多擋位數(shù)控車床變頻主軸定位準(zhǔn)停功能改造

李艷，李玉軍，沈繼章

1.棗莊學(xué)院 山東棗莊 277000

2.滕州高級(jí)技工學(xué)校 山東滕州 277500

1 序言

在經(jīng)濟(jì)型普通數(shù)控車床中，應(yīng)用最廣的是高低兩擋數(shù)控車床。這種數(shù)控車床通過主軸箱進(jìn)行換擋變速，同時(shí)配有變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)主軸在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速，這樣既可以進(jìn)行高擋位的高速切削，又可以在低擋位進(jìn)行大轉(zhuǎn)矩切削。隨著日益復(fù)雜的工件加工要求和機(jī)器人上下料的普及，用戶希望這類車床可以實(shí)現(xiàn)主軸隨時(shí)定位準(zhǔn)確停止。但是由于主軸變頻器調(diào)速常為開環(huán)控制，無法實(shí)現(xiàn)主軸在每個(gè)擋位上準(zhǔn)確定向停止。

當(dāng)前，普通數(shù)控車床配合機(jī)械手自動(dòng)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(shí)，手動(dòng)或點(diǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)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(jī)床的價(jià)格成本比較高，因此采用得比較少。為此，結(jié)合高低擋位數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(jī)床的基礎(chǔ)上，不需要更換高擋變頻器和更昂貴的伺服系統(tǒng)，進(jìn)行電氣控制修改和PLC控制增加，修改變頻器參數(shù)，就可以使機(jī)床在不同擋位都可實(shí)現(xiàn)定位停止。

2 控制模式改造

以經(jīng)濟(jì)型車床CLK6140D/2高低二擋數(shù)控車床為例，變頻器為E580系列矢量型通用變頻器。原機(jī)床的控制模式如圖1所示。

圖1 原機(jī)床的控制模式

圖1 所示的控制方式為開環(huán)控制，數(shù)控系統(tǒng)將不同速度的指令轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)速度指令的旋轉(zhuǎn)。

為實(shí)現(xiàn)主軸定位停止，從電氣控制上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，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(shù)控系統(tǒng)輸出高低擋定位信號(hào)（KA3、KA4閉合）給可編程控制器，經(jīng)過控制器內(nèi)部PLC處理，將各個(gè)參數(shù)信號(hào)賦予變頻器，變頻器控制電動(dòng)機(jī)停止。同時(shí)，編碼器會(huì)將主軸停止位置反饋給變頻器，PG卡將位置反饋給數(shù)控系統(tǒng)，形成閉環(huán)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(shù)控系統(tǒng)之間架起換擋、定位停止的橋梁，進(jìn)行變頻器內(nèi)部參數(shù)的改變，無需進(jìn)行大量的PLC程序設(shè)計(jì)。

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(dòng)機(jī)電源，數(shù)控系統(tǒng)輸出的主軸轉(zhuǎn)速模擬量信號(hào)SVC、AGND接入變頻器A11、GND端子，通過改變變頻器頻率，主軸電動(dòng)機(jī)以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)中的PLC程序控制繼電器KA1、KA2的線圈接通，使主軸正、反轉(zhuǎn)。變頻器發(fā)生故障，TA、TB端子輸出報(bào)警。為使主軸定位停止，增加KA3、KA4兩個(gè)繼電器控制高低擋的定位。

圖3 中KA1、KA2常開點(diǎn)分別控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，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(rèn)為在高擋加工時(shí)進(jìn)行定位停止，當(dāng)需切換為低擋進(jìn)行定位時(shí)，繼電器KA3常開點(diǎn)閉合。無論在哪個(gè)擋位都需執(zhí)行定位停止指令M26，數(shù)控系統(tǒng)輸出信號(hào)，KA4常開點(diǎn)閉合，執(zhí)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(jī)床在高擋執(zhí)行M42加工時(shí)，程序中輸入M26定位停止指令，數(shù)控系統(tǒng)P L C輸出，K A4常開點(diǎn)閉合，可編程控制器與變頻器通信，主軸執(zhí)行定位停止。當(dāng)機(jī)床在低擋執(zhí)行M41加工時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)PLC輸出，KA3、KA4常開點(diǎn)閉合，可編程控制器與變頻器通信，主軸執(zhí)行定位停止。980TDc系統(tǒng)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(shí)執(zhí)行；Y0.7控制KA4線圈，執(zhí)行M26定向選擇、M27定向取消。

圖4 部分PLC程序

5 結(jié)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(chǔ)上，無需淘汰原機(jī)床，也無需做大型改造，即可降低企業(yè)的改造成本。多擋位數(shù)控車床變頻主軸定位準(zhǔn)停功能的改造，不僅使機(jī)床在不同擋位都可實(shí)現(xiàn)定位準(zhǔn)停，而且可供廣大機(jī)械加工企業(yè)參考使用。