多擋位數控車床變頻主軸定位準停功能改造

李艷，李玉軍，沈繼章

1.棗莊學院 山東棗莊 277000

2.滕州高級技工學校 山東滕州 277500

1 序言

在經濟型普通數控車床中，應用最廣的是高低兩擋數控車床。這種數控車床通過主軸箱進行換擋變速，同時配有變頻調速電動機，實現主軸在較寬的轉速范圍內無級調速，這樣既可以進行高擋位的高速切削，又可以在低擋位進行大轉矩切削。隨著日益復雜的工件加工要求和機器人上下料的普及，用戶希望這類車床可以實現主軸隨時定位準確停止。但是由于主軸變頻器調速常為開環控制，無法實現主軸在每個擋位上準確定向停止。

當前，普通數控車床配合機械手自動化上下料加工比較多，尤其是遇到有位置加工要求的工件時，手動或點動旋轉主軸至特定位置等操作都存在不足。而采用伺服主軸控制，機床的價格成本比較高，因此采用得比較少。為此，結合高低擋位數控車床的結構特點，提出了一種變頻主軸定位停止的控制方法。該方法是在原機床的基礎上，不需要更換高擋變頻器和更昂貴的伺服系統，進行電氣控制修改和PLC控制增加，修改變頻器參數，就可以使機床在不同擋位都可實現定位停止。

2 控制模式改造

以經濟型車床CLK6140D/2高低二擋數控車床為例，變頻器為E580系列矢量型通用變頻器。原機床的控制模式如圖1所示。

圖1 原機床的控制模式

圖1 所示的控制方式為開環控制，數控系統將不同速度的指令轉化成不同大小的模擬電壓指令給變頻器，變頻器輸出不同的頻率使電動機進行相應速度指令的旋轉。

為實現主軸定位停止，從電氣控制上進行創新設計，增加通用型可編程控制器、PG卡及繼電器。改造后加入定位停止的控制模式，如圖2所示。

圖2 改造后的控制模式

在圖2中，數控系統輸出高低擋定位信號（KA3、KA4閉合）給可編程控制器，經過控制器內部PLC處理，將各個參數信號賦予變頻器，變頻器控制電動機停止。同時，編碼器會將主軸停止位置反饋給變頻器，PG卡將位置反饋給數控系統，形成閉環矢量控制方式。可編程控制器作為中間通信模塊，在變頻器與數控系統之間架起換擋、定位停止的橋梁，進行變頻器內部參數的改變，無需進行大量的PLC程序設計。

3 電氣控制原理

變頻器增加定位停止的電氣原理如圖3所示。斷路器QF控制變頻器及電動機電源，數控系統輸出的主軸轉速模擬量信號SVC、AGND接入變頻器A11、GND端子，通過改變變頻器頻率，主軸電動機以不同轉速旋轉。數控系統中的PLC程序控制繼電器KA1、KA2的線圈接通，使主軸正、反轉。變頻器發生故障，TA、TB端子輸出報警。為使主軸定位停止，增加KA3、KA4兩個繼電器控制高低擋的定位。

圖3 中KA1、KA2常開點分別控制主軸正轉、反轉，KA3為擋位切換控制，KA4為主軸定位停止控制。該控制電路默認為在高擋加工時進行定位停止，當需切換為低擋進行定位時，繼電器KA3常開點閉合。無論在哪個擋位都需執行定位停止指令M26，數控系統輸出信號，KA4常開點閉合，執行定位停止取消指令M27，KA4斷開。

圖3 電氣原理

4 PLC改造

具體操作如下。機床在高擋執行M42加工時，程序中輸入M26定位停止指令，數控系統P L C輸出，K A4常開點閉合，可編程控制器與變頻器通信，主軸執行定位停止。當機床在低擋執行M41加工時，數控系統PLC輸出，KA3、KA4常開點閉合，可編程控制器與變頻器通信，主軸執行定位停止。980TDc系統PLC程序截取部分程序如圖4所示，其中Y3.3控制KA3線圈，低擋選擇時執行；Y0.7控制KA4線圈，執行M26定向選擇、M27定向取消。

圖4 部分PLC程序

5 結束語

該控制方法適用于車床變頻主軸的定位停止功能改造，在滿足加工要求的基礎上，無需淘汰原機床，也無需做大型改造，即可降低企業的改造成本。多擋位數控車床變頻主軸定位準停功能的改造，不僅使機床在不同擋位都可實現定位準停，而且可供廣大機械加工企業參考使用。