供了有力支持。