基于西门子828D系统控制的曲轴连杆颈数控车床的应用分析

郑翠翠，李 乐

（德州德隆（集团）机床有限责任公司，德州 253000）



基于西门子828D系统控制的曲轴连杆颈数控车床的应用分析

郑翠翠，李 乐

（德州德隆（集团）机床有限责任公司，德州 253000）

摘 要：曲轴连杆颈数控车床主轴驱动选用双级同步带减速结构，主、副主轴是由前后主副通过一根主传动杠同步驱动，配合使用主轴同步带张紧结构，起到消除传动间隙的作用。同时数控系统采用西门子828D配全闭环（伺服轴配海德汉光栅尺），这种结构大大降低了主轴驱动同步带的传动误差，并且使得前、后主轴驱动系统误差可调整性增强。

关键词：全闭环；双级同步带减速；曲轴连杆颈数控车床；海德汉光栅尺

0　引言

随着汽车行业的逐步发展，人们对汽车发动机的质量要求也逐渐提高。其中曲轴作为发动机的关键部件，它的精度决定着整个发动机的性能。曲轴连杆颈数控加工车床是一款需要有着高精度、高效率的数控加工中心。这时，普通的单级同步带主轴结构已经难以解决机床的加工精度［1］。同时，普通数控系统的开环、半闭环编码器就已经达不到加工要求［2］。所以改善主轴传动节够、提高数控系统的版本、增加双轴的全闭环功能成为整个机床性能提高的关键。在曲轴连杆颈数控车床中，将主轴驱动选用双级同步带减速结构、数控系统采用西门子828D系统、系统增带全闭环功能（配海德汉光栅尺）［3］应用其中，大大提高了整个曲轴加工的效率与精度。

1　普通的曲轴加工数控车床

1.1传统的主轴传动结构

普通的曲轴加工机床主轴为单级传动结构（如图1所示）。

图1　曲轴加工主轴传动结构

2　数控系统及光栅尺功能介绍

2.1西门子828D数控系统功能介绍

德国西门子数控系统［4］，型号828D可以实现4轴联动，基于PROFINET的输入输出接口可以高速传输数据。配西门子伺服主电机，具有高精度、高性能转速、扭矩及分辨率。同时数控系统配备在线测量功能，可以在伺服轴上加入光栅尺（全闭环测量系统），使系统反馈数据更加精确。

2.2直线光栅尺

光栅尺选择德国生产的海德汉直线光栅尺。LB382C距离编码光栅尺，信号周期为40µm，1Vpp增量信号，准确度等级为±0.1um。此型号光栅尺与西门子828D系统配合使用，伺服轴准确定位可达到0.0078˚（实测数值）［5］。机床使用的数控系统为SIEMENS 828D SL，其中系统参数设置需要注意一下参数30200是编码器的数量；31000=1表示的是光栅尺；30240［0］=1；30240［1］=0。关于其他与光栅尺有关的参数需要根据实际车削精度做改动。

2.3曲轴连杆颈数控车床

2.3.1机床结构优化

本文以曲轴加工数控机床为研究对象，将主轴传动结构进行优化，主轴传动优化后的结构图如图2所示。

图2　结构主视图

在图中，主副主轴箱位于机床的前方，偏心工装安装在各自的主轴上，工装之间装夹曲轴。主电机通过同步带减速驱动I轴，然后通过I轴及其传动杠将动力一起传递到主副主轴上，有效保证了两主轴的同步。专用曲轴连杆颈加工刀具安装在其专用的液压刀具系统上，通过伺服电机驱动滚珠丝杠在滚柱式重载直线导轨上移动［6］，对外圆、端面、圆弧等处进行车削。

图3　结构后视图

图3中，8为前主轴箱，16为主轴同步带轮，18为主轴带轮涨套，19为主轴。

2.3.2试车加工精度分析

对工件进行曲轴加工，测量随机选择优化前与优化后工件经三坐标测量仪进行检测，需要加工零件图如图4所示。

图4　零件图

选用特殊刀具对以上工件内弧进行加工［8］，要求工件加工精度小于等于0.01°

随机挑选5件零件分别在普通机床与增加机床优化后的机床上进行车削，前后工件精度误差结果如表1所示。

表1　工件加工精度表

3　结果

从以上数据得出结果，工件加工左右垂直度符合尺寸公差标准，左右平面度在误差范围内。同时有保证了工件的圆柱度，尺寸一致性良好。

4　结论

曲轴连杆颈数控车床选用双级同步带减速结构，数

【】【】控系统采用西门子828D配全闭环（伺服轴配海德汉光栅尺），这种结构在大大降低了主轴驱动同步带的传动误差的同时，又增强了前、后主轴驱动系统误差可调整性［7］。

参考文献：

［1］ 余峰浩.谈数控加工中心的安装与调试［J］.机械工程与自动化.2006，02（3）：17-20.

［2］ 王桂芳.现在数控机床的测量系统-光栅尺［J］.机床于金属加工2007，10（2）：32-37.

［3］ 周世红.光栅尺用于角度基准研究的电子学设计和实践［J］.光学机械，2008，05（11）：03-07.

［4］ 陈林，冯伟亭.西门子828D系统在数控铣床中的应用分析［J］.2014，01（18）：40-43.

［5］ 赵人杰，马文礼.利用误差谐波补偿法提高金属圆光栅测角精度［J］.仪器仪表用户，2009，16（3）：25-29.

［6］ 范继红，黄国辉.如何选择数控加工中心的夹具、刀具［J］.现代机械装备，2009，01（8）：57-59.

［7］ 濮良贵，继明刚.机械设计［M］.8版.北京：高等教育出版社.2006.

Application analysis of crankshaft connecting rod neck CNC lathe based on SIEMENS 828D system

ZHENG Cui-cui， LI le

中图分类号：TH122

文献标识码：A

文章编号：1009-0134（2016）05-0161-02

收稿日期：2016-02-18

基金项目：国家实用新型专利：曲轴连杆颈数控车床主轴双极同步带减速传动结构（ZL 2014 2 0121334.X）

作者简介：郑翠翠（1983 -），女，硕士，从事数控机床电气自动化研发与调试工作。