宋鵬飛

通用技術(shù)集團大連機床有限責任公司 遼寧 大連 116620

數(shù)控車床最經(jīng)濟的一種主軸配置方式是普通三相異步電動機配齒輪箱變速箱，實現(xiàn)有級調(diào)速，電動機始終工作在工頻下，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合，也就無法滿足客戶對零件加工的需求。為了確保數(shù)控車床主軸低速時有較大的轉(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或直流電機無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速，這就是數(shù)控機床的模擬主軸。為了在自動方式程序執(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換檔，機械上采用電動推桿自動換檔來實現(xiàn)各個檔位的轉(zhuǎn)換。

一、電動推桿的結(jié)構(gòu)

1線性電機M1

2檔位開關(guān)SQ1

3檔位開關(guān)SQ2

4和7推桿

5線性電機M2

6檔位開關(guān)SQ3

8檔位開關(guān)SQ4

9和11搖桿

10和12限位塊(各兩件)

二、電動推桿的動作

根據(jù)機械床頭箱里齒輪的齒數(shù)變比，通過Ⅱ軸、Ⅲ軸降速傳遞，使主軸有三檔速度轉(zhuǎn)換(三個檔位已滿足主軸轉(zhuǎn)速范圍需求)，再通過數(shù)控系統(tǒng)改變變頻器的0-10V的模擬量輸入，實現(xiàn)主軸各檔內(nèi)無級調(diào)速。三檔速度的轉(zhuǎn)換，是通過兩個線性電機驅(qū)動絲桿模塊進行檔位轉(zhuǎn)換，當檔位轉(zhuǎn)到位時，電動推桿上對應(yīng)的行程開關(guān)開點閉合，就表示自動換檔成功。線性電機M1和M2都有正反轉(zhuǎn)，當主軸的速度處于Ⅰ檔時，由數(shù)控系統(tǒng)M輔助代碼執(zhí)行Ⅱ檔或Ⅲ檔，這時M1電機正轉(zhuǎn)；當當前主軸的速度處于Ⅱ檔或Ⅲ檔時，由數(shù)控系統(tǒng)M輔助代碼執(zhí)行Ⅰ檔，這時M1電機反轉(zhuǎn)。當當前主軸的速度處于Ⅰ檔或Ⅱ檔時，由數(shù)控系統(tǒng)M輔助代碼執(zhí)行Ⅲ檔，這時M2電機正轉(zhuǎn)，反之，M2電機反轉(zhuǎn)。在自動換檔過程中，為了使齒輪更好的嚙合，主軸電機帶動的傳動機構(gòu)需要做低速正反轉(zhuǎn)的擺動，擺動周期和電動推桿的用時相匹配，時間不宜過長。

三、電動推桿自動換擋實現(xiàn)分段無級調(diào)速

主軸三檔自動轉(zhuǎn)換由FANUC數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行M輔助代碼來完成，用M41表示Ⅰ檔，用M42表示Ⅱ檔，用M43表示Ⅲ檔，PMC程序中用這三個輔助代碼的信號地址根據(jù)電動推桿的動作來控制M1和M2電機的正反轉(zhuǎn)。FANUC系統(tǒng)的齒輪檔位信號為GR1(地址是G28.1)和GR2(地址是G28.2)，只有當電動推桿自動換檔到檔位上，即檔位開關(guān)SQ1-SQ4的通斷狀態(tài)與主軸各檔位相匹配，用這些狀態(tài)來觸發(fā)系統(tǒng)的不同檔位的齒輪選擇信號GR1和GR2，然后在每個檔位對應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)置每個檔位最大的主軸轉(zhuǎn)數(shù)，這樣就實現(xiàn)主軸在各檔內(nèi)無級調(diào)速，即分段調(diào)速，段內(nèi)無極變速。檔位開關(guān)控制的齒輪選擇信號的PMC程序見梯形圖。4個檔位開關(guān)與主軸各檔位的對應(yīng)關(guān)系見表，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)齒輪選擇信號與主軸檔位以及最大主軸轉(zhuǎn)速參數(shù)對應(yīng)關(guān)系見表。

在自動換檔過程中，為了使齒輪更好的嚙合，主軸電機帶動的傳動機構(gòu)需要做低速正反轉(zhuǎn)的擺動。擺動速度由FANUC主軸定向信號以及相對應(yīng)參數(shù)來實現(xiàn)，主軸定向信號SOR地址是G29.5，這是主軸以一定速度旋轉(zhuǎn)的信號。主軸定向信號對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速參數(shù)No.3732，將參數(shù)里值設(shè)為1-6中的一個值，當系統(tǒng)執(zhí)行M41-M43中的任一輔助代碼自動換檔時，主軸定向信號G29.5被置為1，主軸就會以參數(shù)No.3732里設(shè)的數(shù)值低速旋轉(zhuǎn)。PMC程序見梯形圖。

四、結(jié)語

用電動推桿實現(xiàn)自動換檔，機械結(jié)構(gòu)簡單且可靠，操作也方便容易，提高了加工效率。主軸電機經(jīng)過齒輪床頭箱的變速和系統(tǒng)模擬量的控制，主軸的無級調(diào)速，實現(xiàn)分段調(diào)速、段內(nèi)無級變速的功能，使數(shù)控車床在恒功率切削的轉(zhuǎn)速范圍成倍擴大，在低速時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。