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數(shù)控卷板機(jī)床主軸分段無級調(diào)速及控制

發(fā)布時間:2018/12/24
  一、概述
  CNC對主軸驅(qū)動的控制通過以下三種方式:
  (1)卷板機(jī)主軸模擬電壓輸出端口輸出0~±IOV的模擬電壓到主軸驅(qū)動器,該電壓的大小用來控制主軸電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,電壓的正/負(fù)用來控制主軸電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。
  (2)卷板機(jī)主軸模擬電壓輸出端口輸出0~10V的單極性模擬電壓到主軸驅(qū)動器,電壓的大小控制主軸電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,用正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)開關(guān)量信號來控制主軸電動機(jī)正/反轉(zhuǎn)。
  (3)選擇CNC輸出的12位二進(jìn)制碼或者2位或3位BCD碼開關(guān)量信號到主軸驅(qū)動器,控制主軸的轉(zhuǎn)速。
  這三種方法都可以實現(xiàn)主軸電動機(jī)的無級調(diào)速。對于數(shù)控卷板機(jī)、銑床、加工中心等通用型的數(shù)控卷板機(jī)床,要求恒功率區(qū)域的變速范圍盡可能大,切削要求低速大轉(zhuǎn)矩。而采用無級調(diào)速,主軸低速段的輸出轉(zhuǎn)矩常常無法達(dá)到強(qiáng)力切削的要求。如果使用無級調(diào)速,就必須增加主軸電動機(jī)的功率,這樣,主軸電動機(jī)與其驅(qū)動裝置的體積、質(zhì)量和成本勢必要增加。因此,數(shù)控卷板機(jī)中采用齒輪變速和無級調(diào)速結(jié)合的方式,也就是分段無級調(diào)速方式。
  圖7所示分別為采用齒輪變速和不采用齒輪變速時主軸的輸出特性曲線,可以看出,采用齒輪變速使低速時電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩變大,但同時降低了主軸電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。
  
  二、自動換擋的控帶0
  圖7主軸輸出特性曲線對比
  數(shù)控卷板機(jī)床通常用CNC控制茵輪自動變擋,滿足低速轉(zhuǎn)矩和主軸最大轉(zhuǎn)速的要求。數(shù)控卷板機(jī)床使用兩擋就可以滿足需求,一般CNC會提供2—4擋變速功能。圖7.8所示為主軸分段無級調(diào)速的結(jié)構(gòu)示意圖。
  
  圖8主軸分段無級調(diào)速的結(jié)構(gòu)不意圖
  具體的變擋方式由可編程控制器來完成,常常采用液壓撥叉或者電磁離合器來帶動不同齒輪的嚙合。對變速時出現(xiàn)的頂齒現(xiàn)象,數(shù)控卷板機(jī)床采用由CNC控制主軸低速轉(zhuǎn)動和脈動的方式來實現(xiàn)齒輪順利嚙合。變速時主軸電動機(jī)低速轉(zhuǎn)動或脈動的速度可以通過CNC中的參數(shù)來設(shè)定。
  圖9所示為一般數(shù)控卷板機(jī)床自動換擋的時序過程。
  CNC通過M41一M44代碼進(jìn)行齒輪變速,四擋分別對應(yīng)的最高主軸轉(zhuǎn)速由CNC系勻參數(shù)來設(shè)定。當(dāng)CNC讀到s指令時,輸出相應(yīng)的M代碼,并送到可編程控制器。50m后,M代碼穩(wěn)定,讀取的數(shù)據(jù)正確,CNC發(fā)出M選通信號,命令PLC讀取并執(zhí)行M一碼,M選通信號持續(xù)100ms。
  PLC接收到信號后,M完成信號失效。CNC收到M代碼正在執(zhí)行的信息。PLC對A代碼進(jìn)行譯碼并執(zhí)行變擋。M代碼輸出一段時間后,CNC根據(jù)參數(shù)設(shè)置使主軸低速轉(zhuǎn)虧或者脈動,解決齒輪頂齒問題。
  變速完成后,PLC置M完成信號有效,CNC接到變速完成信號,然后CNC根據(jù)參婁設(shè)定的每擋主軸最高轉(zhuǎn)速,輸出相應(yīng)的模擬電壓,這時主軸轉(zhuǎn)速為給定的S值。

  三、齒輪自動換擋的操縱機(jī)構(gòu)
  1.液壓撥叉變速機(jī)構(gòu)
  液壓撥叉是一種通過一個或幾個液壓缸來帶動齒輪移動的機(jī)構(gòu)。不同的通油方式可E使三聯(lián)或者三聯(lián)以上的齒輪塊獲得不同的變速位置。圖7—10所示為三位液壓撥叉的原垂圖,通過電磁閥改變通油方式可以獲得三個位置。
 
  圖10三位液壓撥叉的原理圖
  在圖10(a)中,液壓缸1通入壓力油,而液壓缸5卸壓,這時活塞桿2帶動撥3從右向左移動到極限位置,撥叉帶動三聯(lián)齒輪塊移動到左端。圖10(b)中部分缸5通入壓力油,而液壓缸1卸壓,此時活塞桿2和套筒4一起從左向右移動,套碰到液壓缸5的端部后,活塞桿繼續(xù)右移直至極限位置。這時三聯(lián)齒輪塊被撥叉3移右端。圖10(c)中液壓缸1和5同時通入壓力油,活塞桿兩端的直徑不同,使得的推力大于左端,這樣活塞桿2向左移動,而套筒4的左端面積與活塞桿2的左端面積之和大于活塞桿2的右端面積,這使得套筒4向右的推力大于活塞桿2向左的推力,于是,套筒4推向液壓缸5的右端,活塞桿2緊靠套筒4的右端,撥叉3位于中間位置。
  卷板機(jī)床工作時每個齒輪的到位有檢測元件來檢測,檢測信號有效即說明變擋完成。對于主軸無級變速的情況,可以采用CNC控制主軸電動機(jī)低速傳動來預(yù)防液壓撥叉頂齒問題,對于恒速交流電動機(jī)分段有級變速的情況,一般在傳動機(jī)構(gòu)上安裝一個小型電動機(jī)或者液壓馬達(dá)來預(yù)防頂齒問題。
  液壓撥叉需要安裝一套液壓裝置才可以工作,將電信號轉(zhuǎn)換為電磁閥動作,再將液壓油分別通入相應(yīng)的液壓缸,這就增加了裝置的復(fù)雜性。
  2.電磁離合器
  電磁離合器的工作原理是利用電磁效應(yīng)來接通或者切斷運動。它的優(yōu)點是便于實現(xiàn)自動操作,并且有成熟的系列產(chǎn)品可供選用,因此,它是自動裝置中常用的操縱元件。但是它存在體積大,磁通容易磁化機(jī)械零件等缺點。在數(shù)控卷板機(jī)床主傳動系統(tǒng)中,電磁離合器的使用簡化了變速機(jī)構(gòu),各個傳動軸上離合器的吸合與分離的不同組合,形成了不同的傳動路線,實現(xiàn)了主軸的變速。
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