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主軸控制過程

雙主軸柔性組合機床的主軸控制過程同一般數控機床一樣，零件加工程序進入數控系統后，應用計算機運行實時操作系統，組織和調用相應的數控軟件和硬件，輸出主軸轉速、位置等命令給伺服控制系統，由伺服控制系統驅動主軸轉動和移動，如圖1所示。不同的是，由于是雙主軸系統，主軸驅動需要8個伺服系統。對于組合鉆床進行加工時（包括工進、工退、下刀、抬刀）計算機依次輸出1軸轉速、2軸轉速、1軸Z向進給、2軸Z向進給命令。當主軸快進、快退時，多軸控制器依次輸出1軸X1n、2軸X2n、1軸Y1n、2軸Y2n4個位置。對于計算機而言，不僅僅是增加了1個軸的控制，而且還要對雙主軸的位置進行檢驗，以避免2個主軸發(fā)生干涉。

圖1 主軸系統控制示意圖

主軸干涉檢驗

雙主軸箱的機械結構示意圖見圖2。由圖2可以看到，雙主軸在X-Y方向移動過程中有可能發(fā)生干涉、碰撞。為了避免發(fā)生主軸干涉的情況，計算機實時操作系統必須向各伺服系統輸出準確的位置指令。因此，計算機主CPU必須在輸出NC指令之前對主軸的運動過程進行仿真模擬。仿真過程中如果沒有發(fā)生干涉，則可以向多軸運動控制器輸出這些指令。如果發(fā)生干涉，對于工進指令，就要進行單主軸加工，對于跳刀指令則要對主軸運動過程中的雙主軸間距逐點進行計算，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則不會發(fā)生干涉，計算機進行下一點計算；若小于S，則發(fā)生干涉，計算機必須對主軸運動指令進行處理。干涉檢驗處理的程序邏輯方框圖見圖3。

圖2 雙主軸箱結構示意圖

圖3 主軸干涉檢驗邏輯框圖

在一般的數控系統中，跳刀指令一般是將坐標位置送達伺服驅動系統，伺服系統分別驅動各軸伺服電機按照跳刀速度直接到達各坐標位置，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，C1、C2分別是雙主軸跳刀的終點。如果不對主軸的運動指令進行處理，主軸的運動軌跡分別是A1-B1-C1和A2-B2-C2。圖中雙主軸在A1-B1和A2-B2段的G1和G2點發(fā)生了干涉，直至Y2軸到位后，Y1軸再前進一段距離，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X1、Y1、X2、Y2為1軸、2軸某一點的位置坐標，顯然，如果|X1-X2|或|Y1-Y2|>S則肯定不會發(fā)生干涉，反之則需要繼續(xù)驗算。如果驗算結果表明該點沒有干涉，則進行下一點驗算3若該點確實會發(fā)生干涉，則將上一點作為跳刀插入點輸出。然后再將該插入點的X軸坐標和Y軸的終點坐標作為跳刀的第2插入點輸出。zui后執(zhí)行跳刀的終點指令。如圖5所示，干涉檢驗后的2個主軸的軌跡分別是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個主軸不能分別同時到達H1和H2點。因此NC指令要等待2個主軸都能到達Y軸終點。其等待時間將視具體情況而定。

上述是主軸在X-Y方向做跳刀運動時的干涉檢驗。對于加工程序目標點干涉的情況，進行上述檢驗如不能解決干涉問題，就必須進行單軸加工。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。

為了避免主軸誤動作導致雙主軸發(fā)生干涉、撞擊，2個主軸應安裝相互距離感應裝置，當其感應到相互距離小于安全距離后，立即給控制系統發(fā)出停機信號，控制系統立即響應，停止走刀。

加工工藝規(guī)劃方法

應用雙主軸柔性組合機床加工機械零件時，因其雙主軸結構既不同于一般的組合機床，又不同于一般的NC機床，因此，有必要對其加工工藝路線進行研究、規(guī)劃，總結、歸納出一系列規(guī)律、方法，并用于實際加工中。

如圖6中所示的加工零件，其中的小孔多達37個，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床加工則將成倍提高加工效率，同時起到節(jié)約投資、場地的效果。

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，不應該任意安排加工路線，否則將不能達到預定的要求。為此，加工應遵循以下4個原則。

1） 2個主軸工作負荷盡量保持平衡，充分發(fā)揮2個主軸的效能。顯然，如果2個主軸工作負荷不同，會使刀具磨損亦不一樣，致使單軸加工時間延長，工作效率降低。在大批量生產過程中，由于工作負荷不平衡，長期累積下來，將使2個主軸系統機械磨損不一致，使2個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。

2） 應使主軸干涉減少到zui低限度。如前所述，如果是跳刀產生干涉，主軸將會發(fā)生停轉、避讓，這將使跳刀的時間較不發(fā)生干涉的時間延長。如果是工進或工退時發(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個條件基礎上盡量縮短刀具路線，加工節(jié)省時間。

對于圖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個孔，右邊主軸加工19個孔，兩軸工作負荷基本平衡。從圖中可以看到，2個主軸間的距離基本保持一致，使主軸間距不致過小。整個工序不致發(fā)生干涉。

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

結語

避免雙主軸發(fā)生干涉是雙主軸柔性組合機床安全加工zui基本的要求。工藝人員必須在加工試制之前認真檢查雙主軸的走刀路線，對有可能發(fā)生干涉的刀具路徑一定要反復檢查，確保無誤。試刀時，對危險路徑一定要慢走刀，發(fā)現干涉及時停車。加工過程中，一定要使用經過干涉檢驗并經試切驗證無誤的加工程序。如局部改動加工程序，必須重新進行干涉檢驗和試切。同時應加強管理，專機專人負責，避免誤走刀造成設備損害。