《主軸運動的控制》PPT課件

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1、第五章主軸驅(qū)動及控制第一節(jié)概述第二節(jié)數(shù)控裝置與主軸驅(qū)動裝置的信號連接第三節(jié)主軸分段無級變速及控制第四節(jié)主軸準?？刂频谖骞?jié)主軸與進給軸的關(guān)聯(lián)控制主要內(nèi)容主軸驅(qū)動的特點、工作特性曲線數(shù)控裝置與主軸驅(qū)動裝置的信號連接主軸分段無級變速主軸準?？刂浦鬏S與進給軸的關(guān)聯(lián)控制方法一、數(shù)控機床對主軸控制的要求有較寬的調(diào)速范圍在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進行無級調(diào)速恒功率范圍要寬具有四象限驅(qū)動能力--正反轉(zhuǎn)均可加減速具有高精度的準停控制在車削中心上要求具有C軸功能發(fā)展情況早先采用直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)。但由于直流電動機機械換向，使用和維護都比較麻煩，并且其恒功率調(diào)速范圍較小。隨著微電子技術(shù)、交流調(diào)速理

2、論和大功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，交流驅(qū)動進入實用階段：現(xiàn)多采用鼠籠式感應(yīng)交流電動機+矢量變換變頻調(diào)速的主軸驅(qū)動系統(tǒng)。二、主軸驅(qū)動的特點與工作特性曲線(一)主軸電動機必須具備下述功能?輸出功率大；?在整個調(diào)速范圍內(nèi)恒功率范圍寬；?在斷續(xù)負載下電動機轉(zhuǎn)速波動小；?過載能力強、加速時間短；?電動機溫升低；?振動、噪聲小；?電動機可靠性高、壽命長、易維護；?體積小、質(zhì)量輕。(二)直流主軸驅(qū)動裝置為輸出較大功率，采用他磁式直流主軸電動機調(diào)速：晶閘管、脈寬調(diào)制PWMPWM調(diào)速具有很好的調(diào)速性能，在數(shù)控機床特別是對精度、速度要求較高數(shù)控機床的進給驅(qū)動裝置上廣泛使用三相全控晶閘管調(diào)速在

3、大功率方面有優(yōu)勢，用于直流主軸驅(qū)動裝置（三）交流主軸驅(qū)動裝置交流主軸電動機多采用鼠籠式感應(yīng)電動機結(jié)構(gòu)簡單便宜可靠矢量變換控制矢量變換控制是1971年德國FelixBlaschke等人提出，基本思路：通過復(fù)雜的坐標變換，把交流電動機等效成直流電動機進行控制，因而可得到同樣優(yōu)良的調(diào)速性能。(四)主軸電動機特性曲線某公司交流主軸驅(qū)動裝置的特性曲線，其功率為5.5～7.5KW第二節(jié)數(shù)控裝置與主軸驅(qū)動裝置的信號連接一、主軸伺服系統(tǒng)基本工作原理二、主軸轉(zhuǎn)速的控制及信號連接三、開關(guān)量信號及控制安川VS-626MT主軸伺服系統(tǒng)內(nèi)部工作原理框圖——典型的交－直－交變頻電路輸出為單極

4、性，用這兩個控制正反轉(zhuǎn)準備好信號主軸驅(qū)動工作時，閉合該觸點急停信號常閉觸點打開電機制動停轉(zhuǎn)力矩極限限制限制主軸電機最大輸出力矩工作狀態(tài)切換通常工作狀態(tài)還是伺服狀態(tài)選擇模擬量還是數(shù)字量控制選擇PI或PCNC輸出0~±10V電壓到NCOM達設(shè)定轉(zhuǎn)速，輸出信號可作CNC主軸S指令完成的應(yīng)答信號低于設(shè)定轉(zhuǎn)速，輸出信號用于換擋、離合器動作時低于設(shè)定力矩，輸出信號檢測主軸負載TTL、TTH輸入信號有效時，即進入力矩極限臨時限制狀態(tài)TLE信號輸出兩路模擬量輸出用于外接轉(zhuǎn)速和負載表——輸出電壓與實際轉(zhuǎn)速及負載成正比主軸轉(zhuǎn)速的四種控制方法?模擬電壓指定：0～±10V?12位二進制指定

5、：共12根信號線?2位BCD碼指定：00～99?3位BCD碼指定：000～999第三節(jié)主軸分段無級變速及控制一、概述采用無級調(diào)速主軸機構(gòu)，主軸箱雖然得到大大簡化，但其低速段輸出轉(zhuǎn)矩常常無法滿足機床強力切削的要求。單純追求無級調(diào)速，會增大主軸電動機的功率，從而使主軸電動機與驅(qū)動裝置的體積、重量及成本大大增加。當主軸采用齒輪減速后，雖然增大了低速輸出力矩，但也降低了最高主軸轉(zhuǎn)速。因此，通常采用齒輪自動換擋的方式，實現(xiàn)主軸分段無級變速，以達到同時滿足低速轉(zhuǎn)矩和最高主軸轉(zhuǎn)速的要求。一般來說，數(shù)控系統(tǒng)均提供4檔變速功能的要求，而數(shù)控機床通常使用兩檔即可滿足加工需要。數(shù)控系統(tǒng)

6、設(shè)置M41～M44代碼進行齒輪自動換擋的功能首先在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)設(shè)置M41～M44四檔對應(yīng)的最高主軸轉(zhuǎn)速數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)當前S指令值，判斷應(yīng)處的檔自動輸出相應(yīng)的M41～M44指令給可編程控制器(PLC)控制更換相應(yīng)的齒輪檔，數(shù)控裝置輸出相應(yīng)的模擬電壓M41對應(yīng)的主軸最高轉(zhuǎn)速為1000r／minM42對應(yīng)的主軸最高轉(zhuǎn)速為3500r／min當S指令在0～1000r／min范圍時，M41對應(yīng)的齒輪應(yīng)嚙合，S指令在1001～3500r／min范圍時，M42對應(yīng)的齒輪應(yīng)嚙合數(shù)控機床換擋傳動形式主軸電動機變檔齒輪傳遞主軸目前常采用液壓撥叉或電磁離合器來帶動不同齒輪的嚙合為了防止變速

7、箱換擋時出現(xiàn)的頂齒現(xiàn)象，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)均采用在換擋時，由數(shù)控系統(tǒng)控制主軸電動機低速轉(zhuǎn)動或振動的方法來實現(xiàn)齒輪的順序嚙合換擋時主軸電動機低速轉(zhuǎn)動或振動的速度可在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)中設(shè)定。二、自動換擋控制1）CNC讀到有檔變化的S指令時，輸出相應(yīng)M代碼(M41、M42、M43、M44)至PLC2）50ms后CNC發(fā)出M選通信號，指示PLC可讀取并執(zhí)行M代碼，選通信號持100ms3）PLC接收到信號后，立即使M完成信號為無效，告訴數(shù)控系統(tǒng)M代碼正在執(zhí)行4）PLC開始對M代碼進行譯碼，并執(zhí)行相應(yīng)的換擋控制邏輯5）M代碼輸出200ms后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)置輸出一定的主軸蠕動量