主軸控制過程

雙主軸柔性組合機(jī)床的主軸控制過程同一般數(shù)控機(jī)床一樣，零件加工程序進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)后，應(yīng)用計(jì)算機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，組織和調(diào)用相應(yīng)的數(shù)控軟件和硬件，輸出主軸轉(zhuǎn)速、位置等命令給伺服控制系統(tǒng)，由伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，如圖1所示。不同的是，由于是雙主軸系統(tǒng)，主軸驅(qū)動(dòng)需要8個(gè)伺服系統(tǒng)。對(duì)于組合鉆床進(jìn)行加工時(shí)（包括工進(jìn)、工退、下刀、抬刀）計(jì)算機(jī)依次輸出1軸轉(zhuǎn)速、2軸轉(zhuǎn)速、1軸Z向進(jìn)給、2軸Z向進(jìn)給命令。當(dāng)主軸快進(jìn)、快退時(shí)，多軸控制器依次輸出1軸X1n、2軸X2n、1軸Y1n、2軸Y2n4個(gè)位置。對(duì)于計(jì)算機(jī)而言，不僅僅是增加了1個(gè)軸的控制，而且還要對(duì)雙主軸的位置進(jìn)行檢驗(yàn)，以避免2個(gè)主軸發(fā)生干涉。

圖1 主軸系統(tǒng)控制示意圖

主軸干涉檢驗(yàn)

雙主軸箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。由圖2可以看到，雙主軸在X-Y方向移動(dòng)過程中有可能發(fā)生干涉、碰撞。為了避免發(fā)生主軸干涉的情況，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)必須向各伺服系統(tǒng)輸出準(zhǔn)確的位置指令。因此，計(jì)算機(jī)主CPU必須在輸出NC指令之前對(duì)主軸的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行仿真模擬。仿真過程中如果沒有發(fā)生干涉，則可以向多軸運(yùn)動(dòng)控制器輸出這些指令。如果發(fā)生干涉，對(duì)于工進(jìn)指令，就要進(jìn)行單主軸加工，對(duì)于跳刀指令則要對(duì)主軸運(yùn)動(dòng)過程中的雙主軸間距逐點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，并判斷是否小于規(guī)定尺寸S（發(fā)生干涉的zui大距離）：若雙主軸間距大于S則不會(huì)發(fā)生干涉，計(jì)算機(jī)進(jìn)行下一點(diǎn)計(jì)算；若小于S，則發(fā)生干涉，計(jì)算機(jī)必須對(duì)主軸運(yùn)動(dòng)指令進(jìn)行處理。干涉檢驗(yàn)處理的程序邏輯方框圖見圖3。

圖2 雙主軸箱結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 主軸干涉檢驗(yàn)邏輯框圖

在一般的數(shù)控系統(tǒng)中，跳刀指令一般是將坐標(biāo)位置送達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)分別驅(qū)動(dòng)各軸伺服電機(jī)按照跳刀速度直接到達(dá)各坐標(biāo)位置，中間位置不作控制。一般X、Y軸的跳刀速度相同。圖4為雙主軸軌跡發(fā)生干涉示意圖。A1、A2分別是雙主軸跳刀的起始點(diǎn)，C1、C2分別是雙主軸跳刀的終點(diǎn)。如果不對(duì)主軸的運(yùn)動(dòng)指令進(jìn)行處理，主軸的運(yùn)動(dòng)軌跡分別是A1-B1-C1和A2-B2-C2。圖中雙主軸在A1-B1和A2-B2段的G1和G2點(diǎn)發(fā)生了干涉，直至Y2軸到位后，Y1軸再前進(jìn)一段距離，2軸才脫離干涉。

圖4 雙主軸軌跡發(fā)生干涉示意圖 圖5 修改后雙主軸軌跡示意圖

假設(shè)X1、Y1、X2、Y2為1軸、2軸某一點(diǎn)的位置坐標(biāo)，顯然，如果|X1-X2|或|Y1-Y2|>S則肯定不會(huì)發(fā)生干涉，反之則需要繼續(xù)驗(yàn)算。如果驗(yàn)算結(jié)果表明該點(diǎn)沒有干涉，則進(jìn)行下一點(diǎn)驗(yàn)算3若該點(diǎn)確實(shí)會(huì)發(fā)生干涉，則將上一點(diǎn)作為跳刀插入點(diǎn)輸出。然后再將該插入點(diǎn)的X軸坐標(biāo)和Y軸的終點(diǎn)坐標(biāo)作為跳刀的第2插入點(diǎn)輸出。zui后執(zhí)行跳刀的終點(diǎn)指令。如圖5所示，干涉檢驗(yàn)后的2個(gè)主軸的軌跡分別是A1-G1-H1-C1和A2-G2-H2-C2。由于G1-H1和G2-H2段的距離不相等，將使2個(gè)主軸不能分別同時(shí)到達(dá)H1和H2點(diǎn)。因此NC指令要等待2個(gè)主軸都能到達(dá)Y軸終點(diǎn)。其等待時(shí)間將視具體情況而定。

上述是主軸在X-Y方向做跳刀運(yùn)動(dòng)時(shí)的干涉檢驗(yàn)。對(duì)于加工程序目標(biāo)點(diǎn)干涉的情況，進(jìn)行上述檢驗(yàn)如不能解決干涉問題，就必須進(jìn)行單軸加工。可以事先規(guī)定1軸先加工，然后2軸再加工的程序，反之亦可。

為了避免主軸誤動(dòng)作導(dǎo)致雙主軸發(fā)生干涉、撞擊，2個(gè)主軸應(yīng)安裝相互距離感應(yīng)裝置，當(dāng)其感應(yīng)到相互距離小于安全距離后，立即給控制系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)信號(hào)，控制系統(tǒng)立即響應(yīng)，停止走刀。

加工工藝規(guī)劃方法

應(yīng)用雙主軸柔性組合機(jī)床加工機(jī)械零件時(shí)，因其雙主軸結(jié)構(gòu)既不同于一般的組合機(jī)床，又不同于一般的NC機(jī)床，因此，有必要對(duì)其加工工藝路線進(jìn)行研究、規(guī)劃，總結(jié)、歸納出一系列規(guī)律、方法，并用于實(shí)際加工中。

如圖6中所示的加工零件，其中的小孔多達(dá)37個(gè)，如果采用組合鉆床，由于孔距過于密集，主軸較難布置。如果采用NC機(jī)床，由于是單軸加工，加工效率較低，而采用雙主軸柔性組合機(jī)床加工則將成倍提高加工效率，同時(shí)起到節(jié)約投資、場(chǎng)地的效果。

圖6 工件示意圖 圖7 雙主軸工作區(qū)域劃分示意圖

由于孔距過小，因此，不應(yīng)該任意安排加工路線，否則將不能達(dá)到預(yù)定的要求。為此，加工應(yīng)遵循以下4個(gè)原則。

1） 2個(gè)主軸工作負(fù)荷盡量保持平衡，充分發(fā)揮2個(gè)主軸的效能。顯然，如果2個(gè)主軸工作負(fù)荷不同，會(huì)使刀具磨損亦不一樣，致使單軸加工時(shí)間延長(zhǎng)，工作效率降低。在大批量生產(chǎn)過程中，由于工作負(fù)荷不平衡，長(zhǎng)期累積下來，將使2個(gè)主軸系統(tǒng)機(jī)械磨損不一致，使2個(gè)主軸加工精度降低程度，大修期也各異，這就給大修期的安排造成了一定的困難，影響生產(chǎn)。

2） 應(yīng)使主軸干涉減少到zui低限度。如前所述，如果是跳刀產(chǎn)生干涉，主軸將會(huì)發(fā)生停轉(zhuǎn)、避讓，這將使跳刀的時(shí)間較不發(fā)生干涉的時(shí)間延長(zhǎng)。如果是工進(jìn)或工退時(shí)發(fā)生干涉，將改用單軸加工，不能充分發(fā)揮雙主軸的工作效率。

3） 在保證上述2個(gè)條件基礎(chǔ)上盡量縮短刀具路線，加工節(jié)省時(shí)間。

對(duì)于圖6所示的加工零件按上述原則分配加工區(qū)域，見圖7。圖7中B-B為區(qū)域分割線，左邊主軸加工18個(gè)孔，右邊主軸加工19個(gè)孔，兩軸工作負(fù)荷基本平衡。從圖中可以看到，2個(gè)主軸間的距離基本保持一致，使主軸間距不致過小。整個(gè)工序不致發(fā)生干涉。

4） 如果工作臺(tái)大小允許，并且在主軸加工范圍內(nèi)，可以在工作臺(tái)上裝卡2個(gè)工件，工件的間距要大于主軸干涉距離，這樣2個(gè)主軸可以同時(shí)加工同樣的2個(gè)工件，加工指令、主軸動(dòng)作*相同。當(dāng)然亦可以2個(gè)主軸完成同一工件的不同工步，這時(shí)要注意主軸的干涉問題，必要的情況下要進(jìn)行主軸干涉檢驗(yàn)，確保加工過程中主軸不發(fā)生干涉。

結(jié)語

避免雙主軸發(fā)生干涉是雙主軸柔性組合機(jī)床安全加工zui基本的要求。工藝人員必須在加工試制之前認(rèn)真檢查雙主軸的走刀路線，對(duì)有可能發(fā)生干涉的刀具路徑一定要反復(fù)檢查，確保無誤。試刀時(shí)，對(duì)危險(xiǎn)路徑一定要慢走刀，發(fā)現(xiàn)干涉及時(shí)停車。加工過程中，一定要使用經(jīng)過干涉檢驗(yàn)并經(jīng)試切驗(yàn)證無誤的加工程序。如局部改動(dòng)加工程序，必須重新進(jìn)行干涉檢驗(yàn)和試切。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)管理，專機(jī)專人負(fù)責(zé)，避免誤走刀造成設(shè)備損害。