數(shù)控機(jī)床主軸準(zhǔn)停裝置研究及實(shí)際應(yīng)用

時(shí)間：2022-10-05 19:05:28 數(shù)控畢業(yè)論文我要投稿

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　　數(shù)控機(jī)床主軸準(zhǔn)停裝置研究及實(shí)際應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床主軸準(zhǔn)停裝置研究及實(shí)際應(yīng)用

　　[摘要]詳細(xì)分析了機(jī)床主軸準(zhǔn)停裝置的分類、結(jié)構(gòu)及其工作原理，對主軸準(zhǔn)停裝置的機(jī)械式和電氣式做了比較，對它們的優(yōu)缺點(diǎn)做了說明，并舉例說明主軸準(zhǔn)停在自動換刀和鏜孔退刀等實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

　　[關(guān)鍵詞]主軸準(zhǔn)停;控制;應(yīng)用

　　引言

　　主軸準(zhǔn)停功能又稱主軸定向功能。即當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)接收到準(zhǔn)停命令 ( M19) 時(shí)，主軸能停止在一個(gè)固定的方位或角度 (可以通過參數(shù)修改) ，并保持一定的力矩�，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床為了滿足自動換刀及某些加工工藝的需要，要求主軸具有高精度的準(zhǔn)停控制。[1]

　　由此可知主軸準(zhǔn)停是實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工自動化和刀具自動交換過程的重要環(huán)節(jié)。

　　1 主軸準(zhǔn)停裝置的控制

　　準(zhǔn)停裝置分為機(jī)械式和電氣式兩種。

　　1.1 機(jī)械方式：

　　如圖1所示，當(dāng)接收到主軸準(zhǔn)停指令后，主軸電動機(jī)以低速轉(zhuǎn)動，主軸箱內(nèi)齒輪換擋使主軸作低速慣性空轉(zhuǎn)，時(shí)間繼電器開始動作，并延時(shí)4--6s保證主軸轉(zhuǎn)穩(wěn)后接通無觸點(diǎn)開關(guān)的電源，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)到圖示位置即凸輪定位盤上的感應(yīng)塊與無觸點(diǎn)開關(guān)相接觸后發(fā)出信號，使主軸電動機(jī)停轉(zhuǎn)。

　　另一延時(shí)繼電器延時(shí)0.2--0.4s后，壓力油進(jìn)入定位液壓缸下腔，使定向活塞向左移動，當(dāng)定向活塞上的定向滾輪頂入凸輪定位盤的凹槽內(nèi)時(shí)，行程開關(guān)LS2發(fā)出信號，主軸準(zhǔn)停完成。若延時(shí)繼電器延時(shí)1s后行程開關(guān)IS2仍不發(fā)信號，說明準(zhǔn)停沒有完成，需使定向活塞后退，重新準(zhǔn)停。

　　當(dāng)活塞桿向右移到位時(shí)，行程開關(guān)LSl發(fā)出滾輪退出凸輪定位盤凹槽的信號，此時(shí)主軸可啟動工作。[2]

　　1.2 電氣方式

　　(1)磁性傳感器檢測定位：

　　如圖2所示，在主軸上安裝一個(gè)磁發(fā)體與機(jī)床主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離磁發(fā)體旋轉(zhuǎn)外軌跡1～2mm處安裝一個(gè)磁傳感器，它經(jīng)過放大電路與主軸控制單元連接。

　　當(dāng)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動或停止時(shí)，接收到控制單元發(fā)來的準(zhǔn)停起動信號ORT，主軸速度立即變?yōu)闇?zhǔn)停時(shí)的設(shè)定速度(可在主軸驅(qū)動裝置中設(shè)定)，當(dāng)主軸控制單元接收到磁傳感器信號后，主軸驅(qū)動立即進(jìn)入磁傳感器作為反饋原件的位置閉環(huán)控制，目標(biāo)位置即為準(zhǔn)停位置。準(zhǔn)停后，主軸驅(qū)動裝置向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出準(zhǔn)停完成信號ORE從而可進(jìn)行自動換刀或其他動作。[3]

　　(2)編碼器檢測定位：

　　如圖3所示，可以采用主軸驅(qū)動裝置的編碼器信號，也可以在主軸上安裝另一個(gè)編碼器。編碼器通常被安裝在被測軸上隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，將被測軸的角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。采用主軸內(nèi)部編碼器信號要注意傳動鏈對主軸準(zhǔn)停精度的影響。主軸驅(qū)動裝置內(nèi)部可自動轉(zhuǎn)換，使主軸驅(qū)動處于速度控制或位置控制狀態(tài)。

　　(3)數(shù)控系統(tǒng)控制主軸準(zhǔn)停裝置：

　　如圖4所示：準(zhǔn)停的角度可由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定成任意值，因此準(zhǔn)停角度可更方便地設(shè)定。準(zhǔn)停由數(shù)控代碼 M19執(zhí)行。當(dāng)執(zhí)行 M19或 M19 Sxx時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)先將M19送至可編程邏輯控制器(PLC)，處理后送出控制信號，控制信號會使主軸驅(qū)動進(jìn)入伺服狀態(tài)，同時(shí)主軸電動機(jī)降速并尋找主軸編碼器零位脈沖 C，然后進(jìn)入位置閉環(huán)控制狀態(tài)，并按系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定定向準(zhǔn)停。

　　若執(zhí)行M19無S指令，則主軸準(zhǔn)停于相對C脈沖的某一缺省位置(可由數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定);若執(zhí)行M19 S**指令，則主軸位于指令位置，也就是相對零位脈沖S**的角度位置。

　　例如：M03 S1000 主軸以1000r/min正轉(zhuǎn)

　　M19 主軸準(zhǔn)停于默認(rèn)位置

　　M19 S100 主軸準(zhǔn)停轉(zhuǎn)至100°處

　　S1000 主軸再次以1000r/min正轉(zhuǎn)

　　M19 S200 主軸準(zhǔn)停轉(zhuǎn)至200°處

　　2 主軸準(zhǔn)停裝置的實(shí)際應(yīng)用

　　主軸準(zhǔn)停主要應(yīng)用在加工中心自動換刀以及精鏜孔退刀等場合中。

　　2.1 準(zhǔn)停裝置在自動換刀中的應(yīng)用

　　刀具交換如圖5所示：

　　由于刀具裝在主軸上，切削時(shí)切削轉(zhuǎn)矩較大，不可能僅靠錐孔的摩擦力來傳遞，因此在主軸前端需設(shè)置一個(gè)端面鍵，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時(shí)，刀柄上的鍵槽必須與端面鍵對準(zhǔn)，才能順利換刀。

　　故在加工中心中，當(dāng)主軸停轉(zhuǎn)進(jìn)行刀具交換時(shí)，主軸需停在一個(gè)固定不變的位置上，從而保證主軸端面上的鍵也在一個(gè)固定的位置上。這樣，換刀機(jī)械手在更換不同刀具時(shí)，能保證所更換刀柄上的鍵槽對準(zhǔn)主軸端面上的定位鍵，并且也可以保證每次裝刀時(shí)刀夾與主軸的相對位置不變，可以提高刀具的重復(fù)安裝精度，保證零件的加工質(zhì)量。[4]

　　2.2 準(zhǔn)停裝置在某些加工工藝中的應(yīng)用

　　數(shù)控機(jī)床為了保證在精鏜孔完畢退刀時(shí)不會劃傷已加工表面，必須設(shè)置主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。

　　2.2.1 鏜孔退刀

　　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的孔表面，主軸停止在定向位置上，即準(zhǔn)停，必須先讓刀，使刀尖偏移圖6中的δ距離離開加工表面，然后再退刀;而要讓刀，刀具必須具有準(zhǔn)確功能。這樣可以高精度、高效率地完成孔加工而不損傷工件已加工表面。[4]

　　2.2.2 通過小孔鏜大孔

　　當(dāng)在加工中需要通過前壁小孔鏜內(nèi)壁大孔時(shí)，往往采用主軸準(zhǔn)停裝置來控制，使刀尖停在一個(gè)固定的位置，以便主軸偏移如圖7中的δ距離后，使刀尖通過前壁小孔進(jìn)入箱體內(nèi)對大孔進(jìn)行鏜削。[5]

　　3 結(jié)束語

　　通過以上分析可知：

　　(1)機(jī)械準(zhǔn)停裝置定位比較準(zhǔn)確可靠，但機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，調(diào)試并不方便;并且高速時(shí)動平衡不好，會引起主軸振動，故只在早期數(shù)控機(jī)床上使用較多。

　　(2) 磁傳感器準(zhǔn)停裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，磁發(fā)體與磁性傳感器間沒有接觸摩擦，準(zhǔn)停的定位精度可達(dá)±1°，能滿足一般換刀要求。而且定向時(shí)間短，可靠性較高，但是磁發(fā)體與磁感應(yīng)器的安裝是有嚴(yán)格要求的。

　　(3)編碼器準(zhǔn)停裝置，準(zhǔn)停角度可由外部開關(guān)量(12位)隨意設(shè)定，這一點(diǎn)與磁傳感器準(zhǔn)停不同，磁傳感器準(zhǔn)停的角度無法隨意指定，要想調(diào)整準(zhǔn)停位置，只有調(diào)整磁發(fā)體與磁傳感器的相對位置。

　　(4)數(shù)控系統(tǒng)完成主軸準(zhǔn)停時(shí)，角度能夠快速定位于準(zhǔn)停位置，可靠性高。

　　綜合考慮，目前國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)均采用電氣準(zhǔn)停裝置。實(shí)際中，再根據(jù)不同控制方式和控制精度的需要來選用不同形式的電氣準(zhǔn)停裝置。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]揚(yáng)后川.機(jī)床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京大學(xué)出版社，2007.

　　[2]周利平.數(shù)控裝備設(shè)計(jì)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2011.

　　[3]鄧三鵬.數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及維修[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

　　[4]崔元?jiǎng)?數(shù)控機(jī)床技術(shù)應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社.2003.

　　[5]汪木蘭.數(shù)控原理與系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004.

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