大型工作臺C 軸雙伺服直驅同步控制技術的應用*

王偉順 運同樹

(齊重數控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

筆者公司生產的高檔數控立式車銑復合加工中心，設計時考慮到傳動鏈的間隙就是誘發(fā)工作臺基礎精度變化的根源所在，因此必須消除傳動鏈中的間隙。通常采用的消隙機構都是在傳動軸上設計可軸向移動的軸輪組，并通過軸輪組的位移實現斜齒輪齒面的單向貼合，從而實現系統的間隙消除，該種機構調整起來比較繁瑣，且維護起來也不方便。而雙電機反向驅動的設計方案又會使電機的成本成倍增加。為了贏得市場，就推出了一種便于操作，成本低廉的消隙結構——C 軸雙伺服直驅同步控制技術的應用。

1 結構組成

該型工作臺(圖1)主要由主電機、減速器、傘齒輪、軸、斜齒輪、主軸及大齒圈組成，傘齒輪、軸、斜齒輪、主軸及大齒圈構成2 套傳動鏈，2 套減速器分別安裝在工作臺底座的后側并通過其軸端的傘齒輪與2 套傳動鏈分別嚙合。主電機直接安裝在減速器的后側，是整個傳動系統的動力源。大齒圈通過螺釘與工作臺連接，并帶動工作臺做旋轉運動。

傳動鏈采用兩級變速，極大地簡化了傳動鏈，使傳動更加平穩(wěn)。尾部的傘齒輪結構設計使得主電機能夠水平放置，從而避免其影響到工件的回轉范圍。主軸采用短主軸結構，短主軸的回轉剛度高，設計時使主軸軸承更加靠近工作臺臺面，減小轉動力臂，提高整個工作臺的回轉精度，2 套傳動鏈中與大齒圈嚙合的小齒輪相對位置的夾角設計成整數，使2 個小齒輪與大齒圈的嚙合狀態(tài)相同，從而使其傳動更加平穩(wěn)。

2 工作原理

2 臺電機分別驅動2 個初級傳動鏈，電機與初級傳動鏈為直接連軸，無傳動間隙，由初級傳動鏈至輸出傘齒輪再到一二級齒輪的傳動間隙之和簡化為如圖2的單級傳動的間隙。消隙是在伺服運行過程中采用對2 臺電機進行聯動控制，使各級齒輪始終保持單面貼合，從而精確地傳遞轉矩、速度或位移。在保證無間隙傳動的同時，具有良好的伺服精度和快速響應特性。

因為系統在單方向輸出轉矩時，傳動系統的轉矩傳遞方向不變，所以并不存在間隙問題。只有在系統變換轉矩傳遞方向時，間隙問題才凸顯出來。實際消隙控制是在系統轉矩輸出為零的區(qū)域附近對2 臺電機施加1 個足以克服間隙的轉矩偏置，使得這一轉矩范圍內2 臺電機實施消隙驅動，而越過這個區(qū)域后，2臺電機則協同出力。這樣，每臺電機功率可選為系統最大功率的一半。筆者設計制造的HDVTM160X10/8L -MC 車銑復合加工中心當轉矩偏置數值為6 時，可實現系統的消隙。偏置數據見表1。

表1 偏置數據

3 應用實例

對C 軸雙伺服直驅同步控制技術進行了技術論證，并設計了上述傳動機構，該機構應用到了國家重大專項(專項號2010ZX04001 -031)產品車銑復合加工中心HDVTM160 ×10/8L -MC 的工作臺上，使工件在一次裝卡后可完成高精度車削、銑削、鏜削等精加工工序，該型大型工作臺C 軸分度精度可達到4″，完全符合設計要求。

車銑復合加工中心HDVTM160 ×10/8L -MC 參加了2012 年北京國際機床展覽會，并獲得了業(yè)內人士的一致好評(圖3)。

4 結語

C 軸雙伺服直驅同步控制技術在車銑復合加工中心HDVTM160 ×10/8L -MC 上的成功應用，說明雙伺服直驅同步控制技術在機床上是具有廣泛應用價值的，其具有結構簡單，操作方便，容易維護，成本低廉，便于制造的多重優(yōu)點，也是未來驅動技術的發(fā)展方向。

［1］唐金松.簡明機械設計手冊［M］.3 版.上海:上海科學技術出版社，2009.

［2］聞邦椿.機械設計手冊:第四卷［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2010.

［3］機床設計手冊組.機床設計手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1980.

［4］於貽琛.精密機床［M］.上海:同濟大學出版社，1989.