2017年第7期
Design and Research设计与研究
数控机床高速刚性攻丝优化技术研究
封光磊崔岗卫胡传勇冯平书?晏腾飞?姜旭峰寸花英
（①沈机集团昆明机床股份有限公司，云南昆明650203；
②昆明云内动力股份有限公司，云南昆明650200）
摘要：对数控机床Z轴和主轴进行伺服优化调整，并增加使用力矩前馈控制、轴冲击限制功能，可大幅减
小高速刚性攻丝中Z轴和主轴的跟随误差，提高攻丝效率及攻丝质量。
关键词：高速刚性攻丝；伺服优化；参数调整；力矩前馈；跟随误差
中图分类号：TG659
文献标识码：A
D0I:10.19287/j.cnki.1005-2402.2017.07.020
FENG Guanglei, CUI Gangwei, HU Chuanyong, FENG Pingshu, YAN Tengfei, JIANG Xufeng, CUN Huaying
(@ShenjiGroupKunmingMachineToolCo.，Ltd，Kunming650203,CHN;
②KunmingYunneiPowerCo.,Ltd.,Kunming650200,CHN)
Abstract: The adjustment and optimization of CNC machine tool servo Z axis and spindle, and increasing the use
of torque feedforward control, axial impact limiting function, the following error of the Z axis and spin dle can be greatly reduced in the process of high speed rigid tapping, and the efficiency and quality of tapping can be improved.
Keywords: high speed rigid tapping; servo optimization; parameter adjustment; torque feedforward; following error
中小型乘用车柴油发动机缸体缸盖中多为15~55 mm的潜孔，需要进行刚性攻丝加工，攻丝加工可占工序加工时间的近70%，全序攻丝加工占总加工时间可达 25%。刚性攻丝是将主轴旋转与Z轴进给同步化，以匹配特定的螺纹螺距。攻螺纹时，当主轴转一转，Z轴的进给总量应该等于丝锥的螺距，其实质是2轴与主轴的联动插补加工。刚性攻丝广泛用于汽车发动机缸体缸盖的加工，因此提高刚性攻丝的速度与质量将有助于发
动机制造企业提高产能、平衡工序、降低成本。 1与刚性攻丝有关的机床配置
为实现高速刚性攻丝，某机床Z轴配置一根光栅尺，同时为增加驱动扭矩，采用对称两侧双电动机主从轴驱动控制，设计最大速度60m/min，最大加速度为 10m/s：机床主轴采用电主轴，内置有编码器，设计最大转速12000r/min；机床配置840Dsl数控系统，系
统版本V4.5+SP3+HF2。 2驱动系统调整
驱动优化是为了确保高速刚性攻丝时系统具有较
高的动态特性，以保证最终的加工质量，其关键是提高速度环的动态特性，而提高速度环动态特性的关键文
在于提高速度环比例增益，减小积分时间常数。 2.1Z轴驱动调整
机床Z轴使用双电动机主从轴驱动，而840Dsl V4.5+SP3+HF2此版本系统暂不支持主从轴自动优化，只能通过手动调整进行驱动优化。
电动机配置完成后系统会给出的默认速度环增益（P1460=7.664），速度环积分时间（P1462=10ms）。此时做速度环频率响应，如图1所示，Tr_1为Z1（主动轴)波形,Tr_2为Z2（从动轴)波形，从中可以看出幅频响应曲线没有超过3dB的大幅尖峰阶跃，检测波形与标准波形基本一致，均位于OdB线下方，可以不用添加速度环滤波器，且速度环增益有很大提升空间。
为优化速度环，应尽可能增大速度环增益并尽可能减小速度环积分时间，逐步提高增益和压缩积分时间，可以发现频响曲线后半段不断抬升，趋近于OdB 线，如图2所示，当P1460=20，P1462=8ms时，基本达到临界状态。
*国家"高档数控机床与基础制造装备"科技重大专项(2016ZX04004002）
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