宋鵬飛

通用技術(shù)集團(tuán)大連機(jī)床有限責(zé)任公司 遼寧 大連 116620

數(shù)控車床最經(jīng)濟(jì)的一種主軸配置方式是普通三相異步電動(dòng)機(jī)配齒輪箱變速箱，實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，電動(dòng)機(jī)始終工作在工頻下，主軸轉(zhuǎn)速范圍不大，不適合有色金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場(chǎng)合，也就無(wú)法滿足客戶對(duì)零件加工的需求。為了確保數(shù)控車床主軸低速時(shí)有較大的轉(zhuǎn)矩和主軸的變速范圍盡可能大，有的數(shù)控車床在交流變頻電機(jī)或直流電機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無(wú)級(jí)變速，這就是數(shù)控機(jī)床的模擬主軸。為了在自動(dòng)方式程序執(zhí)行中就能夠?qū)崿F(xiàn)檔位的變換，而不需要停止程序手動(dòng)換檔，機(jī)械上采用電動(dòng)推桿自動(dòng)換檔來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)檔位的轉(zhuǎn)換。

一、電動(dòng)推桿的結(jié)構(gòu)

1線性電機(jī)M1

2檔位開(kāi)關(guān)SQ1

3檔位開(kāi)關(guān)SQ2

4和7推桿

5線性電機(jī)M2

6檔位開(kāi)關(guān)SQ3

8檔位開(kāi)關(guān)SQ4

9和11搖桿

10和12限位塊(各兩件)

二、電動(dòng)推桿的動(dòng)作

根據(jù)機(jī)械床頭箱里齒輪的齒數(shù)變比，通過(guò)Ⅱ軸、Ⅲ軸降速傳遞，使主軸有三檔速度轉(zhuǎn)換(三個(gè)檔位已滿足主軸轉(zhuǎn)速范圍需求)，再通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)改變變頻器的0-10V的模擬量輸入，實(shí)現(xiàn)主軸各檔內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。三檔速度的轉(zhuǎn)換，是通過(guò)兩個(gè)線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿模塊進(jìn)行檔位轉(zhuǎn)換，當(dāng)檔位轉(zhuǎn)到位時(shí)，電動(dòng)推桿上對(duì)應(yīng)的行程開(kāi)關(guān)開(kāi)點(diǎn)閉合，就表示自動(dòng)換檔成功。線性電機(jī)M1和M2都有正反轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸的速度處于Ⅰ檔時(shí)，由數(shù)控系統(tǒng)M輔助代碼執(zhí)行Ⅱ檔或Ⅲ檔，這時(shí)M1電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)當(dāng)前主軸的速度處于Ⅱ檔或Ⅲ檔時(shí)，由數(shù)控系統(tǒng)M輔助代碼執(zhí)行Ⅰ檔，這時(shí)M1電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)當(dāng)前主軸的速度處于Ⅰ檔或Ⅱ檔時(shí)，由數(shù)控系統(tǒng)M輔助代碼執(zhí)行Ⅲ檔，這時(shí)M2電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之，M2電機(jī)反轉(zhuǎn)。在自動(dòng)換檔過(guò)程中，為了使齒輪更好的嚙合，主軸電機(jī)帶動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)需要做低速正反轉(zhuǎn)的擺動(dòng)，擺動(dòng)周期和電動(dòng)推桿的用時(shí)相匹配，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。

三、電動(dòng)推桿自動(dòng)換擋實(shí)現(xiàn)分段無(wú)級(jí)調(diào)速

主軸三檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換由FANUC數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行M輔助代碼來(lái)完成，用M41表示Ⅰ檔，用M42表示Ⅱ檔，用M43表示Ⅲ檔，PMC程序中用這三個(gè)輔助代碼的信號(hào)地址根據(jù)電動(dòng)推桿的動(dòng)作來(lái)控制M1和M2電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。FANUC系統(tǒng)的齒輪檔位信號(hào)為GR1(地址是G28.1)和GR2(地址是G28.2)，只有當(dāng)電動(dòng)推桿自動(dòng)換檔到檔位上，即檔位開(kāi)關(guān)SQ1-SQ4的通斷狀態(tài)與主軸各檔位相匹配，用這些狀態(tài)來(lái)觸發(fā)系統(tǒng)的不同檔位的齒輪選擇信號(hào)GR1和GR2，然后在每個(gè)檔位對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)置每個(gè)檔位最大的主軸轉(zhuǎn)數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)主軸在各檔內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，即分段調(diào)速，段內(nèi)無(wú)極變速。檔位開(kāi)關(guān)控制的齒輪選擇信號(hào)的PMC程序見(jiàn)梯形圖。4個(gè)檔位開(kāi)關(guān)與主軸各檔位的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)齒輪選擇信號(hào)與主軸檔位以及最大主軸轉(zhuǎn)速參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表。

在自動(dòng)換檔過(guò)程中，為了使齒輪更好的嚙合，主軸電機(jī)帶動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)需要做低速正反轉(zhuǎn)的擺動(dòng)。擺動(dòng)速度由FANUC主軸定向信號(hào)以及相對(duì)應(yīng)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，主軸定向信號(hào)SOR地址是G29.5，這是主軸以一定速度旋轉(zhuǎn)的信號(hào)。主軸定向信號(hào)對(duì)應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速參數(shù)No.3732，將參數(shù)里值設(shè)為1-6中的一個(gè)值，當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行M41-M43中的任一輔助代碼自動(dòng)換檔時(shí)，主軸定向信號(hào)G29.5被置為1，主軸就會(huì)以參數(shù)No.3732里設(shè)的數(shù)值低速旋轉(zhuǎn)。PMC程序見(jiàn)梯形圖。

四、結(jié)語(yǔ)

用電動(dòng)推桿實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可靠，操作也方便容易，提高了加工效率。主軸電機(jī)經(jīng)過(guò)齒輪床頭箱的變速和系統(tǒng)模擬量的控制，主軸的無(wú)級(jí)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)分段調(diào)速、段內(nèi)無(wú)級(jí)變速的功能，使數(shù)控車床在恒功率切削的轉(zhuǎn)速范圍成倍擴(kuò)大，在低速時(shí)具有更大的扭矩和切削能力，以滿足各種工況的切削，獲得最合理的切削速度，從而保證加工精度、加工表面質(zhì)量及高的生產(chǎn)效率。