一种可配置的多主轴数控系统研究与开发

3，判断出3个值中最大的值，因对刀点都在Z 零点以下，因此j1、j2、j3均小于0，3个值中最大的值实际就是绝对值为最小的值，以此值对应的轴为基准，然后以前述测量的各刀具的高度偏差值进行刀具长度补偿，最终使各轴刀尖处于同一水平面。

经过加工工件前各轴水平高度调整，在加工前就已使各主轴刀具刀尖处于同一高度，可以根据需要同时选择驱动全部轴或者其中某些轴，使多个主轴同步加工。因工件原点是以Z1的对刀结果为基准的，所以无论是加工前调整各轴高度还是加工期间，加工轨迹Z 方向均只统计Z1运动坐标。

2 多工序轮动加工模式下多主轴自动对刀

在进行多工序轮动加工前，必须事先进行各主轴的对刀，对刀的实质是为获取各主轴刀具的补偿值，以便在加工中换主轴时能够保持工件坐标的一致性。多主轴自动对刀步骤如下。

（1）系统以Z1为基准主轴，手工或采用寻边器自动测量其它主轴在X、Y 方向上相对基准主轴Z1的偏置距离，并记录到数控系统中，作为换刀时X 和Y 向的偏移距离依据。

（2）对整个主轴横梁进行机械回零驱动操作，机械坐标自动置零；

（3）在工件装夹台面上选择一个水平基准面，以Z1为基准轴，使能Z1气缸使Z1刀具下压到位，在Z1刀具正下方放置一个固定对刀仪；

（4）系统只选择Z 轴进行驱动，低速下降，当刀尖碰到对刀仪时触发对刀到位信号，系统立即记录并保存此时的Z1对应X 、Y 机械坐标值和Z向对刀机械坐标值j1，j1作为Z1轴的工件原点Z 值，然后Z1轴回退至一固定点；

（5）切换Z2刀具：根据事先设置的Z2相对Z1在X 、Y 向上的偏置距离，移动整个主轴，目的是使Z2刀尖对准原来Z1刀尖所在的X 、Y 位置，此时Z2刀尖也正对下方的固定对刀仪。系统只选择Z2轴进行驱动，低速下降，当刀尖碰到对刀仪时触发对刀到位信号，系统立即记录并保存此时的Z2对应的对刀机械坐标值j2，此机械坐标值作为Z2轴的工件原点Z 值，Z2的工件原点X、Y 值是根据Z1轴的工件原点X、Y 值以及Z2相对Z1在X、Y 向上的偏置距离自动计算获取，然后驱动Z2轴回退至固定点。

（6）以同样方式切换到Z3等其它轴，系统记录并保存对应的对刀机械坐标值j3，并计算Z3轴的工件原点X、Y 值，然后Z2轴回退至固定安全点。

（7）通过以上步骤，系统记录了各主轴的工件原点坐标值，后续轮动加工时，每个刀具将以各自的工件原点为基准进行加工，以保证各主轴刀具实际加工点处于同一个工件坐标系统。

3 多工序轮动加工模式下多气缸自动快速更换主轴

数控系统识别当前加工代码所表示的刀具，系统切换到相应刀具，比如代码中T0 ~T2分别代表主轴刀具Z1~Z3。根据当前刀具号和所需切换的刀具号，需驱动相应的汽缸和Z向伺服电机，完成切换主轴动作。主轴切换步骤如下。

（1）记录当前刀具的工件坐标值，然后回退至固定安全点，关闭该刀具气缸使刀具回缩到位。

（2）使能需切换的刀具的换刀气缸使对应刀具下压到位，根据事先设置的当前刀具以及需切换的刀具相对Z1在X、Y 向的偏置距离，计算换刀偏置移动距离，移动整个主轴支架，目的是使需切换的刀具刀尖对准原来刀具刀尖所在的X、Y 位置。

（3）取新的工件坐标系，根据记录的换刀前刀具在其工件坐标系统中Z 向的工件坐标值，计算新的刀具需移动的距离，最终使切换后的刀具到达换刀前的刀尖点，工件坐标值Z 向保持一致。

（4）按照新的工件坐标系进行加工。因加工代码一般是以同一工件坐标系进行编程设计，因此，对于同一主轴横梁上的刀具进行换刀后，实际加工工件坐标将保持一致，从而完成同一工件的不同工序加工。

（5）为了达到快速更换主轴目的，在需要更换主轴时，需更换的主轴刀具可以先行旋转启动，待主轴更换完毕，已更换的主轴刀具的转速已满足加工要求，可以立即加工，大大节省了换刀时间。

（6）加工时刀具切换后，工件坐标原点的更换使得实际的机械坐标产生偏移，如果以机械坐标作为加工轨迹显示，不同工序产生的图形将产生偏置。而工件上实际的加工点是以同一工件坐标系为基准的，因此显示轨迹时，如果是非基准轴的轨迹，需要在XYZ 三维图形上加一个反向的与工件原点相对应的偏置值，使不同工序的加工轨迹以基准轴的工件坐标加以显示，即与实际加工的工件图形保持一致。

4 Y 轴双驱同步纠偏技术

对于大型多主轴数控系统，Y 轴往往配置成双驱同步形式。在满足工作台和工件动、静态刚度的情况下，龙门柱沿导轨纵向进给，从而可以获得高的加速度特性。由于横梁及其相匹配的主轴部件并不总是形成对称结构与对称受力，尽管龙门柱两边采用完全相同的传动机构，但最终还是不能保证龙门