汇川伺服IS500A在四轴镗孔机设备上的应用方案———汇川伺服IS50

　　     一：镗孔机工艺要求镗孔机就是攻丝机械，而攻丝一般有刚性攻丝和柔性攻丝两种。刚性攻丝就是说攻丝的刀柄是刚性的没有自动调整间隙的,而柔性的是有调整间隙的一般的是带弹簧延轴线有弹性收缩功能的。镗孔机一般有三个轴完成控制，X轴控制攻丝和钻孔平台的移动，Z轴控制攻丝推进的距离，一般通过控制螺杆实现，C轴一般指攻丝的旋转。按照客户的要求设定攻丝的螺距，然后按比例同步控制Z轴丝杠的推进和C轴丝锥的旋转速度，达到设定丝距要求的丝孔。柔性攻丝是以前的加工中心为了攻丝,一般都是根据所选用的丝锥和工艺要求,在加工程序中编入一个主轴转速和正 /反转指令,然后再编人固定循环,在固定循环中给出有关的数据,其中Z轴的进给速度是根据 F =丝锥螺距×主轴转速得出, 这样才能加工出需要的螺孔来。虽然从表面上看主轴转速与进给速度是根据螺距配合运行的,但是主轴的转动角度是不受控的,而且主轴的角度位置与Z轴的进给没有任何同步关系,仅仅依靠恒定的主轴转速与进给速度的配合是不够的。主轴的转速在攻丝的过程中需要经历一个停止－正转 － 停止 － 反转 － 停止的过程,主轴要加速－制动－加速－制动,再加上在切削过程中由于工件材质的不均匀,主轴负载波动都会使 主轴速度不可能恒定不变.对于进给 Z 轴,它的进给速度和主轴也是相似的,速度不会恒定, 所以两者不可能配合得天衣无缝。这也就是当采用这种方式攻丝时,必须配用带有弹簧伸缩装置的夹头,用它来补偿Z 轴进给与 主轴转角运动产生的螺距误差。如果我们仔细观察上述攻丝过程,就会明显地看到,当攻丝到底,Z 轴停止了而主轴没有立即停住 ( 惯量 ), 攻丝弹簧夹头被压缩一段距离,而当 Z 轴反向进给时,主轴正在加速,弹簧夹头被拉伸,这种补偿弥补了控制方式不足造成的缺陷, 完成了攻丝的加工。对于精度要求不高的螺纹孔用这种方法加工尚可以满足要求, 但对于螺纹精度要求较高,6H 或以上的螺纹以及被加工件的材质较软 ( 铜或铝 ) 时 , 螺纹精度将 不能得到保证。还有一点要注意的是,当攻丝时主轴转速越高,Z 轴进给与螺距累积量之间的误差就越大,弹簧夹头的伸缩范围也必须足够大,由于夹头机械结构的限制,用这种方式攻丝时,主轴转速只能限制在 600r/min 以 下。 　　刚性攻丝就是针对上述方式的不足而提出的,它在主轴上加装了位置编码器,把主轴旋转的角度位置反馈给控制系统形成位置闭环,同时与 ZZ 轴进给建立同步关系,这样就严格保证了主轴旋转角度和 Z 轴进给尺寸的线性比例关系。因为有了这种同步关系, 即使由于惯量、加减速时间常数不同、负载波动而造成的主轴转动的角度或 Z 轴移动的位置变化也不影响加工精度,因为主轴转角与 Z 轴进给是同步的 , 在攻丝中不论任何一方受干扰发生变化 , 则另一方也会相应变化 , 并永远维持线性比例关系。如果我们用刚性攻丝加工螺纹孔,可以很清楚地 看到,当Z 轴攻丝到达位置时,主轴转动与Z 轴进给是同时减速并同时停止的,主轴反转与 Z 轴反向进给同样 保持一致。正是有了同步关系,丝锥夹头就用普通的钻夹头或更简单的专用夹头就可以了, 而且刚性攻丝时,只要刀具 ( 丝锥 ) 强度允许,主轴的转速能提高很多,4 000r/min 的主轴速度已经不在话下。加工效率提高 5 倍以上,螺纹精度还得到保证,目前已经成为加工中心不可缺少的一项主要功能。二：汇川提出的解决方案 对于柔性攻丝的不足，我们还是要采用刚性攻丝的方案，我们提出了两种方案：方案一：Z轴的攻丝驱动和C轴的攻丝驱动都采用伺服控制，由主系统按照丝距在控制系统中算出Z轴伺服和C轴伺服需要的脉冲频率和脉冲数，伺服按照脉冲要求执行就可以了。方案二：Z轴的攻丝驱动采用伺服控制，C轴的攻丝驱动都采用矢量变频器控制，然后Z轴伺服的脉冲量按照C轴实际旋转角度进行跟踪（C轴安装编码器，编码器直接反馈给伺服信号），控制系统只需按照丝距在控制系统中算出伺服的电子齿轮比，通过通信给定给伺服就可以了，如此不管C轴的旋转速度如何变化，Z轴都会按照C轴反馈的实际脉冲运动，这样按比例同步完全实现刚性公司的工艺要求。通过对比两种方案，我们发现采用第二种方案具有以下优势：1：第二次方案比第一套方案成本低20%2：第二次方案的稳定性更强，不管C轴速度是否稳定，Z轴都跟踪变化，出现拉丝，堆丝的现象很少，成品率高。3：第二种方案采用HMI+PLC+伺服，代替原有数控系统加伺服控制，节约成本20%。4：综合成本节约40%，高性价比。 三：刚性攻丝设备的工艺图 说明：打孔部分可以同时打孔四个，也可以单独打孔控制，攻丝部分也能够和打孔部分同时工作，在触摸屏上设置丝距和孔距，最多可以同时设定60个孔的加工要求。可以手动控制，也可以自动控制，在设定好丝距和孔距后，可以自动完成所有孔的钻孔和攻丝工作。 四：刚性攻丝设备的电气控制图硬件配置                                    序号