平旋盤作為一種重要的功能部件，廣泛應(yīng)用于能源、交通、重型等機械行業(yè)，是加工箱體類工件的關(guān)鍵設(shè)備口銑鎖類機床配備附件平旋盤后，可以實現(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，擴大機床加工工藝范圍，大大提高加工效率。

1 平旋盤

　　圖1所示為可卸式電動數(shù)控平旋盤的結(jié)構(gòu)，底座通過鎖緊油缸固定在滑枕上，由主軸帶動平旋盤回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)主運動口滑塊是一個獨立的數(shù)控軸，由獨立的伺服電動機和驅(qū)動裝置控制實現(xiàn)徑向移動口通過數(shù)控信號的控制，可實現(xiàn)W軸(猾枕或主軸箱移動)與U軸猾板徑向運動)的聯(lián)動，從而可以加工復(fù)雜的型面口數(shù)控平旋盤的傳動比有兩種類型:

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

　　(2)主軸與平旋盤的傳動比非1:1，典型傳動比為13:38，此時主軸與平旋盤位置是不同步的，數(shù)控系統(tǒng)無法確定平旋盤相對于主軸的旋轉(zhuǎn)位置。因此，平旋盤只能進行手動更換，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°)。這種人工手動控制方式，需要多人配合，耗時長，勞動強度大，效率低，極容易出錯。

　　本文針對數(shù)控平旋盤非1：1傳動手動更換弊端，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)對機床軸的控制過程，提出采用第二傳動比解決平旋盤速度同步問題。提出采用無實際驅(qū)動器控制的模擬軸，實現(xiàn)平旋盤實際位置的保持記憶，解決平旋盤自動交換的關(guān)鍵技術(shù)。通過編制NC宏程序，實現(xiàn)數(shù)控平旋盤的一鍵自動更換的開發(fā)。

2 自動更換控制原理

　　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傳動比的存在，刀具的轉(zhuǎn)速將發(fā)生改變。此時，數(shù)控系統(tǒng)通過電動機側(cè)編碼器可以對主軸速度進行半閉環(huán)控制，卻無法實現(xiàn)對平旋盤轉(zhuǎn)速進行控制，使得主軸轉(zhuǎn)速與平旋盤的轉(zhuǎn)速不同步。

　　解決編程同步的問題，可以在編制工件加工程序中考慮平旋盤的傳動比，這樣不僅會增加編程工作量，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比解決平旋盤速度同步問題。圖2所示為平旋盤的控制框圖，電動機通過主軸傳動機構(gòu)帶動主軸旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動平旋盤實現(xiàn)刀具運動。將平旋盤傳動比附加到第一傳動比或設(shè)置在第二傳動比中實現(xiàn)速度同步問題，由于第一傳動比為系統(tǒng)復(fù)位生效，復(fù)位后還需要機床各坐標軸重新回參考點，操作繁瑣且增加了輔助時間。而第二傳動比可以通過編程指令更改即可生效，所以將第二傳動比設(shè)置為主軸/平旋盤傳動比，使平旋盤傳動比參與到速度控制環(huán)，實現(xiàn)主軸編程轉(zhuǎn)速與平旋盤實際轉(zhuǎn)速相同。

　　2.2 平旋盤位置實時記憶

　　編程同步可以實現(xiàn)速度同步，但無法實現(xiàn)位置同步。對于平旋盤，主軸側(cè)編碼器可以實現(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，當系統(tǒng)重新啟動或主軸重新回參考點后，如表1所示，如當主軸位于0°位置時，對應(yīng)平旋盤0°、120°.240°這3個角度位置，此時，系統(tǒng)識別角度與平旋盤實際角度不致，不能實現(xiàn)平旋盤顯示位置與實際位置同步，無法滿足自動更換的要求。

為有效解決這一問題，提出采用無實際驅(qū)動器控制的模擬軸，實現(xiàn)平旋盤實際位置的保持記憶，解決平旋盤自動交換的關(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準，具有實際的驅(qū)動器，與反饋裝置形成閉環(huán)控制口為了實現(xiàn)平旋盤實際位置的保持記憶，突破傳統(tǒng)的使用方法，在原有控制基礎(chǔ)上，采用無實際驅(qū)動器控制的平旋盤模擬軸解決其自動交換難題。采用平旋盤模擬軸，反饋元件為主軸側(cè)編碼器，通過第二傳動比及跟隨功能，實現(xiàn)平旋盤位置的實時反饋;其編碼器的參考模式采用絕對類型，實現(xiàn)平旋盤位置的保持記憶功能口通過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)，滿足平旋盤自動更換需求。

3 自動更換數(shù)控軟件開發(fā)及應(yīng)用

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

　　3.1 模擬軸的實現(xiàn)

　　無實際驅(qū)動器的平旋盤模擬軸，可保證機床任意情況下實時記錄平旋盤位置。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)報警，機床不能正常運行。通過PLC編制相應(yīng)的程序，實現(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 平旋盤自動更換數(shù)控軟件開發(fā)

　　以速度同步和位置同步為基礎(chǔ)，通過一鍵自動裝、卸載平旋盤，實現(xiàn)平旋盤自動交換數(shù)控軟件的開發(fā)口以傳動比為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

　　平旋盤自動更換數(shù)控軟件的開發(fā)，適用于具有任意傳動比平旋盤，尤其對于非1: 1傳動比的平旋盤，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簡單?？s短了NC , PLC換頭程序的調(diào)試周期，對于平旋盤的更換，只需在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝入兩個子程序，通過一鍵即可實現(xiàn)自動更換口

　　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)控機床上，取得良好的運行效果，節(jié)約了輔助時間，提高了機床加工效率。