王春風(fēng) 錢志勇 張利鋒

摘要：雙刀架數(shù)控車床用于加工堵頭，也適用于盤類零件的批量生產(chǎn)。堵頭進(jìn)行外圓和內(nèi)孔的加工，傳統(tǒng)加工每次只能加工單面，需進(jìn)行兩次加裝夾，效率低下，采用雙刀架數(shù)控車床，一次裝夾即可實(shí)現(xiàn)同時兩面的同時加工，提高了加工效率，采用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行上下料，減少人工，提高人員安全性，提高經(jīng)濟(jì)效益。本文對變頻器在數(shù)控機(jī)床主軸上的應(yīng)用進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：變頻器;數(shù)控機(jī)床主軸;應(yīng)用

引言

數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)在具體的運(yùn)用以及發(fā)展過程中，通過合理運(yùn)用PLC技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在使用過程中各類限制的突破，提升實(shí)際的工作效果，降低傳統(tǒng)工作模式的局限性帶來的不利影響，使整個工作流程可以更加順利的進(jìn)行，整體提升數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率，為加工產(chǎn)品的精準(zhǔn)性和質(zhì)量提供有效的保障。與此同時能夠使整個系統(tǒng)的運(yùn)行效果更加穩(wěn)定，快速達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

1數(shù)控機(jī)床的常見功能

在實(shí)際工作中，數(shù)控機(jī)床是通過分布在多個軸位上的伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)最終的定位功能，并且不同軸位之間在工作過程中存在良好的聯(lián)動特點(diǎn)，能夠同時進(jìn)行運(yùn)動也能夠分開運(yùn)動，從而能夠使數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)的效率得到相應(yīng)的保障，提高數(shù)控機(jī)床機(jī)械生產(chǎn)的工作準(zhǔn)確性和真實(shí)性。在數(shù)控機(jī)床的實(shí)際工作中，不同的軸在進(jìn)行全面運(yùn)動的同時，還可以通過使用光柵尺完成全閉環(huán)式的完整控制，進(jìn)而保證工作臺可以對整體進(jìn)行定位，為了保證實(shí)際的定位和工作質(zhì)量，需要合理使用外展模擬量I/O點(diǎn)形式來對高速變頻器的工作狀態(tài)進(jìn)行控制以及保證不同位置的電機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)啟動和停止功能的優(yōu)化，提升轉(zhuǎn)速系統(tǒng)整體的同步控制效果。將主軸的轉(zhuǎn)速保持在一定水平，能夠幫助提高機(jī)械生產(chǎn)的工作效率，同時使冷卻水泵得到合理的配置，通過對電機(jī)設(shè)備的冷卻處理也能夠更好地檢測電機(jī)設(shè)備的溫度，并且使溫度的保護(hù)效果得到進(jìn)一步的提高，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作目的。在主軸運(yùn)行環(huán)節(jié)通常需要進(jìn)行機(jī)械手以及刀庫的安裝，這項(xiàng)工作的主要目的是為自動化以及手動化的工作方式提供保障，同時也是提升整體工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的有效方式。在采取機(jī)械手換刀的方式后，可以實(shí)現(xiàn)對刀具各類信息的收集。在數(shù)控機(jī)床的實(shí)際工作中，需要對系統(tǒng)的刀具磨損情況以及斷刀的情況進(jìn)行了解，防止系統(tǒng)中出現(xiàn)刀具失效的問題而最終影響到整體的效果。同時，在對機(jī)械和設(shè)備進(jìn)行換刀的過程中，需要保障加工生產(chǎn)的穩(wěn)定性，控制不同機(jī)位的工作模式來完成相應(yīng)的任務(wù)和要求。

2數(shù)控機(jī)床電氣控制中PLC的實(shí)踐應(yīng)用

2.1應(yīng)用形式分析

數(shù)控機(jī)床電氣控制中PLC的應(yīng)用主要包括外裝PLC和集成式PLC兩種模式。集成式PLC是PLC與NC的有效結(jié)合，兩者雖然共同使用一個中心處理器，但是可以分開運(yùn)行，在信號傳輸上均依靠總控制線完成，具有信息輸送速度快的特點(diǎn)。兩者有效結(jié)合對電氣控制系統(tǒng)優(yōu)化有一定幫助，且能夠加快系統(tǒng)功能升級，確保電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步運(yùn)行。外裝PLC或者集成式PLC能夠優(yōu)化數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的功能，提升運(yùn)行速度。在連接方式上，PLC主要分為獨(dú)立式和內(nèi)裝式兩種。獨(dú)立式的連接方式要求PLC與CNC裝置分離。PLC本身具有獨(dú)立性特點(diǎn)，且具備較為齊全的功能，因此可以獨(dú)立管理機(jī)床，對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行全面控制，其中單獨(dú)應(yīng)用PLC控制機(jī)床的情況較多[5]。而內(nèi)裝式PLC與獨(dú)立式PLC的性質(zhì)不同。內(nèi)裝式中PLC隸屬于CNC，與CNC為一體，連接方式的針對性較強(qiáng)，能夠有效提升數(shù)控機(jī)床控制性能，同時可以輸出PLC與CNC之間的信息。相比于獨(dú)立式PLC，在信號傳輸時，內(nèi)裝式PLC更具優(yōu)勢，不僅傳輸便捷，而且速度較快，同時在結(jié)構(gòu)上具有一定的穩(wěn)定性。連接方式不同，側(cè)重點(diǎn)也會存在不同。因此，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該選擇一個更適合實(shí)際情況的連接方式，以確保數(shù)控機(jī)床能夠穩(wěn)步運(yùn)行。

2.2變頻器

為了確保數(shù)控機(jī)床的有效運(yùn)行，主軸速度需要達(dá)到一定的要求。因此，工作人員需要管控好主軸設(shè)備，選擇良好的變頻器設(shè)備。運(yùn)動控制器的每個通信端口均需要有串口進(jìn)行連接。這要求變頻器能夠良好運(yùn)行，從而更好地處理模擬量，全面提升變頻器運(yùn)作水平和運(yùn)行質(zhì)量。

3變頻器在數(shù)控機(jī)床主軸上的應(yīng)用建議

3.1優(yōu)化性的運(yùn)用

一般情況下，數(shù)控主軸上應(yīng)用變頻器，進(jìn)行主軸驅(qū)動系統(tǒng)的控制，很容易在系統(tǒng)處于低速運(yùn)行的狀態(tài)下發(fā)生輸出轉(zhuǎn)矩過低的問題，最終引發(fā)爬行的現(xiàn)象，不利于整體主軸的良好控制。因此，在使用變頻器的過程中應(yīng)遵循優(yōu)化性的運(yùn)用原則，創(chuàng)建變頻主軸機(jī)床，有機(jī)整合變速箱機(jī)械調(diào)速的模式、變頻器電氣調(diào)速的模式，拓寬主軸的調(diào)速范圍，使其在低速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下依然可以保證輸出轉(zhuǎn)矩在較高的形態(tài)，避免對主軸電機(jī)設(shè)備運(yùn)行期間的切削功率造成影響。對于變速箱之內(nèi)各個檔位的齒輪，可以通過PMC控制的形式，達(dá)到自動化切換檔位的目的，與此同時，通過變頻器完善電氣系統(tǒng)的無極調(diào)速功能，借助分段無極調(diào)速的方式有效控制每個機(jī)械檔位。

3.2重點(diǎn)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)

數(shù)控機(jī)床主軸上應(yīng)用，變頻器要想確保性能有所提升，就應(yīng)準(zhǔn)確選取與設(shè)定控制面板參數(shù)信息，使其在較為復(fù)雜的電控系統(tǒng)中，靈活性控制，一般情況下，數(shù)控機(jī)床主軸上使用變頻器，能夠確保啟動與停止操作的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速的目的，拓寬調(diào)速的范圍和廣度，使得主軸在運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)長時間穩(wěn)定性的運(yùn)行目的，操作較為便利，后續(xù)維護(hù)工作較少，輸出的所有數(shù)據(jù)信息都能符合性能標(biāo)準(zhǔn)需求，但是如果不能準(zhǔn)確設(shè)置參數(shù)，將會影響主軸的運(yùn)行控制效果，因此，在使用變頻器的過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注參數(shù)的科學(xué)化設(shè)置。首先從速度層面來講，應(yīng)使用多段速度參數(shù)設(shè)置方式，按照模擬量與分段類型的調(diào)速方式，將模擬量調(diào)速的參數(shù)設(shè)置為0-10伏電壓、4-20毫安電流，為無極調(diào)速的操作提供便利，而分段調(diào)速方面設(shè)置成為中高低三檔調(diào)速的參數(shù)，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)速度調(diào)整的分段性，還能為模擬量調(diào)速操作提供一定的支持。最后，在參數(shù)設(shè)置的工作中應(yīng)結(jié)合運(yùn)行功能，保證電動機(jī)額定電流電壓容量所有參數(shù)的合理性，盡可能結(jié)合銘牌的內(nèi)容設(shè)定數(shù)據(jù)值。除此之外，在應(yīng)用狀態(tài)顯示板的過程中，也需要確保參數(shù)在整體環(huán)節(jié)中不可以出現(xiàn)更改的現(xiàn)象，必須嚴(yán)格根據(jù)之前設(shè)定的參數(shù)信息操作，如果在操作的過程中，需要更改參數(shù)信息，就要在模擬輸出信號的允許范圍之內(nèi)調(diào)整利用開關(guān)量的調(diào)節(jié)，達(dá)到最終良好的參數(shù)調(diào)整優(yōu)化目的。

結(jié)束語

整個車床系統(tǒng)由工業(yè)機(jī)器人代替原有人工，因此本系統(tǒng)以工業(yè)機(jī)器人作為控制核心，工業(yè)機(jī)器人加裝I/O拓展模塊，鉆床、數(shù)控車床的狀態(tài)信號傳給工業(yè)機(jī)器人的數(shù)字信號輸入點(diǎn)，而工業(yè)機(jī)器人數(shù)字信號輸出點(diǎn)控制鉆床、數(shù)控車床啟、停、及其開、關(guān)門等動作。機(jī)器人程序需按工作流程進(jìn)行編寫。工業(yè)機(jī)器人移動到車床（包括鉆床和數(shù)控車床）附近安全位置時，需首先判定車床當(dāng)前的狀態(tài)，確認(rèn)處于空閑時，即可向車床發(fā)出開門信號，待確認(rèn)車床開門狀態(tài)后，方可放置工件，但機(jī)器人運(yùn)行至安全位置后，方可發(fā)出向車床發(fā)出關(guān)門及加工指令，加工完成取工件同理，保證正常加工流程，防止出現(xiàn)撞車。

參考文獻(xiàn)：

[1]王潔園，趙國慶.數(shù)控機(jī)床變頻器故障的診斷與維修[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2020，28（30）：64+77.

[2]徐春霞，葛躍田，杜群，王曉兵，艾克木·尼牙孜.西門子變頻器在數(shù)控機(jī)床主軸改造中的應(yīng)用[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2018，35（08）：121-123.

[3]范芳洪.數(shù)控機(jī)床變頻器故障維修[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2017（05）：129-132.

[4]姜梅.數(shù)控機(jī)床電氣控制與驅(qū)動系統(tǒng)故障樹分析[D].電子科技大學(xué)，2017.

[5]孔露露.數(shù)控機(jī)床能耗建模與參數(shù)影響分析[D].大連理工大學(xué)，2017.