數控機床主軸準停裝置研究及實際應用

時間：2022-10-05 19:05:28 數控畢業論文我要投稿

相關推薦

數控機床主軸準停裝置研究及實際應用

　　數控機床主軸準停裝置研究及實際應用

數控機床主軸準停裝置研究及實際應用

　　[摘要]詳細分析了機床主軸準停裝置的分類、結構及其工作原理，對主軸準停裝置的機械式和電氣式做了比較，對它們的優缺點做了說明，并舉例說明主軸準停在自動換刀和鏜孔退刀等實際生產中的應用。

　　[關鍵詞]主軸準停;控制;應用

　　引言

　　主軸準停功能又稱主軸定向功能。即當數控系統接收到準停命令 ( M19) 時，主軸能停止在一個固定的方位或角度 (可以通過參數修改) ，并保持一定的力矩。現代數控機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停控制。[1]

　　由此可知主軸準停是實現機床加工自動化和刀具自動交換過程的重要環節。

　　1 主軸準停裝置的控制

　　準停裝置分為機械式和電氣式兩種。

　　1.1 機械方式：

　　如圖1所示，當接收到主軸準停指令后，主軸電動機以低速轉動，主軸箱內齒輪換擋使主軸作低速慣性空轉，時間繼電器開始動作，并延時4--6s保證主軸轉穩后接通無觸點開關的電源，當主軸轉到圖示位置即凸輪定位盤上的感應塊與無觸點開關相接觸后發出信號，使主軸電動機停轉。

　　另一延時繼電器延時0.2--0.4s后，壓力油進入定位液壓缸下腔，使定向活塞向左移動，當定向活塞上的定向滾輪頂入凸輪定位盤的凹槽內時，行程開關LS2發出信號，主軸準停完成。若延時繼電器延時1s后行程開關IS2仍不發信號，說明準停沒有完成，需使定向活塞后退，重新準停。

　　當活塞桿向右移到位時，行程開關LSl發出滾輪退出凸輪定位盤凹槽的信號，此時主軸可啟動工作。[2]

　　1.2 電氣方式

　　(1)磁性傳感器檢測定位：

　　如圖2所示，在主軸上安裝一個磁發體與機床主軸一起旋轉，在距離磁發體旋轉外軌跡1～2mm處安裝一個磁傳感器，它經過放大電路與主軸控制單元連接。

　　當機床主軸轉動或停止時，接收到控制單元發來的準停起動信號ORT，主軸速度立即變為準停時的設定速度(可在主軸驅動裝置中設定)，當主軸控制單元接收到磁傳感器信號后，主軸驅動立即進入磁傳感器作為反饋原件的位置閉環控制，目標位置即為準停位置。準停后，主軸驅動裝置向數控系統發出準停完成信號ORE從而可進行自動換刀或其他動作。[3]

　　(2)編碼器檢測定位：

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

　　(3)數控系統控制主軸準停裝置：

　　如圖4所示：準停的角度可由數控系統內部設定成任意值，因此準停角度可更方便地設定。準停由數控代碼 M19執行。當執行 M19或 M19 Sxx時，數控系統先將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動進入伺服狀態，同時主軸電動機降速并尋找主軸編碼器零位脈沖 C，然后進入位置閉環控制狀態，并按系統參數設定定向準停。

　　若執行M19無S指令，則主軸準停于相對C脈沖的某一缺省位置(可由數控系統設定);若執行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

　　M19 主軸準停于默認位置

　　M19 S100 主軸準停轉至100°處

　　S1000 主軸再次以1000r/min正轉

　　M19 S200 主軸準停轉至200°處

　　2 主軸準停裝置的實際應用

　　主軸準停主要應用在加工中心自動換刀以及精鏜孔退刀等場合中。

　　2.1 準停裝置在自動換刀中的應用

　　刀具交換如圖5所示：

　　由于刀具裝在主軸上，切削時切削轉矩較大，不可能僅靠錐孔的摩擦力來傳遞，因此在主軸前端需設置一個端面鍵，當刀具裝入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與端面鍵對準，才能順利換刀。

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

　　2.2 準停裝置在某些加工工藝中的應用

　　數控機床為了保證在精鏜孔完畢退刀時不會劃傷已加工表面，必須設置主軸準停機構。

　　2.2.1 鏜孔退刀

　　當加工階梯孔或精鏜孔后退刀時，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

　　當在加工中需要通過前壁小孔鏜內壁大孔時，往往采用主軸準停裝置來控制，使刀尖停在一個固定的位置，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入箱體內對大孔進行鏜削。[5]

　　3 結束語

　　通過以上分析可知：

　　(1)機械準停裝置定位比較準確可靠，但機械結構較復雜，調試并不方便;并且高速時動平衡不好，會引起主軸振動，故只在早期數控機床上使用較多。

　　(2) 磁傳感器準停裝置機械結構簡單，磁發體與磁性傳感器間沒有接觸摩擦，準停的定位精度可達±1°，能滿足一般換刀要求。而且定向時間短，可靠性較高，但是磁發體與磁感應器的安裝是有嚴格要求的。

　　(3)編碼器準停裝置，準停角度可由外部開關量(12位)隨意設定，這一點與磁傳感器準停不同，磁傳感器準停的角度無法隨意指定，要想調整準停位置，只有調整磁發體與磁傳感器的相對位置。

　　(4)數控系統完成主軸準停時，角度能夠快速定位于準停位置，可靠性高。