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轴承知识
浅析液压换挡在机床主轴中的应用
【摘 要】主轴是机床高速旋转的运动机构,是机床的关键部件,其性能直接影响零件的加工质量。而主轴手动变速箱则采用不同的齿轮组合实现几挡不同转速的控制。数控机床可通过内置式PLC控制程序主轴的自动换挡还可以在加工工件时进行编程换挡。
【关键词】主轴;主轴换挡机构;液压换挡
主轴是机床高速旋转的运动机构,是机床的关键部件,其性能直接影响零件的加工质量。在实际加工过程中,对于不同的材料为了保证零件的表面粗糙度、形位公差及切削力等,需要主轴有不同的转速。主轴的变速一般采用电控或手动变速箱来实现。电控主轴直接采用变频系统控制主轴的转速,而主轴手动变速箱则采用不同的齿轮组合实现几挡不同转速的控制。许多机床采用主轴手动变速箱形式。主轴的转速与输出功率必须配套,如果用单一的齿轮比,虽然可以改变主轴转速,但不可能充分利用主轴电机的功率。为了兼顾主轴的转速与功率,必须采用不同的齿轮组合。
2009年,我们成功地完成了一台CK6163数控车床的技术改造。主要是机床主轴的换挡部分,最后实现了主轴的自动换挡还可以在加工工件时进行编程换挡。避免了以前停机换挡的麻烦。减少了工作强度提高了工作效率。具体方案如下:
为实现主轴的自动换挡,使液压系统和机床NC系统相连。在机床数据中预先设置了主轴4个换挡转速范围。NC控制系统依据不同的挡位给主轴驱动装置发出不同的指令电压,对应主轴电机不同的转速。系统主轴数据块包含摆动速度、摆动频率、内置换挡范围、当前挡位、换挡命令、目标挡位、换挡结束标志、主轴电机运行状态、主轴禁止和主轴PLC控制等数据。
主轴换挡的控制过程是在PLC中实现的。PLC接受到NC系统发出的换挡命令,先检查主轴电机是否处于停转状态,如果未停,PLC向主轴发“主轴禁止”命令,使主轴停止。PLC设定一个特定定时器,根据目标挡位,给相应的换挡液压油缸发出输出命令,推动相应的齿轮运动。同时,启动主轴摆动模式,设置摆动频率,使齿轮在移动中啮合。定时器定时到了以后,PLC检测相应的挡位开关是否生效,如果生效,说明换挡齿轮啮合到位,同时上报NC系统换挡生效,并向数据块填写“当前挡位”。此时,主轴自动进入下一挡转速。否则,PLC进行错误报警处理。
在PLC设计中,必须注意的是:
为了使主轴换挡不致于混乱,在PLC程序的初始化模块中,系统一通电就扫描机床挡位检测开关,在数据块中设置“当前挡位”,对系统状态进行初始化。必须把主轴的转速降为零后,才能对运行中的主轴换挡,否则会造成齿轮碰坏。在主轴转入下一挡转速前,相应的换挡油缸必须移动到位,使相应的齿轮啮合。为了更好地啮合,油缸在移动过程中,控制主轴作轻微的来回摆动,这样可缩短换挡时间,同时也避免齿轮硬顶造成撞伤和精度破坏。
当前,国内广泛开展的机床技术改造将涉及到主轴换挡的问题。主轴换挡控制处理得当,不仅可以提高机床的加工精度,提高工作效率,而且可以延长主轴的使用寿命。
本机床就控制数据接口及机床换挡机构的特点,采用机电液一体化,通过PLC程序的设计,实现了在数控程编中只要写上主轴转速,数控系统将自动实现换挡。改造后的主轴,换挡自如,运行可靠。对换挡过程中出现的油缸行程不到位、换挡压力不够都有及时的报警提示与错误处理。机床主轴的自我保护功能是设计者必须注意的问题。在换挡中可能会出现液压方面的问题,如换挡压力不够、液压电磁阀失灵造成油缸不到位。换挡超时,系统要提出明确的报警,禁止主轴换挡,以保护主轴。在换挡过程中,巧妙地利用主轴的摆动模式可实现柔性换挡。同时应利用定时器,对输出命令的响应作出定时检查。达到精确换挡的目的。
发布时间:2018-02-08 09:46:38


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