一种加工中心实现双主轴同步的结构制造技术

本发明专利技术公开了一种加工中心实现双主轴同步的结构，包括同轴的两个电主轴件，每一电主轴安装正余弦编码器，正余弦编码器通过一个细分器连接至上位机。其中，正余弦编码器将电主轴的位置检测信息送至细分器，细分器根据位置检测信息获得实际位置信息送至上位机；上位机用于比较两个电主轴的实际位置信息，并向两个电主轴的补偿指令，调整转动角度使得两个电主轴同步转动。本发明专利技术利用在线实际误差补偿的方法来消除安装的人为误差，同时还能够进一步提高编码器本身的系统误差。本发明专利技术对机床精度的提高更加直接有效，从而能够严格准确的实现卧式车铣复合加工中心双主轴的高同步性协同工作，保证设备的正常运行。

A dual spindle synchronous structure for machining centers

The invention discloses a structure of a machining center double spindle synchronization, including the two coaxial electric spindle, a spindle mounted cosine encoder, cosine encoder through a subdivision device connected to PC. Among them, cosine encoder position detection information will be sent to the electric spindle subdivision, subdivision is used to obtain the actual location information sent to the host computer according to the position detection information; PC for the actual location information to compare the two spindle, and to compensate the two instructions of the spindle, adjusting the rotation angle of the spindle two synchronous rotation. The invention utilizes the on-line actual error compensation method to eliminate the artificial error of the installation, and can further improve the system error of the encoder itself. The invention is more direct and effective for the improvement of the precision of the machine tool, and can realize the high synchronization and coordination work of the double spindle of the horizontal rolling and milling compound machining center strictly and accurately, and ensure the normal operation of the equipment.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种加工中心或机床设备，更具体的说，涉及一种同轴设置两个分别包括驱动电机协同工作的双主轴结构，本专利技术还涉及双主轴结构的协同工作方法。
技术介绍
如图8所示，一种卧式车铣复合加工中心64，包括底座71和立柱63。其中，立柱 63上设置水平方向的Z轴导轨66， Z轴导轨66设置有床鞍62，床鞍62上设置有竖向X轴 导轨65 ;X轴导轨65上设置有滑枕67和滑枕座61 ;滑枕67中间开口设置垂直于X轴、Z轴 导轨沿Y轴导轨72动作的刀具部件。此外，位于刀具组件前方的加工区在底座71上设置 有水平方向W2轴导轨73，W2轴导轨73上左右两侧分别设置驱动被加工工件包括驱动电机 的电主轴组件。图中还显示出输出芯轴4、第一主轴箱69和第二和主轴箱74，以及卡盘组 件70。 图中，卧式车铣复合加工中心中用以夹持工件进行加工作业的工件主轴采用双主 轴模式，即图中第一主轴箱69和第二和主轴箱74中的两个电主轴在同一轴线上协同工作。 采用双主轴方式，可以实现细长轴类零件的双端夹持，同时还可以实现在主轴旋转方式下 进行工件交换，实现在一台机床上进行工件的六面加工。这一切都要建立在双主轴同步的 基础上，不然将无法实现双端夹持工作，更不可能实现动态工件交换。 现有技术下，正余弦输出的编码器以其精度好，后续处理简单快捷，数值直观易 用，在数控领域被广泛应用，正余弦输出的编码器是高分辨率高精度低成本的平衡产品，有 如下优势 1、输出波形包含相对的相位信息，因此可以利用特定插值法实现分辨率大大提高，而不需要提高物理刻线。2、正余弦输出的编码器输出频谱比较纯净，频谱特异成分少，因此较方波输出和绝对值输出编码器更加适合远距离的传输，衰减小，距离远。3、在相同的数学分辨率下，物理刻线比方波式输出的编码器少很多，可以提供更高的转速。 基于以上的特点，正余弦编码器在很多中档至高档的数控机床和测绘系统中被大量使用。 问题在于，虽然通过细分技术可以大大提高正余弦输出型编码器的分辨率，可是 却无法提高编码器的精度。这种精度缺陷主要包括两方面的因素。 一是正余弦输出型编码 器生产完成是就存在一定的精度缺陷，而这一误差是固有的，无法通过编码器的生产提高 正余弦输出型编码器的精度；二是编码器安装到电机设备也会引入安装误差，从而进一步 影响编码器实际的精度。因此，编码器生产厂商会根据不同的精度将正余弦输出型编码器 分成不同的档次，精度越高的产品价格越贵。 譬如，在图8所示的卧式车铣复合加工中心的双主轴上各安装一套非接触、磁感 应式正余弦输出的编码器。在安装这种类型的编码器的时候，要求编码器磁栅盘轴线尽量 与旋转轴线重合，同轴度越高，则输出的精度越高，信号失真的可能性越小。然而，在机械加 工和装配中，无论怎样都会存在实际的误差，同轴度只有理论上无线趋近于零，因此，在整个系统中无形的又引入了一层人为的安装误差，而这层误差比较其他系统误差要大很多。 所以不论编码器系统精度有多高，实际在安装后都不可能实现编码器系统精度的复现。 由于编码器误差的存在，对于主轴的转动来说，上位机无法准确获得转动的位置 信息，在单主轴加工设备中，这种位置误差可能被忽略。但在本专利技术涉及的双主轴设备，必 须保证两个主轴转动的同步，在不同步时，控制系统要做实时调节保证其同步。但是，更大 的问题在于，作为位置信息检测的编码器存在误差，这种情况下，数控系统的控制系统无法 精确判断二主轴的位置，因此影响两个主轴的协同工作，而两个电主轴不同步，极易发生闷 车、工件扭伤的情况，甚至存在安全隐患。
技术实现思路
本专利技术针对具有同轴线双主轴结构的加工中心或机床设备，提供一种补偿编码器误差，保证双主轴严格同步转动的结构，以及在该结构下保证双主轴精确同步的方 法。为此，本专利技术首先将编码器的正余弦输出信号细分后，进行误差修正，从而提高编码器 精度，以便为控制加工中心或机床的上位机提供精确的主轴转动位置信息，进而上位机根 据两主轴转动的位置差异做实时调整，最终实现双主轴精确严格的同步工作。 为了达到上述目的，本专利技术提供了一种加工中心实现双主轴同步的结构，包括同轴线设置的两个电主轴组件，每一所述电主轴安装有检测位移的正余弦编码器。所述正余 弦编码器通过一个细分器连接至上位机。 正余弦编码器将电主轴的位置检测信息送至细分器，所述细分器根据位置检测信 息获得电主轴的实际位置信息送至上位机；上位机用于比较两个电主轴的实际位置信息， 当判定两个电主轴转动的同步偏差超出预定值，则上位机向两个电主轴的转动执行部件发 出补偿指令，调整转动角度，使得两个电主轴同步转动。而上述的预定值根据具体情况确 定，一种足以满足工作需要的偏差为士2秒，当然根据细分器精度的不同，偏差值越小越 好，这样能严格保证两电主轴的同步。 其中，位置检测信息，是指正余弦编码器检测的电主轴转动的位置信息，这一检测 结果存在人为或系统误差。而实际位置信息，是指电主轴转动的位置信息，即没有误差的实 际转动位置。 为了获得实际位置信息，上述细分器存储有相应正余弦编码器的位置检测信息与实际位置信息对应关系的误差表，并可根据误差表中相邻两点位置检测信息与实际位置信息的关系计算获得与相邻两点之间任何一个处位置检测信息相应的实际位置信息，从而送至上位机，上位机根据获得的两个电主轴的实际位置信息，经比较做出判断，指示两个电主轴调整转动角度，达到同步的目的。 具体说，细分器的组成包括 1、差补周期输出模块，用于产生启动脉冲信号和整个装置运行的周期时序； 2、正余弦数据采样和计算模块，用于接收编码器输出的两路正余弦信号，并对这 两路正余弦信号的电压值进行A/D转换，已获得这个两路正余弦信号的电压值所对应的数 字量，后对采样获得的两路正余弦信号的电压值的数字量进行除法的操作； 3、整周期计算模块，用于对编码器输入的正余弦信号进行整周期的计数； 4、查表模块，用于将正余弦数据采样和计算模块处理后的数据，同查表模块内储存的两路正余弦波电压值数字量的除法值所对应细分值的数据表进行比较，以此获取细分 值； 5、输出模式选择模块，用于根据输入的指令进行输出模式的切换工作，当选择脉 冲输出模式时，本模块将求和模块最终得到的加法的结果传递给脉冲输出模块；同样当选 择绝对值输出模式时，本模块将求和模块最终得到的加法的结果传递给绝对值输出模块； 6、脉冲模式输出模块，用于对输出模式选择模块输入的根据加法结果确定的脉冲 数以脉冲的形式输出； 7、绝对值出处模块，用于对输出模式选择模块输入的根据加法结果确定的脉冲数 以数据的形式直接输出； 8、误差表存放模块，用于存储上述方法获得的正余弦输出型编码器一周任意点的 误差值； 9、求和模块，用于将查表模块查出的当前正余弦信号的细分值相对误差表存放模块的误差值直接或误差值计算后进行累加的补偿值，与整周期计数模块所得到的编码器输入整周期正余弦信号个数乘以当前的细分倍数后的结果进行加法操作。 其中，正余弦数据采样和计算模块及周期计算模块同编码器相连接进行同步采样，所述正余弦数据采样和计算模块同整周期计算模块相连接向其发送同步信号；所述差补周期输出模块同正余弦数据采样和计算模块相连接向其发送启动脉冲信号，所述正余弦数据采样和计算模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工中心实现双主轴同步的结构，包括同轴线设置的两个电主轴组件，每一所述电主轴安装有检测位移的正余弦编码器，其特征在于，所述正余弦编码器通过一个细分器连接至上位机；其中，所述正余弦编码器将电主轴的位置检测信息送至所述细分器，所述细分器根据所述位置检测信息获得电主轴的实际位置信息送至所述上位机；所述上位机，用于比较两个电主轴的实际位置信息，当判定两个电主轴转动的同步偏差超出预定值时，则所述上位机向两个电主轴的转动执行部件发出补偿指令，调整转动角度，使得所述两个电主轴同步转动。

【技术特征摘要】
一种加工中心实现双主轴同步的结构，包括同轴线设置的两个电主轴组件，每一所述电主轴安装有检测位移的正余弦编码器，其特征在于，所述正余弦编码器通过一个细分器连接至上位机；其中，所述正余弦编码器将电主轴的位置检测信息送至所述细分器，所述细分器根据所述位置检测信息获得电主轴的实际位置信息送至所述上位机；所述上位机，用于比较两个电主轴的实际位置信息，当判定两个电主轴转动的同步偏差超出预定值时，则所述上位机向两个电主轴的转动执行部件发出补偿指令，调整转动角度，使得所述两个电主轴同步转动。2. 根据权利要求1所述加工中心实现双主轴同步的结构，其特征在于，每一所述细分 器存储有相应正余弦编码器的位置检测信息与实际位置信息对应关系的误差表，并可根据 误差表中相邻两点位置检测信息与实际位置信息的关系计算获得与所述相邻两点之间任 何一个处位置检测信息相应的实际位置信息。3. 根据权利要求2所述加工中心实现双主轴同步的结构，其特征在于，所述细分器包括差补周期输出模块，用于产生启动脉冲信号和整个装置运行的周期时序； 正余弦数据采样和计算模块，用于接收编码器输出的两路正余弦信号，并对这两路正 余弦信号的电压值进行A/D转换，已获得这个两路正余弦信号的电压值所对应的数字量，后对采样获得的两路正余弦信号的电压值的数字量进行除法的操作；整周期计算模块，用于对编码器输入的正余弦信号进行整周期的计数；查表模块，用于将正余弦数据采样和计算模块处理后的数据，同查表模块内储存的两 路正余弦波电压值数字量的除法值所对应细分值的数据表进行比较，以此获取细分值；输出模式选择模块，用于根据输入的指令进行输出模式的切换工作，当选择脉冲输出 模式时，本模块将求和模块最终得到的加法的结果传递给脉冲输出模块；同样当...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文峰，贺行健，李玉章，于德海，郑君民，陈虎，郭强，张强，邹弢，李经明，于本宏，
申请(专利权)人：大连科德数控有限公司，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]