平旋盤作為一種重要的功能部件，廣泛應(yīng)用于能源、交通、重型等機(jī)械行業(yè)，是加工箱體類工件的關(guān)鍵設(shè)備口銑鎖類機(jī)床配備附件平旋盤后，可以實(shí)現(xiàn)車銑復(fù)合功能，增加鍵削大直徑孔、平面，車削外圓、端面、切槽等功能，一次可完成銑、膛、車等多工序加工，擴(kuò)大機(jī)床加工工藝范圍，大大提高加工效率。

1 平旋盤

　　圖1所示為可卸式電動(dòng)數(shù)控平旋盤的結(jié)構(gòu)，底座通過(guò)鎖緊油缸固定在滑枕上，由主軸帶動(dòng)平旋盤回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)口滑塊是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)控軸，由獨(dú)立的伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置控制實(shí)現(xiàn)徑向移動(dòng)口通過(guò)數(shù)控信號(hào)的控制，可實(shí)現(xiàn)W軸(猾枕或主軸箱移動(dòng))與U軸猾板徑向運(yùn)動(dòng))的聯(lián)動(dòng)，從而可以加工復(fù)雜的型面口數(shù)控平旋盤的傳動(dòng)比有兩種類型:

　　(1)主軸與平旋盤的傳動(dòng)比為1: 1，此時(shí)平旋盤的位置與主軸位置是同步的，可以在數(shù)控機(jī)床上通過(guò)NC與PLC的協(xié)作一鍵啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安全可靠地自動(dòng)更換。

　　(2)主軸與平旋盤的傳動(dòng)比非1:1，典型傳動(dòng)比為13:38，此時(shí)主軸與平旋盤位置是不同步的，數(shù)控系統(tǒng)無(wú)法確定平旋盤相對(duì)于主軸的旋轉(zhuǎn)位置。因此，平旋盤只能進(jìn)行手動(dòng)更換，為保證操作的安全性，不僅需要人工使用百分表或千分表找正平旋盤0°位置，而且還要采用數(shù)控系統(tǒng)手動(dòng)功能旋轉(zhuǎn)平旋盤1至13圈才能最終找到需要的位置(主軸0°)。這種人工手動(dòng)控制方式，需要多人配合，耗時(shí)長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，極容易出錯(cuò)。

　　本文針對(duì)數(shù)控平旋盤非1：1傳動(dòng)手動(dòng)更換弊端，從平旋盤的結(jié)構(gòu)和更換要求入手，以Simens840 D數(shù)控系統(tǒng)為例，深入分析數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床軸的控制過(guò)程，提出采用第二傳動(dòng)比解決平旋盤速度同步問(wèn)題。提出采用無(wú)實(shí)際驅(qū)動(dòng)器控制的模擬軸，實(shí)現(xiàn)平旋盤實(shí)際位置的保持記憶，解決平旋盤自動(dòng)交換的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)編制NC宏程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)控平旋盤的一鍵自動(dòng)更換的開(kāi)發(fā)。

2 自動(dòng)更換控制原理

　　2.1 編程同步

　　工件加工程序編制通常以主軸轉(zhuǎn)速為依據(jù)，安裝平旋盤以后，由于13:38傳動(dòng)比的存在，刀具的轉(zhuǎn)速將發(fā)生改變。此時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)電動(dòng)機(jī)側(cè)編碼器可以對(duì)主軸速度進(jìn)行半閉環(huán)控制，卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)平旋盤轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使得主軸轉(zhuǎn)速與平旋盤的轉(zhuǎn)速不同步。

　　解決編程同步的問(wèn)題，可以在編制工件加工程序中考慮平旋盤的傳動(dòng)比，這樣不僅會(huì)增加編程工作量，使得程序更加繁瑣，且不具有通用性口因此，文中提出采用第二傳動(dòng)比解決平旋盤速度同步問(wèn)題。圖2所示為平旋盤的控制框圖，電動(dòng)機(jī)通過(guò)主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)平旋盤實(shí)現(xiàn)刀具運(yùn)動(dòng)。將平旋盤傳動(dòng)比附加到第一傳動(dòng)比或設(shè)置在第二傳動(dòng)比中實(shí)現(xiàn)速度同步問(wèn)題，由于第一傳動(dòng)比為系統(tǒng)復(fù)位生效，復(fù)位后還需要機(jī)床各坐標(biāo)軸重新回參考點(diǎn)，操作繁瑣且增加了輔助時(shí)間。而第二傳動(dòng)比可以通過(guò)編程指令更改即可生效，所以將第二傳動(dòng)比設(shè)置為主軸/平旋盤傳動(dòng)比，使平旋盤傳動(dòng)比參與到速度控制環(huán)，實(shí)現(xiàn)主軸編程轉(zhuǎn)速與平旋盤實(shí)際轉(zhuǎn)速相同。

　　2.2 平旋盤位置實(shí)時(shí)記憶

　　編程同步可以實(shí)現(xiàn)速度同步，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)位置同步。對(duì)于平旋盤，主軸側(cè)編碼器可以實(shí)現(xiàn)間接位置反饋，由于該編碼器為增量型，不具有位置保持記憶的功能，當(dāng)系統(tǒng)重新啟動(dòng)或主軸重新回參考點(diǎn)后，如表1所示，如當(dāng)主軸位于0°位置時(shí)，對(duì)應(yīng)平旋盤0°、120°.240°這3個(gè)角度位置，此時(shí)，系統(tǒng)識(shí)別角度與平旋盤實(shí)際角度不致，不能實(shí)現(xiàn)平旋盤顯示位置與實(shí)際位置同步，無(wú)法滿足自動(dòng)更換的要求。

為有效解決這一問(wèn)題，提出采用無(wú)實(shí)際驅(qū)動(dòng)器控制的模擬軸，實(shí)現(xiàn)平旋盤實(shí)際位置的保持記憶，解決平旋盤自動(dòng)交換的關(guān)鍵技術(shù)口系統(tǒng)控制環(huán)配置結(jié)構(gòu)如圖3所示，通常系統(tǒng)控制的數(shù)控軸給定值類型為標(biāo)準(zhǔn)，具有實(shí)際的驅(qū)動(dòng)器，與反饋裝置形成閉環(huán)控制口為了實(shí)現(xiàn)平旋盤實(shí)際位置的保持記憶，突破傳統(tǒng)的使用方法，在原有控制基礎(chǔ)上，采用無(wú)實(shí)際驅(qū)動(dòng)器控制的平旋盤模擬軸解決其自動(dòng)交換難題。采用平旋盤模擬軸，反饋元件為主軸側(cè)編碼器，通過(guò)第二傳動(dòng)比及跟隨功能，實(shí)現(xiàn)平旋盤位置的實(shí)時(shí)反饋;其編碼器的參考模式采用絕對(duì)類型，實(shí)現(xiàn)平旋盤位置的保持記憶功能口通過(guò)編制宏程序使平旋盤定位到初始位置住軸與平旋盤均在0°位置)，滿足平旋盤自動(dòng)更換需求。

3 自動(dòng)更換數(shù)控軟件開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

　　數(shù)控平旋盤自動(dòng)更換需要NC、PLC及操作者三方協(xié)作共同完成。為實(shí)現(xiàn)平旋盤快捷、方便的自動(dòng)更換，將平旋盤裝載子程序及卸載子程序集成到附件頭自動(dòng)交換程序中，當(dāng)主軸及平旋盤的實(shí)際參數(shù)與系統(tǒng)匹配后，只需執(zhí)行PXP_LOARD指令、即可進(jìn)行平旋盤的自動(dòng)安裝，執(zhí)行PXP_ UNLORD指令進(jìn)行平旋盤自動(dòng)卸載。

　　3.1 模擬軸的實(shí)現(xiàn)

　　無(wú)實(shí)際驅(qū)動(dòng)器的平旋盤模擬軸，可保證機(jī)床任意情況下實(shí)時(shí)記錄平旋盤位置。以第10軸作為平旋盤模擬軸Q為例，匹配參數(shù)如下:

　　3.2 模擬軸跟隨功能

　　采用模擬軸，通常會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)給定值與反饋值不一致，從而導(dǎo)致系統(tǒng)報(bào)警，機(jī)床不能正常運(yùn)行。通過(guò)PLC編制相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)模擬軸的跟隨功能，可以有效防止該現(xiàn)象的發(fā)生。

　　3.3 平旋盤自動(dòng)更換數(shù)控軟件開(kāi)發(fā)

　　以速度同步和位置同步為基礎(chǔ)，通過(guò)一鍵自動(dòng)裝、卸載平旋盤，實(shí)現(xiàn)平旋盤自動(dòng)交換數(shù)控軟件的開(kāi)發(fā)口以傳動(dòng)比為13;38的平旋盤為例，平旋盤為10軸，軸名為Q;主軸為11軸，軸名為C。

4 結(jié)語(yǔ)

　　平旋盤自動(dòng)更換數(shù)控軟件的開(kāi)發(fā)，適用于具有任意傳動(dòng)比平旋盤，尤其對(duì)于非1: 1傳動(dòng)比的平旋盤，能夠保證工件加工程序的通用性，避免二次編程的繁瑣。

　　平旋盤的控制變得相對(duì)簡(jiǎn)單。縮短了NC , PLC換頭程序的調(diào)試周期，對(duì)于平旋盤的更換，只需在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝入兩個(gè)子程序，通過(guò)一鍵即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更換口

　　目前，該數(shù)控軟件已經(jīng)成功應(yīng)用simens840D數(shù)控系統(tǒng)的大型落地銑鑊數(shù)控機(jī)床上，取得良好的運(yùn)行效果，節(jié)約了輔助時(shí)間，提高了機(jī)床加工效率。