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双主轴柔性组合机床的主轴干涉研究河池

悍特五金网 2022-10-28 07:44:11

双主轴柔性组合机床的主轴干涉研究

双主轴柔性组合机床的主轴干涉研究 2011: 主轴控制过程双主轴柔性组合机床的主轴控制过程同一般数控机床一样,零件加工程序进入数控系统后,应用计算机运行实时操作系统,组织和调用相应的数控软件和硬件,输出主轴转速、位置等命令给伺服控制系统,由伺服控制系统驱动主轴转动和移动,如图1所示。不同的是,由于是双主轴系统,主轴驱动需要8个伺服系统。对于组合钻床进行加工时(包括工进、工退、下刀、抬刀)计算机依次输出1轴转速、2轴转速、1轴Z向进给、2轴Z向进给命令。当主轴快进、快退时,多轴控制器依次输出1轴X1n、2轴X2n、1轴Y1n、2轴Y2n4个位置。对于计算机而言,不仅仅是增加了1个轴的控制,而且还要对双主轴的位置进行检验,以避免2个主轴发生干涉。

图1 主轴系统控制示意图

主轴干涉检验双主轴箱的机械结构示意图见图2。由图2可以看到,双主轴在X-Y方向移动过程中有可能发生干涉、碰撞。为了避免发生主轴干涉的情况,计算机实时操作系统必须向各伺服系统输出准确的位置指令。因此,计算机主CPU必须在输出NC指令之前对主轴的运动过程进行仿真模拟。仿真过程中如果没有发生干涉,则可以向多轴运动控制器输出这些指令。如果发生干涉,对于工进指令,就要进行单主轴加工,对于跳刀指令则要对主轴运动过程中的双主轴间距逐点进行计算,并判断是否小于规定尺寸S(发生干涉的最大距离):若双主轴间距大于S则不会发生干涉,计算机进行下一点计算;若小于S,则发生干涉,计算机必须对主轴运动指令进行处理。干涉检验处理的程序逻辑方框图见图3。

图2 双主轴箱结构示意图

图3 主轴干涉检验逻辑框图

在一般的数控系统中,跳刀指令一般是将坐标位置送达伺服驱动系统,伺服系统分别驱动各轴伺服电机按照跳刀速度直接到达各坐标位置,中间位置不作控制。一般X、Y轴的跳刀速度相同。图4为双主轴轨迹发生干涉示意图。A1、A2分别是双主轴跳刀的起始点,C1、C2分别是双主轴跳刀的终点。如果不对主轴的运动指令进行处理,主轴的运动轨迹分别是A1-B1-C1和A2-B2-C2。图中双主轴在A1-B1和A2-B2段的G1和G2点发生了干涉,直至Y2轴到位后,Y1轴再前进一段距离,2轴才脱离干涉。

图4 双主轴轨迹发生干涉示意图 图5 修改后双主轴轨迹示意图

假设X1、Y1、X2、Y2为1轴、2轴某一点的位置坐标,显然,如果|X1-X2|或|Y1-Y2|>S则肯定不会发生干涉,反之则需要继续验算。如果验算结果表明该点没有干涉,则进行下一点验算3若该点确实会发生干涉,则将上一点作为跳刀插入点输出。然后再将该插入点的X轴坐标和Y轴的终点坐标作为跳刀的第2插入点输出。最后执行跳刀的终点指令。如图5所示,干涉检验后的2个主轴的轨迹分别是A1-G1-H1-C1和A2-G2-H2-C2。由于G1-H1和G2-H2段的距离不相等,将使2个主轴不能分别同时到达H1和H2点。因此NC指令要等待2个主轴都能到达Y轴终点。其等待时间将视具体情况而定。上述是主轴在X-Y方向做跳刀运动时的干涉检验。对于加工程序目标点干涉的情况,进行上述检验如不能解决干涉问题,就必须进行单轴加工。可以事先规定1轴先加工,然后2轴再加工的程序,反之亦可。为了避免主轴误动作导致双主轴发生干涉、撞击,2个主轴应安装相互距离感应装置,当其感应到相互距离小于安全距离后,立即给控制系统发出停机信号,控制系统立即响应,停止走刀。加工工艺规划方法应用双主轴柔性组合机床加工机械零件时,因其双主轴结构既不同于一般的组合机床,又不同于一般的NC机床,因此,有必要对其加工工艺路线进行研究、规划,总结、归纳出一系列规律、方法,并用于实际加工中。如图6中所示的加工零件,其中的小孔多达37个,如果采用组合钻床,由于孔距过于密集,主轴较难布置。如果采用NC机床,由于是单轴加工,加工效率较低,而采用双主轴柔性组合机床加工则将成倍提高加工效率,同时起到节约投资、场地的效果。

图6 工件示意图 图7 双主轴工作区域划分示意图

由于孔距过小,因此,不应该任意安排加工路线,否则将不能达到预定的要求。为此,加工应遵循以下4个原则。1) 2个主轴工作负荷尽量保持平衡,充分发挥2个主轴的效能。显然,如果2个主轴工作负荷不同,会使刀具磨损亦不一样,致使单轴加工时间延长,工作效率降低。在大批量生产过程中,由于工作负荷不平衡,长期累积下来,将使2个主轴系统机械磨损不一致,使2个主轴加工精度降低程度,大修期也各异,这就给大修期的安排造成了一定的困难,影响生产。2) 应使主轴干涉减少到最低限度。如前所述,如果是跳刀产生干涉,主轴将会发生停转、避让,这将使跳刀的时间较不发生干涉的时间延长。如果是工进或工退时发生干涉,将改用单轴加工,不能充分发挥双主轴的工作效率。3) 在保证上述2个条件基础上尽量缩短刀具路线,加工节省时间。对于图6所示的加工零件按上述原则分配加工区域,见图7。图7中B-B为区域分割线,左边主轴加工18个孔,右边主轴加工19个孔,两轴工作负荷基本平衡。从图中可以看到,2个主轴间的距离基本保持一致,使主轴间距不致过小。整个工序不致发生干涉。4) 如果工作台大小允许,并且在主轴加工范围内,可以在工作台上装卡2个工件,工件的间距要大于主轴干涉距离,这样2个主轴可以同时加工同样的2个工件,加工指令、主轴动作完全相同。当然亦可以2个主轴完成同一工件的不同工步,这时要注意主轴的干涉问题,必要的情况下要进行主轴干涉检验,确保加工过程中主轴不发生干涉。结语避免双主轴发生干涉是双主轴柔性组合机床安全加工最基本的要求。工艺人员必须在加工试制之前认真检查双主轴的走刀路线,对有可能发生干涉的刀具路径一定要反复检查,确保无误。试刀时,对危险路径一定要慢走刀,发现干涉及时停车。加工过程中,一定要使用经过干涉检验并经试切验证无误的加工程序。如局部改动加工程序,必须重新进行干涉检验和试切。同时应加强管理,专机专人负责,避免误走刀造成设备损害。 (end)

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