数控曲轴磨床设计及双电动机同步驱动技术的研究
数控机床进给系统的研究与设计
数控机床进给系统的研究与设计一、引言数控机床作为现代制造业的重要设备，具有高精度、高效率、高灵活性和自动化程度高等优点，在工业生产中扮演着重要角色。
而数控机床的进给系统则是实现工件在加工过程中沿坐标轴进行精确定位和控制的核心部件。
因此，研究和设计数控机床进给系统具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、数控机床进给系统的结构及工作原理1. 进给系统的结构数控机床进给系统一般由驱动器、传感器、电机、滚珠丝杠等组成。
其中驱动器用于接收并解码来自数控系统的指令，将指令转换为电信号发送给电机，控制电机的运动；传感器用于检测机床加工的实际位置，并反馈给数控系统进行闭环控制。
2. 进给系统的工作原理进给系统的工作原理可分为四个阶段：指令译码、位置测量、电机控制和运动传动。
首先，驱动器将数控系统发出的指令进行译码，确定机床运动的方向和距离。
然后，传感器对机床的位置进行测量，将实际位置信息反馈给数控系统，实现闭环控制。
接下来，电机根据驱动信号进行控制，驱动滚珠丝杠的旋转，实现机床进给运动。
最后，运动传动将电机的旋转运动转换为机床工件的线性运动，完成加工任务。
三、数控机床进给系统的关键技术研究1. 驱动器技术研究驱动器是数控机床进给系统的核心部件，直接影响机床的运动控制精度和稳定性。
目前，常用的驱动器技术包括脉宽调制（PWM）技术、脉冲方向（PD）技术和模数调制（AM）技术。
通过研究驱动器的优化设计和控制策略，提高驱动器的工作性能，能够实现更精确的机床加工控制。
2. 传感器技术研究传感器在数控机床进给系统中的作用是实时测量机床位置和速度，为数控系统提供准确的反馈信息。
目前，常用的传感器技术包括光电编码器、磁性编码器和激光干涉式测长仪等。
通过研究传感器的精度、灵敏度和抗干扰性等性能指标，提高传感器的测量精度和稳定性，能够提高数控机床的加工精度和效率。
3. 电机技术研究电机是数控机床进给系统的驱动装置，直接影响机床的运动速度和力矩输出。
一种双主轴数控机床控制电路设计
一种双主轴数控机床控制电路设计双主轴数控机床是一种能够同时加工两个工件的机床，具有加工效率高、节省时间和成本的优势。
而双主轴数控机床的控制电路设计是其运行的重要组成部分，对机床的运行稳定性和加工精度起着关键作用。
本文将对双主轴数控机床控制电路设计进行详细介绍。
1. 双主轴数控机床控制电路的基本要求1）高稳定性：控制电路需要具有高稳定性，能够保证机床在长时间运行过程中不发生故障。
2）高精度：控制电路需要具有高精度，能够保证机床加工的工件具有一致的精度和质量。
3）高效率：控制电路需要具有高效率，能够实现对双主轴的精准控制和协调运行，提高加工效率。
双主轴数控机床控制电路设计的关键技术包括以下几个方面：1）双主轴同步控制技术：双主轴数控机床需要实现两个主轴的同步控制，需要采用先进的同步控制技术，确保两个主轴的运行速度和位置一致。
2）伺服系统设计：双主轴数控机床需要配备伺服系统，能够实现对主轴的精准控制，保证工件加工的精度和质量。
4）故障诊断技术：双主轴数控机床需要配备故障诊断技术，确保在出现故障时能够及时发现并解决问题，保证机床的稳定运行。
2）伺服系统设计：采用伺服系统控制主轴的转速和位置，实现对主轴的精准控制。
伺服系统采用高性能伺服电机和伺服驱动器，具有高定位精度和动态响应特性。
3）电机控制技术：采用先进的电机控制技术，如矢量控制技术、磁场定向控制技术等，实现对主轴的精准控制，提高加工效率。
双主轴数控机床控制电路设计的应用前景十分广阔，将在汽车、航空航天、军工等领域得到广泛应用。
双主轴数控机床能够实现对两个工件的同时加工，具有加工效率高、节省时间和成本的优势，将成为未来机械加工领域的主流设备。
在汽车制造领域，双主轴数控机床能够满足汽车发动机、变速器、车轮轴等部件的高效加工需求，提高生产效率和产品质量。
在军工领域，双主轴数控机床能够满足枪械、导弹、坦克等装备的高精度加工需求，提高武器装备的性能和可靠性。
数控系统的同步和串联控制功能
数控系统的同步和串联控制功能在数控系统中，有时采用多台电机联动虚拟为一个坐标轴，来驱动机床坐标的运动。
最常用的多电机驱动为同步(Synchronous)运动的形式，比如，要求两台以相同的速度和位移运动的电机带动齿轮与齿条啮合作为一个坐标轴运动。
这样的坐标轴被称为“同步轴”，如图1。
同步技术被广泛应用在数控技术中，比如大跨距龙门机床的龙门直线移动、大型三坐标测量机的双柱直线移动，为保持运动的均匀，都需要两个电机同步驱动。
曲轴车床、曲轴磨床的双头工件夹持架，为保持加工时不扭搓工件，在作旋转运动时也必需同步。
图1 同步轴除此之外，为保证正确地加工出螺距相同的螺纹，车床在车螺纹时的主轴和进给轴必需同步。
滚齿机的工作台的分齿运动与滚刀的运动在滚齿时也必需同步、刚性攻丝的Z轴进给与主轴同步等，但这种同步是指多个电机的运动速度、位移之间成一定的关系，而不是相等的关系，对这种同步运动，本文不予讨论。
实现同步一般有两种方法。
一是机械同步：同步系统由机械装置组成。
这种同步方法容易实现，但机械传动链复杂，传动件加工精度要求高，所需的零件多，难以更换传动比，且占用的空间大。
二是电伺服同步：同步系统由控制器、电子调节器、功率放大器、伺服电机和机械传动箱等组成。
所需机械传动链简单、调试方便、精度高、容易改变电子齿轮比。
FANUC数控系统的电伺服同步功能对不同生产机械的要求可提供不同的配置，实现其同步要求。
在某些情况下，一个伺服电机驱动机械坐标轴转矩不够用，但改用一个更大的伺服电机又嫌体积或惯量过大，於是以两个伺服电机取代一个伺服电机驱动机床的坐标轴，这种坐标轴被称为串联轴，如图2所示。
这样由於两个伺服电机以一个恒定的转矩相互作用，或者通过预加负荷，在机床内部减少间隙。
这就是所谓串联控制(Tandem Control)，是另一种多电机控制。
图2 串联轴同步控制的概念在电伺服同步系统中，“同步”的概念是指系统中具有两个或两个以上由电子控制的伺服放大器和伺服电机组成的“控制对象”，其中一个为“主(Master)控制对象”，另外一个或多个为“从(Slave)控制对象”，控制量为机械的位移或速度(对旋转运动为转角或转速)。
多轴系统同步控制技术研究.
多轴系统同步控制技术研究摘要：本文主要介绍多轴系统的同步控制技术。
首先介绍了多轴系统的产生原因和同步控制的概念，然后结合两者介绍了多轴系统中同步控制技术的发展及其在数控系统中的应用情况。
其次，详细阐述了多轴系统同步控制的控制机理，分析了同步控制的基本理论。
基于控制机理，介绍了五种常用的同步控制策略，剖析了各种方法的优缺点及适用场合。
最后，简要介绍了多轴系统中同步控制常用的控制算法。
关键字：多轴系统，同步控制，控制机理，控制策略，控制算法Abstract：This article mainly introduces synchronous control skill in multi-axis system. First, it expounds the reasons of development of multi-axis and the concept of synchronous control, and then introduces the development of synchronous control in multi-axis system and application in CNC system by combining multi-axis system with synchronous control. Second, it expounds the control mechanism and basic theories of synchronous control. Based on control mechanism, this article introduces five control strategy methods, and discusses the relative merits of each method. At last, it presents the control algorithm used in synchronous control of multi-axis.Key Word：multi-axis system , synchronous control , control mechanism，control strategy , control algorithm自1952年美国麻省理工学院研制成功第一台数控系统，数控技术经过半个多世纪的发展，在机械行业中得到了广泛的应用。
FANUC系统数控机床双轴同步控制误差自动补偿功能研究与实现
（Ｃｈａｎｇｓｈａ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０１２４，ＣＨＮ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ＦＡＮＵＣ ＣＮＣ ｍ ａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｕｔｏｍ ａｔｉｃ ｃｏｍ ｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ａｘｉｓ ｃｏｎ－ ｔｒｏｌ ｅｒｒｏｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｂｉａｘｉａｌ ｓｙｎｃｈｍｏｎｏｗｓ ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉａｘ ｉａｌ ｓｙｎ— ｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｓｔｅｐ ｏｆ ｂｉａｘ ｉａｌ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ｉｓ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ．
如 图 １所示某 重 型数 控 机床 的一 个进 给 轴 采用 双 轴 同步控制 ，当机床工作 台处于标尺 位置 时两个 轴 的 位 置是一致 的 ，由于受 到检 测元 件 的精度 误 差 、丝杆 传 动精 度误差 和机床 的热膨胀 等 因素影 响 ，工作 台从 Ａ位 置 移动到 Ｂ位置 时就会 发生 图 １所示 主动轴 与从 动 轴 的位 置偏差从 而造 成 主动 轴 电动 机 与从 动轴 电动机 互 相拉 伸 的现象 。如 图 ２所示 根据 ＦＡＮＵＣ系统伺服调 试 软件 （ＳＥＶＲＯ ＧＵＩＤＥ）监测 出伺服 电动机 的 ＴＣＭＤ波形
主 动 轴 标尺位置
主动轴 标尺 位置
Ｖ
△ 从 动 轴 标尺位置
△ 从动轴 标 尺位置曰
本科毕业设计--发动机曲轴数控加工仿真研究
摘要发动机曲轴是发动机中最重要的部件之一，它承受复杂、交变的冲击载荷，是发动机设计的重点和难点。
正因为曲轴在发动机动力输出中的重要性及受力的复杂性，曲轴的加工质量的好坏直接影响整个发动机的寿命及性能的好坏。
随着科学技术的进步，数控加工技术得到了更广泛的应用。
数控车床、数控内铣床、数控车拉床等先进设备对主轴颈、连杆轴颈进行数控车削、内铣削、车-拉削加工，以有效减少曲轴加工的变形量。
曲轴精加工将广泛采用CNC控制的曲轴磨床对其轴颈进行精磨加工。
此种磨床将配备砂轮自动动平衡装置、中心架自动跟踪装置、自动测量、自动补偿装置、砂轮自动修整、恒线速度等功能要求，以保证磨削质量的稳定。
本文以Pro／E中的NC模块与VERICUT软件为基础，结合其各自特点，通过对某发动机曲轴的数控模拟加工的研究，提出一种零件建模、仿真加工的快捷方法，可大大加快建模编程速度、仿真验证加工工艺，提高生产效率。
关键词：发动机曲轴；VERICUT；Pro/E；数控加工；仿真ABSTRACTThe crankshaft is one of the most important parts of engine, because it bear the complex, the impact of alternating load, thus the engine design is important and difficult. Because of the crankshaft in the engine power output in the importance and complexity of the force, the crankshaft machining quality directly affects the entire life of the engine and performance is good or bad.With the development of science and technology, NC technology is more widely used. CNC lathes, the milling machine, CNC lathe spindle broaching machine and other advanced equipment to the neck, connecting rod journal for CNC turning, milling inside the car - pull-cut processing, in order to effectively reduce the deformation of the crankshaft machining. Finishing will be widely used crankshaft crankshaft grinder CNC control for fine grinding of its journal. Such grinding machines will be equipped with automatic grinding wheel balancing equipment, the center rack automatic tracking devices, automatic measurement, automatic compensation device, automatic wheel dressing, constant speed and other functions required to ensure the stability of the grinding quality.In this paper, Pro / E in NC modules and VERICUT software, combined with their respective characteristics, the engine crankshaft through a process of NC simulation presents a part modeling, simulation processing, quick way to greatly speed up the modeling programming speed, simulation process, improve production efficiency. Keywords:NC;Pro / NC; VERICUT; machine; Simulation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1.绪论 (1)1.1课题的提出依据和意义 (1)1.2课题选题的目的 (1)1.3曲轴的加工工艺发展 (2)2.软件的介绍 (4)2.1 Pro/EGINEER及Pro/NC模块简介 (4)2.2 VERICUT简介 (5)3.基于PRO/E的发动机曲轴的建模 (6)3.1发动机曲轴的选择 (6)3.2发动机曲轴PRO/E三维建模 (6)4.曲轴的加工工艺分析 (9)4.1曲轴的毛坯及其热处理 (9)4.2曲轴毛坯的制造方法 (9)4.3曲轴毛坯的热处理 (10)4.4曲轴的技术要求 (11)4．4．1尺寸精度和形状精度的要求 (11)4．4．2位置精度要求 (11)4．4．3表面粗糙度要求 (12)4．4．4其他方面的要求 (12)4.5曲轴数控加工工艺制定 (13)4．5．1加工工艺规程 (13)4．5．2机车曲轴加工工艺规程的制定 (14)5.基于Pro/NC及VERICUT的曲轴数控加工仿真 (15)5.1计算机辅助数控编程的步骤 (15)5.2 Pro/NC模块的加工流程 (17)5.3 曲轴的数控加工仿真过程 (18)5.4 Vericut的刀位轨迹仿真............................ 错误！未定义书签。
针对双电机驱动系统的间隙消除技术分析研究
摘要为了提高数控机床的传动精度，在国家863计划项目“大型舰艇螺旋桨用重型七轴五联动车铣复合加工机床”的资助下，本文研究了双电机间隙消除技术，以消除数控转台的机械传动间隙和传动误差，提高机床传动精度。
本文的主要研究内容如下：1) 通过对双电机驱动系统的结构特点的分析，阐述了这种传动方式消除间隙的基本原理、工作过程和四种较好的控制方式。
阅读大量国内外相关文献，对双电机间隙消除技术的发展状况和趋势进行深入的分析与总结。
2) 从双电机的基本结构入手，研究了驱动系统中存在的齿隙非线性因素；在考虑系统传动柔性的基础上，采用机理建模法，通过对电机电气学方程、机械动力学方程的分析与综合，将两组电机侧的参数耦合到负载侧，建立了基于永磁同步电机的双电机驱动系统的动力学模型。
3) 探讨了双电机的消隙控制算法，设计了电气预载控制器、智能PI差速负反馈控制器和模糊-PI复合位置控制器，达到转速同步和间隙消除的目的。
由电气预载控制器来产生偏置电压信号，以去除传动链中的传动间隙；由智能PI差速负反馈控制器产生校正信号，确保双电机转速同步，消除系统在动态过程中可能存在的齿隙；由模糊-PI 控制来确保转台理想的位置控制精度和响应速度。
4) 构建了整个伺服系统速度环和位置环SIMULINK仿真模型，在计算了实验平台的相应物理参数基础上，给出了最优控制器设计算法，进行控制器参数优化选择。
然后对系统的阶跃响应、正弦响应、负载扰动响应等进行试验分析，为系统的设计和现场调试提供一定的理论参考。
关键词：齿隙非线性消隙双电机同步驱动AbstractAt the support of the national 863 project -- “Seven Axis and Five-linked Turning and Milling Numerical Control Machine Tool of Manufacturing Large Marine Propeller”, the theory and technology of anti-backlash with dual-motor driving system has been researched in this paper, for the purpose to eliminate the mechanic clearance and increase the transmission precision of machine tools. The details are as following:1) According to the analyses about the structure feature of the dual-motor driving system, the basic theories has been proposed, including the working principle, process and the common control mode to eliminate transmission error. Through reading a lot of related literatures around the world, present development and their promising future of anti-backlash technologies has been analyzed and summarized based on dual-motor driving system.2) Start with analyzing the basic structure of the dual-motor driving system, the backlash nonlinearity has been studied. Then the mechanical dynamics equations and electrical equations has been synthesized. While the elasticity of the driving axis was taken into account, the kinetic model of the dual-motor driving system has been set up base on PMSM, with transforming the parameters from the side of motor to the side of load.3) The control algorithms to eliminate the backlash has been discussed, while the electrical preload controller, the intelligent PI velocity difference controller and fuzzy-PI position controller has been designed which is to eliminate the backlash in static and dynamic process and guarantee the control precision and response rapidity.4) The SIMULINK model of the whole servo system has been built and the MATLAB optimize control program has been layout. Then the parameters of the equipments have been calculated and the simulation experiment has been carried out. The result of simulation and experiment will give theory consultation for system design and field debug.Keywords:Backlash-nonlinearity, Anti-backlash, Dual-motor, Synchronized driving独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
曲轴磨床驱动改造经验谈
控 制原理 ， 如图 １ 示 。 所 ６Ｂ１ Ｒ ２ 系列驱 动 为直 流伺 服 驱动 ， 之 配套 的 与 为 １ Ｕ系列 直 流 电 机 ， 可 最 大提 供 ９Ｎ 扭矩 ， Ｈ 其 ０ｍ
结构简单 ， 通常无需进行硬件调整和设定 。系统软
件上 ， 加 了 蓝 图 编 程、 定 循 环 、 坐 标 编 程 、 增 固 极
都是 一致 的 ， 即只需连 接必 要 的连接 线 ， ８ ０ 内 在 １Ｍ
品， 自动 化 程 度 较 高 。但 由于 该 机 床 已使 用 近 ２ ０ 年， 部分 电气 件老化 ， 致故 障频 发 ； 加上 电气 技 导 再 术更 新换代较 快 ， 其维修 的经济性很 低 ， 现将 其 四轴
驱动模 块参数 如下 ： 输 入 电 压 ： Ａ ０６ Ｈ ６Ｖ 或 ２０ Ｄ ， ３ Ｃ ５／０ ｚ１５ ２ Ｖ Ｃ
＋１ ％至 一１ ％； ０ ５
可靠性 高 。为 ９ｎ单 色显示 ， ｉ 系统 电源 为直 流 ２ Ｖ； ４ 最 大可控制 ６轴 （ 中允 许有 ２个 作 为 主轴控 制 ） 其 ，
Ｏ 、Ｂ Ｓ 、 Ｂ等功 能块 为结构 化 编程 提供 了 良好 Ｂ Ｐ 、Ｂ Ｆ 的环境 。８０系统还 具 有 “ 道 ” 制 功 能 ， 以两 １ 通 控 可
ｚ轴 ： 额定扭矩 ：５ ｍ， ６Ｎ 额定电流：２ ； ６Ａ 额定转
速 ：５ ０／ １０ ｒｍ；
ｘ轴和 ｗ 轴：额定扭 矩： ． Ｎ 额定 电流： １２ ｍ，
第２ ６卷
第 ５期
甘肃科技
Ｇａ ｕ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｎｓ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ
．６ Ⅳ ． ２ ５
Ｍａ ． ２ １ ｒ ００
２１ ０ ０年 ３月
五轴头C轴双力矩电动机同步驱动改进设计
社，2003. [3] 方喜风，刘胜龙．铝合金车体焊缝打磨的研究[J]．
机车车辆工艺，2008（4）：20-21. [4] 王晓强，王帅军，刘建亭．基于M AT L A B的
IRB2400工业机器人运动学分析[J]．机床与液压， 2014（3）：40，54-57. [5] 韦锦，蒙艳玖，董振，等．绿篱苗木修剪机械手 运动学分析及仿真[J]．广西大学学报（自然科学 版），2015（3）：622-628.
1 序言
五轴头是中大规格五轴联动加工中心的核心功 能部件，主要用于加工具有复杂曲面的大型精密零 部件，常用于航空航天、船舶、发电、军工及大型 模具等行业，当前国内各大机床主机企业的五轴头 主要依赖进口。因此，对五轴头进行研制开发，进 而完成国产化、产业化，替代进口同类产品，具有 极其重要的意义。
近年来，我公司在国家“高档数控机床与基础 制造装备”重大专项的支持下，研制了双外转子力 矩电动机同步驱动的五轴头。
尽管我公司研制的五轴头各项技术指标均符合 当前用户的使用要求，但在应用过程中，发现C轴 分度精度略低于B轴。当前C轴分度精度是8″，B 轴分度精度是5″，此外C轴轴向长度偏长、质量偏
大。针对上述这些实际问题，我公司成立了专门技 术攻关团队对C轴进行改进优化。 2 C轴原设计结构组成及有限元分析
（1）C轴原设计结构组成 图1为C轴原设计结 构。C轴由双外转子力矩电动机同步驱动，双力矩 电动机布置形式为并联。上方力矩电动机通过隔套 将电动机转矩传递到轴承联接盘和C轴联接盘；下 方力矩电动机直接将电动机转矩通过轴承联接盘传 递到C轴联接盘。C轴联接盘通过止口及螺钉与B轴 联接。为了尽量靠近滑枕端面与B轴的主轴鼻端， YRT转台轴承布置在C轴下部，该轴承内圈外圆周 集成了编码器，考虑到C轴整体轴向长度较长，在C 轴上部布置了一个带径向预紧的圆柱滚子轴承。由 于B轴有多路水、液、气需要通过C轴，因此在C轴 内部设计了配油环，并在配油环内部布置了多路旋
YC6108Q曲轴双面磨削自动化磨床的设计与开发
烟台大学硕士学位论文YC6108Q曲轴双面磨削自动化磨床的设计与开发姓名：曲世金申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：方世杰20100401摘 要本文“YC6108Q曲轴双面磨削自动化磨床的设计与开发”，是受文登天润曲轴股份有限公司委托，制定针对曲轴双面磨削自动化磨床的总体设计方案并完成自动化磨床整体设计的应用项目。
本课题设计过程中，在充分考察调研基础上，查阅大量文献资料，综合运用机械设计、电控、机电一体化等多种理论技术，来解决实际问题。
在设计过程中，充分考虑到人的因素，不仅满足机械设计的基本功能要求，而且充分将人体工程学的设计理念应用其中，降低工人的劳动强度、改善工人的工作环境，充分体现新时代条件下“以人为本”的设计思想；同时，该课题研究成果可以为企业带来更大的经济效益，具有广阔的应用前景。
首先，结合企业的实际生产加工状况，提出曲轴双面磨削自动化磨床的整体设计方案。
其次，基于自动化磨床整体设计方案，分别完成刀具磨削工作系统的设计、工件进给系统的设计、夹具系统的设计以及电动机的选择。
本文根据磨削及机械设计原理，结合机电一体化知识，着重对上述三个系统功能模块开展创新性设计，按照三个系统功能模块的结构设计原理，对曲轴双面磨削自动化磨床的三个系统功能模块进行分析设计依据、论证设计方案、阐述设计过程；根据各系统功能模块的设计原理、企业的实际生产要求等多方面因素来确定部件的选择和参数的设定，例如步进电机，既要满足机械设计要求，又要方便电气设计时进行控制。
再次，基于Pro/Engineer设计软件完成自动化磨床在三维环境下，刀具磨削工作系统、工件进给系统、夹具系统的三维建模设计和自动化磨床整体虚拟装配。
最后，对曲轴双面磨削自动化磨床的整体设计进行深一步的说明，指出该自动化磨床具备一定的加工通用性，可以通过系统软件升级来完成YC6108Q型号曲轴的改进型或相近型及不同型号曲轴的磨削加工任务。
关键词：曲轴；双面磨削；自动化磨床；Pro/EngineerABSTRACTThis “The design and development of YC6108Q crankshaft double-sided grinding automatic grinding machine”, is subject to the text beyond the bounds Wendeng Tianrun Crankshaft Co., Ltd. was commissioned to both develop the overall design program of crankshaft double-sided grinding automatic grinding machine and complete the overall design of the automation grinder. This is a application project.In the design tasks of this topic, in the full investigation and study was based on access to a large number of literature, the integrated use of mechanical design, electric control, mechanical and electrical integration of a variety of theoretical techniques to solve practical problems. In the design process, fully taking into account the human factor, not only to meet the basic functions of mechanical design requirements and to fully integrate the application of ergonomic design concepts which reduce labor intensity and improve the working environment of workers to fully reflect the conditions of a new era under the “people-oriented” design ideas; the same time, the subject of research results can lead to greater economic benefits for the enterprise, has broad application prospects.First of all, combined with the actual production and processing enterprise situation and recommended the overall design of crankshaft double-sided grinding automatic grinding machine.Secondly, based on the overall design of automatic grinding machine program, to complete the work of system design tool, workpiece feed system design, fixture system design and motor choice. Based on the grinding and mechanical design principles, combined with knowledge of mechanical and electrical integration, focusing on these three systems function modules to carry out innovative design, functional modules in accordance with the structure of the three systems design principle of the automatic grinding machine crankshaft grinding three double-sided systems analysis and design based on functional modules, demonstration design, set design process; system function modules of the various design principles, the enterprise's actual production requirements, and other factors to determine the choice of components and parameters settings, such as stepper motors, it is necessary to meet mechanical design requirements, but also facilitate the design of electrical control.Again, based on Pro / Engineer design software to complete automation of grinding machine in three-dimensional environment, the tool system of work, the workpiece feed system, fixture design system, three-dimensional modeling and automation, grinding the whole virtual assembly.Finally, double-sided grinding crankshaft grinding machine automation of the overall design of deep-step instructions, pointing out that the automatic grinding machine with a certain degree of processing versatile, and can be accomplished through the system software upgrades improved version of the crankshaft YC6108Q model or similar type and different models of crank shaft the grinding task.Key words: crankshaft; double-sided grinding; automatic grinder; Pro / Engineer烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
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室题：汽车制造技术Ｉ
Ｉｏｐｔｃｓ－Ａｕｔｏ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｌｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。
数控曲轴磨床设计及双电动机同步驱动技术的研究
徐公志① 胡 苗② 门秀花③ 韩 燕①
（①济南四机数控机床有限公司，山东济南２５０１０１；
②山东省淄博市淄川区经济贸易局，山东淄博２５５１００；
③济南大学机械工程学院，山东济南２５００２２）
摘要：数控曲轴专用磨床是适应国内外磨削技术与工艺发展的要求而开发的一种高档数控磨床。主要用于
中小型内燃机、汽车、摩托车中的曲轴偏心轴颈的高效磨削。在数控曲轴磨床中。双电动机同步驱动
技术是数控曲轴磨床中的核心技术，对同步控制技术进行分析，经过应用证明控制效果良好。达到了
数控曲轴磨床的精度要求。
关键词：数控曲轴磨床同步驱动磨床设计
中图分类号：ＴＨ１２２ 文献标识码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＣＮＣ ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ ｂｉ－ｍｏｔｏｒ ｓＶｎＣｈｒＯｎＯｕＳ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＸＵ Ｇｏｎｇｚｈｉ￣。ＨＵ Ｍｉａｏ②。ＭＥＮ Ｘｉｕｈｕａ④。ＨＡＮ Ｙａｎ①
（（￣）Ｊｉｎａｎ Ｓｉｊｉ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ ２５０１０１，ＣＨＮ；
（ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ Ｔｒａｄｅ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｚｉｃｈｕａｎ Ｄｉｓｔ．。Ｚｉｂｏ ２５５ １００。ＣＨＮ：
⑧Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｊｉｎａｎ，Ｊｉｎａｎ ２５００２２，ＣＨＮ）
从国外进口的曲轴偏心轴颈磨床，如日本丰田工 机和美国ＷＥＬＤＯＮ的磨床，其质量、可靠性及自动化 程度已达到较高水平。国内已有几家机床厂（上海机 床厂等）进行过研究开发，但精度与国际先进水平相 差甚远，远不能满足曲轴生产厂家的需求。因此，开发 磨削精度高的数控曲轴磨床是市场发展的需要。该类 曲轴磨床的关键技术就在双电动机的同步技术，此关 键技术关系到磨床的加工精度，是曲轴磨床的核心技 术。 １研究内容 数控曲轴专用磨床主要用于中小型内燃机、汽车、 摩托车中的曲轴偏心轴颈的高效磨削。采用双头架通 过２台交流伺服电动机驱动两套专用偏心Ｖ形夹具， 实现同步旋转加工偏心外圆；以工件磨削外圆自动定 位，液压自动夹紧；采用后置金刚滚轮修整砂轮；砂轮 架进给 ｌ轴和金刚滚轮修整进给 轴分别由交流 伺服电动机驱动滚珠丝杠完成，使砂轮修整、补偿更加 可靠；机床配备ＭＡＲＰＯＳＳ外圆主动量仪及端面量仪， 实现轴向定位和外径磨削闭环控制；砂轮主轴采用德 国技术整体式动静压轴承结构，回转精度高、刚度大； 独立静压油箱使用２号主轴油，配有压力表显示；机床 ＺＵ １ 等 ｌ毕弟１１朋 头架主轴采用精密滚动轴承结构，并选用德国ＦＡＧ
Ｐ４等级轴承；采用交流伺服主轴电动机实现两轴同步
无级变速，并具有定向停功能，替代了国内传统的加工
方式，将会大幅度提高劳动生产率和产品精度。该磨
床解决了长期困扰内燃机、汽车、摩托车行业中曲轴偏
心轴颈的加工难题，受到这些行业的广泛关注和欢迎，
可替代同类进口机床。
２机床布局
如图１和图２所示，机床采用Ｔ型布局，加工的曲
轴由左右２个头架夹持，双头架电动机均采用交流伺
服电动机，双头架在头架电动机驱动下做旋转运动。
机床共有工作台纵向自动进给轴ｚ轴，砂轮架自动进
给 轴，后置金刚滚轮修整 １轴，和２个头架伺服轴
共５轴组成，机床同时配有在线测量装置。同时，该机
床采用ＳＩＭＥＮＳ８０２Ｄ５轴联动数控系统，内装ＰＬＣ控
制器，彩色液晶显示，操作者可通过人机对话方式设定
磨削参数。该机床全封闭罩防护，注意造型设计，可实
现机床自动磨削。
３主要技术指标
圆度：０．００４ ｍｍ
・
４１ ・
－主题：汽车翻造技术
‘‘ＩＩ Ｔｏｐｉｃｓ
：
Ａｕｔｏ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
圆柱度：０．００５ ｍｍ
平行度：０．００６ ｍｍ
表面粗糙度：Ｒ。０．４ ｍ
直径尺寸一致性：０．００５ ｍｍ
图１
４技术方案
图２
（１）采用西门子高档数字控制系统，工作可靠，操
作编程方便。
（２）设计高性能伺服传动系统，达到高刚性、低摩
擦、零间隙、动态响应好的要求。具有良好的动态特
性，系统跟随误差达到 ｍ级。
（３）采用全封闭罩防护，注意造型设计，力求美观
大方。
（４）研究曲轴偏心轴颈磨削工艺及机理，实现曲
轴偏心轴颈及两端面高精高效的磨削。
（５）研究双电动机同步技术在磨床中的应用。
５ 曲轴磨床中双电动机同步驱动技术的研究
在该曲轴磨床中，双电动机驱动头架旋转时，对两
头架的同步技术提出苛刻的要求，同步技术的好坏，决
定了曲轴工件的加工精度。伺服电动机伺服控制器随
动跟踪运行。在多轴同步运行的控制系统中，主从运
行方式是十分普遍的构造方式。主从运行又称为随动
运行方式，即不论主主轴以什么运动规律运行，从主轴
都会以某一预先确定的跟踪方式跟踪主主轴运行，且
其正常运行时的动、稳态跟踪误差的最大值具有预先
确定性。在现实应用中，人们可以通过变频调速器信
号的简单配合便可实现多轴的同步运行。这种方式具
有简单实用的特点，但是无论稳态运行，还是动态运
行，其同步精度都十分粗糙。当应用系统对同步运行
有较高的动、稳态要求时，人们首先会想到使用伺服控
制器实现系统的要求。然而，伺服控制器的市场价格
却常常使人们望而却步。特别是当系统容量较大时，
人们更是难以承受高额的资金投入。
双轴同步控制时，从主轴与主主轴之间在运行过
程中的速度关系，也可以将其理解为从主轴与主主轴
之间的位置关系。在主主轴处于稳态运行，或者速度
变化速率不大时，从主轴与主主轴是处于同步状态的。
而当主主轴速度发生变化时，或者其速度变化的速率
很大时，从主轴的实际角位置将首先滞后于主主轴
（产生实际运行误差），然后将以高于主主轴速率的变
化追踪主主轴的变化，从而达到位置跟踪的目的。采
用ＰＩＤ参数的调试观测程序，通过ＰＩＤ参数的反复修
正并运行Ｔｅｓｔｒｕｎ，可以容易地观察到ＰＩＤ参数的设置
效果，以使实际运行速度和给定运行速度之间的误差
减小到系统允许的范围内。如果需要很高的运行精
度，就需要反复修正ＰＩＤ的设置数值并观测其运行效
果，直至满意为止。
本数控曲轴磨床，如图３所示，采用的是主从主轴
同步技术，设置在主动头架上的编码器，反馈速度信号
给主动变频器，设置在从动头架上的编码器，反馈速度
信号给从动变频器，通过ＰＩＤ调节，使从动主轴的速度
跟随主动主轴的速度，从而达到双头架同步速度的要
求。
图３
６ 结语
数控曲轴磨床成功研发，不但为国家节约了大量
的外汇，而且将进一步提升我国金属零件的加工水平，
降低制造成本，使企业更具有国际竞争力，具有显著的
经济意义和社会意义。
（编辑 吕伯诚）
（收稿日期：２０１０—０９—２５）
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