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双主轴柔性组合机床的主轴干涉研究-【新闻】福泉

发布时间:2021-04-20 12:02:34 阅读: 来源:铜丝网厂家

双主轴柔性组合机床的主轴干涉研究

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2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计算机依次输出2轴转速、2轴转速、2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2轴X2n、2轴X2n、2轴Y2n、2轴Y2n4个位置。对于计算机而言,不仅仅是增加了2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2 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: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。A2、A2分别是双主轴跳刀的起始点,C2、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A2-B2-C2和A2-B2-C2。图中双主轴在A2-B2和A2-B2段的G2和G2点发生了干涉,直至Y2轴到位后,Y2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X2、Y2、X2、Y2为2轴、2轴某一点的位置坐标,显然,如果|X2-X2|或|Y2-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A2-G2-H2-C2和A2-G2-H2-C2。由于G2-H2和G2-H2段的距离不相等,将使2个主轴不能分别同时到达H2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2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。

2) 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28个孔,右边主轴加工29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。

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