數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)-文庫(kù)吧
2024-12-21 16:30 本頁(yè)面
【正文】 化主軸箱。但低速段輸出轉(zhuǎn)矩常無(wú)法滿(mǎn)足強(qiáng)切削轉(zhuǎn)矩的要求。如單純追求無(wú)級(jí)調(diào)速，必然增大主軸電動(dòng)機(jī)功率，主軸電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置的體積、質(zhì)量及成本都會(huì)大大增加，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率會(huì)大大降低。因此數(shù)控機(jī)床常采用 1~4擋齒輪變速與無(wú)級(jí)調(diào)速相結(jié)合的方案，即分段無(wú)級(jí)變速。圖 為采用與不采用齒輪減速主軸的輸出特性。 分段無(wú)級(jí)變速原理 ? 采用齒輪減速雖然可增大低速時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩，但同時(shí)降低了最高主軸轉(zhuǎn)速。因此須采用齒輪自動(dòng)換擋，達(dá)到既滿(mǎn)足低速轉(zhuǎn)矩，又滿(mǎn)足最高主軸轉(zhuǎn)速的要求。數(shù)控系統(tǒng)一般均提供 4擋自動(dòng)變速功能，而數(shù)控機(jī)床通常使用兩擋即可滿(mǎn)足要求。在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)設(shè)置 M41~M44四擋對(duì)應(yīng)的最高主軸轉(zhuǎn)速后，即可用 M41~M44指令控制齒輪自動(dòng)換擋?？刂七^(guò)程中，數(shù)控系統(tǒng)將根據(jù)當(dāng)前 S指令值，自動(dòng)判斷擋位，向 PLC輸出相應(yīng)的 M41~M44指令，由 PLC控制變換齒輪位置；數(shù)控裝置同時(shí)輸出相應(yīng)的模擬電壓或數(shù)字信號(hào)設(shè)定對(duì)應(yīng)的速度。其控制結(jié)構(gòu)如圖 。 主軸分段無(wú)極變速及控制 （ 2）自動(dòng)換擋控制 ? 自動(dòng)變速動(dòng)作控制時(shí)序如圖 。 ? M代碼輸出 ?M選通 ?M代碼確認(rèn) ?M代碼執(zhí)行 ?主軸蠕動(dòng) ?換擋完成 ?轉(zhuǎn)速設(shè)定 主軸分段無(wú)極變速及控制 （ 3）變擋機(jī)構(gòu) ? 液壓撥叉變擋機(jī)構(gòu)： 液壓撥叉是用一只或幾只液壓缸帶動(dòng)齒輪移動(dòng)的變速機(jī)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的二位液壓缸實(shí)現(xiàn)雙聯(lián)齒輪變速。三聯(lián)或三聯(lián)以上的齒輪換擋則需使用差動(dòng)液壓缸（具體結(jié)構(gòu)和工作原理可參閱相關(guān)書(shū)籍）。液壓撥叉變擋機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，不但需要附加一套液壓裝置，還需將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁閥動(dòng)作，控制壓力油分至相應(yīng)的液壓缸。 變擋機(jī)構(gòu) ? 電磁離合器變擋機(jī)構(gòu) ：電磁離合器可以通過(guò)控制線(xiàn)圈的通斷，來(lái)控制傳動(dòng)鏈接續(xù)和切斷，便于實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)控制。其缺點(diǎn)是體積較大，產(chǎn)生的磁通易使機(jī)械零件磁化。在數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)中，使用電磁離合器可簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)，通過(guò)安裝在各傳動(dòng)軸上離合器的吸合與分離，形成不同的運(yùn)動(dòng)組合傳動(dòng)鏈，實(shí)現(xiàn)主軸變速。數(shù)控機(jī)床常使用無(wú)滑環(huán)摩擦片式電磁離合器和牙嵌式電磁離合器。摩擦片式電磁離合器采用摩擦片傳遞轉(zhuǎn)矩，允許不停車(chē)變速。但如果速度過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生大量的摩擦熱。牙嵌式電磁離合器將摩擦面加工成一定的齒形，可提高傳遞轉(zhuǎn)矩，縮小離合器的徑向和軸向尺寸，使主軸結(jié)構(gòu)更加緊湊，減少摩擦勢(shì)，但牙嵌式電磁離合器必須在低速時(shí)才能變速。 三、主軸準(zhǔn)?？刂? ? 主軸準(zhǔn)停功能指控制主軸準(zhǔn)確停在固定位置的功能，又稱(chēng)為主軸定位功能，是數(shù)控加工過(guò)程中自動(dòng)換刀所必需的功能。在自動(dòng)換刀的鏜、銑加工中心上，切削扭矩通常是通過(guò)刀桿的端面鍵傳遞的，因此，要求主軸具有準(zhǔn)確的定位于圓周特定角度的功能（見(jiàn)圖 ）；當(dāng)加工階梯孔或精鏜孔后退刀時(shí)，為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工過(guò)的孔表面，必須先讓刀，再退刀。即使讓刀，刀具也必須能夠準(zhǔn)確定位。 主軸準(zhǔn)停控制 ? 主軸準(zhǔn)停功能分為機(jī)械準(zhǔn)停和電氣準(zhǔn)停。 ? 機(jī)械準(zhǔn)停： ? 電氣準(zhǔn)停 電氣準(zhǔn)停 1）磁傳感器準(zhǔn)停 電氣準(zhǔn)停 2）編碼器主軸準(zhǔn)停 電氣準(zhǔn)停 3）數(shù)控系統(tǒng)準(zhǔn)停 ?注意問(wèn)題： ①數(shù)控系統(tǒng)須具有主軸位置閉環(huán)控制功能。 ②當(dāng)采用主軸電動(dòng)機(jī)軸端編碼器檢測(cè)位置信號(hào)，主軸傳動(dòng)鏈的精度可能對(duì)準(zhǔn)?？刂凭犬a(chǎn)生影響。 電氣準(zhǔn)停 ?采用電氣準(zhǔn)?？刂朴腥缦聝?yōu)點(diǎn)： ? 簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu) ? 縮短準(zhǔn)停時(shí)間 ? 可靠性增大 ? 性能價(jià)格比提高 四、主軸與進(jìn)給軸關(guān)聯(lián)控制 ?主軸與進(jìn)給軸關(guān)聯(lián)控制一般通過(guò)脈沖編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （ 1）脈沖編碼器 ? 增量式脈沖編碼器 ：脈沖發(fā)生器每次測(cè)量的角位移，都是相對(duì)上一次角度位置的增量。這種編碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用最廣泛。為提高其分辨率，通常采用電子線(xiàn)路進(jìn)行倍頻細(xì)分。增量式脈沖編碼器輸出兩個(gè)相位差 90176。的 A、 B信號(hào)和零位 C信號(hào)，其中 A、 B信號(hào)可用來(lái)計(jì)算角位移的大小，還可利用它們相位超前或滯后的關(guān)系辨別旋轉(zhuǎn)方向。 脈沖編碼器 ? 絕對(duì)式脈沖編碼器 ：碼盤(pán)每一轉(zhuǎn)角位置都刻有表示該位置的惟一代碼，通過(guò)讀取碼盤(pán)之值即可直接獲得主軸的角度坐標(biāo)。單個(gè)碼盤(pán)組成的絕對(duì)式脈沖編碼器，只能測(cè)量 0176。 ~360176。范圍內(nèi)的角位移，測(cè)量大于 360176。的角位移，必須使用有多個(gè)碼盤(pán)的絕對(duì)式脈沖編碼器。絕對(duì)式脈沖編碼器碼盤(pán)常用的碼制有二進(jìn)制、循環(huán)碼、十進(jìn)制碼等幾種。最常用的碼制為二進(jìn)制循環(huán)碼。由于二進(jìn)制循環(huán)碼制的特點(diǎn)是相鄰兩組數(shù)碼之間只有一位變化，即使制造與安裝不太精確，所造成的誤差也不會(huì)超過(guò)碼盤(pán)自身的分辨率。 主軸與進(jìn)給軸關(guān)聯(lián)控制 （ 2）主軸旋轉(zhuǎn)與軸向進(jìn)給的關(guān)聯(lián)控制 ? 以螺紋切削加工為例，介紹數(shù)控系統(tǒng)主軸旋轉(zhuǎn)與軸向進(jìn)給的關(guān)聯(lián)控制功能。 1）進(jìn)給量與主軸轉(zhuǎn)速關(guān)聯(lián)控制 ? 在數(shù)控車(chē)床上加工圓柱螺紋時(shí)，無(wú)論螺紋是等距螺紋還是變距螺紋，都要求主軸轉(zhuǎn)速與刀具軸向進(jìn)給保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系，數(shù)控系統(tǒng)必須具有主軸轉(zhuǎn)速與軸向進(jìn)給量關(guān)聯(lián)控制功能。在主軸上安裝的脈沖編碼器可以檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角、相位、零位等信號(hào)，在主軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，脈沖編碼器不斷向數(shù)控裝置發(fā)送脈沖信號(hào)，根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算結(jié)果，控制進(jìn)給坐標(biāo)軸伺服系統(tǒng)，使進(jìn)給量與主軸轉(zhuǎn)速保持螺紋加工所需的比例關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)螺紋的精確加工。 主軸旋轉(zhuǎn)與軸向進(jìn)給的關(guān)聯(lián)控制 2）主軸旋轉(zhuǎn)方向控制 ? 通過(guò)改變主軸旋轉(zhuǎn)方向，可以加工出左螺紋或右螺紋，主軸旋轉(zhuǎn)方向可通過(guò)脈沖編碼器正交的 A相、B相脈沖信號(hào)的順序來(lái)判別。 3）主軸絕對(duì)位置定位 ? 脈沖編碼器的零位脈沖信號(hào) C，剛好對(duì)應(yīng)主軸旋轉(zhuǎn)一圈，可用于主軸絕對(duì)位置定位檢測(cè)和控制。在多次循環(huán)切削同一螺紋時(shí)，該零位信號(hào)可作為刀具切入點(diǎn)，以確保螺紋螺距不出現(xiàn)亂扣現(xiàn)象。即在每次螺紋切削進(jìn)給前，刀具必須經(jīng)過(guò)零位脈沖定位后才能切削，以確保刀具在工件圓周同一點(diǎn)切入。 主軸與進(jìn)給
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