數(shù)控原理與系統(tǒng)主軸驅(qū)動及控制實用教案

1、本章(bn zhn)導讀 本章主要介紹主軸(zhzhu)驅(qū)動裝置的特性與連接方法、主軸(zhzhu)分段無級調(diào)速控制、主軸(zhzhu)準?？刂频葍?nèi)容。通過本章的學習，了解數(shù)控機床對主軸(zhzhu)的要求，熟悉主軸(zhzhu)驅(qū)動裝置的一般連接方法，掌握主軸(zhzhu)調(diào)速、準?？刂品椒?。第1頁/共67頁第一頁，共67頁。6.1 概 述 數(shù)控機床的主軸驅(qū)動(q dn)和進給驅(qū)動(q dn)有很大的差別。主軸的運動通常是旋轉(zhuǎn)運動，以調(diào)速和功率驅(qū)動(q dn)為主。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，對主軸驅(qū)動(q dn)和控制提出了更高的要求。 第2頁/共67頁第二頁，共67頁。 6.1.1 數(shù)控機床

2、對主軸控制的要求 一般來說，數(shù)控機床對主軸系統(tǒng)有以下要求。 （1） 調(diào)速范圍寬。 要求有較寬的調(diào)速范圍，以保證加工(ji gng)時選用合理的切削用量，獲得最佳的生產(chǎn)率、加工(ji gng)精度和表面質(zhì)量；并希望能夠無級調(diào)速，以簡化主軸箱設(shè)計。調(diào)速范圍一般要求達到1：100以上。第3頁/共67頁第三頁，共67頁。 （2） 恒功率調(diào)速范圍寬，并能提高足夠的切削功率。 由于在金屬切削加工工藝中，一般在精加工時小吃刀量，高轉(zhuǎn)速；粗加工時大吃刀量，低轉(zhuǎn)速；具有恒功率的特性。這就要求主軸(zhzhu)系統(tǒng)具有較寬的恒功率調(diào)速范圍，才能滿足負載特性的需要。但由于受主軸(zhzhu)電機與驅(qū)動的限制，其低速

3、段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出，為此可采用分段無級變速的方法，以展寬恒功率范圍。第4頁/共67頁第四頁，共67頁。 （3） 穩(wěn)定、快速。 要求主軸在正、反、停等過程中可進行自動加減速控制，并且加減速時間短，反應(yīng)快速。 （4） 準停控制。 為滿足加工中心自動換刀以及某些加工工藝的需要，要求主軸具有(jyu)準?？刂乒δ堋?（5） 旋轉(zhuǎn)軸功能。 在車削中心上，要求主軸具有(jyu)旋轉(zhuǎn)進給(C軸)控制功能。第5頁/共67頁第五頁，共67頁。 6.1.2 主軸系統(tǒng)(xtng)的分類與特性 1. 主軸系統(tǒng)(xtng)的分類 根據(jù)變速方式的不同，主軸系統(tǒng)(xtng)可分為有級變速、 無級變速和分段無級變速三種形式。其

4、中，有級變速僅用于經(jīng)濟型數(shù)控機床， 大多數(shù)數(shù)控機床均采用無級變速或分段無級變速。 第6頁/共67頁第六頁，共67頁。 為滿足變速的要求，早期的數(shù)控機床常采用(ciyng)直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)。由于直流電動機存在體積大、恒功率調(diào)速范圍窄、電刷易磨損、維護比較麻煩等缺點，而逐漸被交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)所取代。目前，絕大多數(shù)數(shù)控機床均采用(ciyng)鼠籠式交流異步電動機配置矢量變頻調(diào)速器，構(gòu)成主軸驅(qū)動系統(tǒng)。 第7頁/共67頁第七頁，共67頁。 2. 主軸驅(qū)動的特性 與直流電動機相比，鼠籠式交流異步電動機具有恒功率范圍寬，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，可靠性高等優(yōu)點(yudin)。但是在采用一般變頻器調(diào)速時，其

5、調(diào)速特性無法與直流電動機相比， 因此必須采用矢量變頻控制技術(shù)。 第8頁/共67頁第八頁，共67頁。 由于采用矢量變頻控制技術(shù)后，交流電動機與直流電動機的數(shù)學模型極為相似，因而以直流主軸電動機為例來分析其調(diào)速特性(txng)， 其模型結(jié)構(gòu)如圖6.1所示。 根據(jù)直流電動機的工作原理可得taMneaaaKIICMCEERIU第9頁/共67頁第九頁，共67頁。圖6.1 主軸(zhzhu)電動機電路模型 UaIfRanMEMIa第10頁/共67頁第十頁，共67頁。從而(cng r)導出轉(zhuǎn)距速度特性方程 faMeaaaKIICMCRIUn第11頁/共67頁第十一頁，共67頁。 （1）在基速n0以下，采用調(diào)

6、壓調(diào)速，即在勵磁電流If不變，為常數(shù)的情況下，用改變電樞電壓Ua的方法調(diào)速。 這時輸出的最大轉(zhuǎn)矩Mmax取決于電樞電流最大值Imax， 即 Mmax=CMImax 而對一臺主軸電動機來說，最大電流為恒定，因此所能輸出最大轉(zhuǎn)矩是恒定的，而輸出功率隨轉(zhuǎn)速升高而增加(zngji)，因此基速n0以下稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 第12頁/共67頁第十二頁，共67頁。 （2） 基速n0以上采用弱磁方法調(diào)速，即在保持電樞電壓Ua不變的情況下，用改變勵磁電流If的方法來調(diào)速。 這時If減小K倍，也減小K倍，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n增加K倍， 最大轉(zhuǎn)矩則因為磁通的減小而減小K倍，因此所能輸出(shch)的最大功率Pmax=Mmaxn

7、不變, 這稱為恒功率調(diào)速。主軸電機的工作特性曲線如圖6.2所示。 第13頁/共67頁第十三頁，共67頁。圖6.2 主軸電機的工作(gngzu)特性曲線 功率特性曲線轉(zhuǎn)矩特性曲線P, M12hO第14頁/共67頁第十四頁，共67頁。 6.1.3 CNC與主軸(zhzhu)驅(qū)動裝置的連接 下面以日本安川（YASKAWA）VA-626MT型主軸(zhzhu)驅(qū)動裝置為例講解CNC與主軸(zhzhu)驅(qū)動裝置的連接，圖6.3所示為其內(nèi)部原理框圖， CNC裝置與該主軸(zhzhu)驅(qū)動裝置的連接如圖6.4所示。 第15頁/共67頁第十五頁，共67頁。 1轉(zhuǎn)速給定信號的連接 YASKAWA VA-626M

8、T型主軸驅(qū)動裝置有4種轉(zhuǎn)速給定連接方式，使用時根據(jù)所配CNC裝置的輸出信號類型通過設(shè)定面板(min bn)的設(shè)定任選其中的一種方式。這4種速度給定方式為。第16頁/共67頁第十六頁，共67頁。 （1）模擬電壓給定。 CNC裝置通過其主軸模擬電壓輸出(shch)接口，輸出(shch)010V模擬電壓，接至NCOM和0V端。電壓正負控制電機轉(zhuǎn)向，電壓大小控制電動機轉(zhuǎn)速。如果數(shù)控裝置輸出(shch)的電壓為單極性0+10V，則可通過FORWARD RUN(正轉(zhuǎn))與REVERS RUN(反轉(zhuǎn))開關(guān)量指定正反轉(zhuǎn)。 （2）12位二進制數(shù)給定。 數(shù)控裝置通過輸出(shch)12位二進制代碼（12根線）至主軸

9、驅(qū)動的2CN連接器，控制主軸轉(zhuǎn)速。第17頁/共67頁第十七頁，共67頁。 （3）2位BCD碼給定。 數(shù)控裝置輸出0099的二位BCD碼(共8根信號)至主軸驅(qū)動(q dn)的2CN連接器，控制主軸轉(zhuǎn)速。 （4）3位BCD碼給定。 數(shù)控裝置通過輸出000999的三位BCD碼(共12根信號)至主軸驅(qū)動(q dn)的2CN連接器，控制主軸轉(zhuǎn)速。 第18頁/共67頁第十八頁，共67頁。 2. 開關(guān)量信號 （1） RDY準備好信號: 欲使主軸(zhzhu)驅(qū)動工作，可閉合RDY觸點，主軸(zhzhu)驅(qū)動進入正常工作狀態(tài)。 （2） EMG急停信號: 當EMG常閉觸點打開時，電動機立即制動至停轉(zhuǎn)。 （3）

10、FOR、 REV信號: 用于指定主軸(zhzhu)正反轉(zhuǎn)，其與模擬量的極性組合見表6.1。 第19頁/共67頁第十九頁，共67頁。表6.1 FOR、 REV與模擬量的極性組合(zh) 第20頁/共67頁第二十頁，共67頁。 （4）TLH、TLL轉(zhuǎn)矩極限限制。用于臨時限制主軸電動機輸出的最大轉(zhuǎn)矩，以避免機械損壞。例如主軸機械準停時，可使用該功能。最大輸出轉(zhuǎn)矩可設(shè)定為額定轉(zhuǎn)矩的5100。 （5）SSC軟啟動信號：使用該信號可使主軸切換工作處于通常的主軸驅(qū)動狀態(tài)或進入伺服狀態(tài)， 進入伺服狀態(tài)可實現(xiàn)位置閉環(huán)控制。 （6）PPI速度調(diào)節(jié)器信號：用于選擇(xunz)使用PI比例積分調(diào)節(jié)器或P比例調(diào)節(jié)器。

11、第21頁/共67頁第二十一頁，共67頁。 （7） DAS速度設(shè)定方式信號：用于選擇模擬量速度控制或數(shù)字(shz)量控制(12位二進制或2位BCD碼或3位BCD碼)。 （8） ZSPD零速輸出信號：若主軸轉(zhuǎn)速低于設(shè)定的值(如30 rmin)， 則ZSPD輸出， 表明電動機停轉(zhuǎn)。 （9） AGR速度到達信號：當主軸電動機轉(zhuǎn)速實際到達所設(shè)定的轉(zhuǎn)速時， AGR信號輸出。 第22頁/共67頁第二十二頁，共67頁。 （10）NDET速度檢測信號：當主軸轉(zhuǎn)速低于某設(shè)定轉(zhuǎn)速時，NDET輸出。 （11）TLE轉(zhuǎn)矩極限輸出信號：當外部轉(zhuǎn)矩極限TLL和TLH輸入信號有效時即進入轉(zhuǎn)矩極限臨時限制狀態(tài)，TLE信號輸出。

12、 （12） ALM報警信號：當主軸驅(qū)動報警時，報警信號ALM輸出，同時報警代碼(ALMCODE)通過AC0、ACl、AC2、AC3編碼(bin m)輸出， 指示報警內(nèi)容。第23頁/共67頁第二十三頁，共67頁。 （13）TDET轉(zhuǎn)矩檢測輸出信號：當主軸輸出轉(zhuǎn)矩低于某一定值時，TDET輸出，該信號用于檢測主軸負載情況(qngkung)。 （14）模擬量輸出信號：兩路模擬量輸出用于外接轉(zhuǎn)速與負載表， 其輸出直流電壓與實際轉(zhuǎn)速及負載成正比。 第24頁/共67頁第二十四頁，共67頁。圖6.3 安川YASKAWA VS-626MT型主軸驅(qū)動裝置原理(yunl)框圖 控 制電 源脈 沖 放 大轉(zhuǎn) 換 器

13、控 制基 極驅(qū) 動檢 測轉(zhuǎn) 速 給 定開 關(guān) 量輸 入數(shù) 字給 定輸 入CPU數(shù) 字轉(zhuǎn) 速 給 定控 制開 關(guān) 量 輸 入模 擬電 壓 給 定模 擬 量 輸 出報 警 代 碼開 關(guān) 量 輸 出編 碼器 信號 處理外 接 轉(zhuǎn) 速 表 與 負 載 表報 警 代 碼 輸 出狀 態(tài) 信 號 輸 出經(jīng) 處 理 后 的編 碼 器 輸 出電 流 給 定電 流 控 制PWM控 制基 極 驅(qū) 動1CN2CN3CN編 碼 器PGM電 動 機1CN設(shè) 定 面 板L1L2L3三 相 交 流 電 源YASKAWA 主 軸 驅(qū) 動 系 統(tǒng)風 扇交 流 主 軸 電 動 機uvUVWUVWTSuv 5V 15 V 15VRS

14、T2CNNoDATAHOMEMODESETALMRESET第25頁/共67頁第二十五頁，共67頁。圖圖6.4 安川安川YASKAWA VS-626MT型主軸型主軸(zhzhu)驅(qū)動裝置外部連線圖驅(qū)動裝置外部連線圖 ORE 準停完成輸出TLE 轉(zhuǎn)矩極限輸出TDET 轉(zhuǎn)矩檢測輸出NDET 速度檢測輸出ARG 速度到達輸出ZSPD 零速輸出ARGNDETTDETTLEORE333435363746451CN131211109876543210 VD12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D12CN數(shù)字電壓給定信號給定信號模擬電壓ORT 準停啟動PPI 速度調(diào)節(jié)器DAS 速度設(shè)定方式報警復位S

15、SC 軟啟動TLL 力矩極限TLH 力矩運行REV 反轉(zhuǎn)運行FOR 正轉(zhuǎn)運行EMG 急停RDY 準備好三相交流200/220 V 電源MCCBL1L2L3RST1CN2 SS4 OV3 NCOM32ORT18171952913281211102298217206PPIDASRSTSSCTLLTLHREVFOREMGRDYYASKAWA 主軸驅(qū)動系統(tǒng)0 V3210 V4950484725272624234443422CN主軸電動機 (帶風扇與編碼器)uvUVWE3CNuvUVWEPP123456789PG5V 4, 5, 60V 1, 2, 3PCA 16*PCA 17*PCB 19PCB 18

16、PCC 14*PCC 15PCA 16*PCA 17PCB 18*PCB 19PCC 14*PCC 15SS 20ICNAC0AC1AC2AC3COM2SM0 VLM外接負載表外接轉(zhuǎn)速表報警代碼輸出報警輸出信號編碼器輸出信號經(jīng)處理后的8004002001008040201084213-D1GITBCP8040201084212-D1GITBIN204810245122651286432168421VVPPPP第26頁/共67頁第二十六頁，共67頁。6.2 主軸的分段(fn dun)無級調(diào)速及控制 以 主 軸 功 率 3 . 7 K W ， 最 高 轉(zhuǎn) 速6000r/min的數(shù)控機床為例，可有以

17、下4種驅(qū)動調(diào)速方案。 （1）全段無級調(diào)速。如果僅考慮主軸功率和最高轉(zhuǎn)速的要求，可選用額定功率3.7KW、額定轉(zhuǎn)速1500r/min的主軸電動機，直接(zhji)驅(qū)動主軸，工作特性曲線如圖6.5（a）所示。第27頁/共67頁第二十七頁，共67頁。 圖中，在1500r/min6000r/min調(diào)速范圍內(nèi)，最大輸出功率Pmax=3.7KW；在1500r/min以下，輸出轉(zhuǎn)距Mmax=15Nm，Pmax隨著轉(zhuǎn)速的降低而下降。在750r/min時，Pmax只能達到1.85KW。這顯然是無法滿足機床(jchung)低速大轉(zhuǎn)距要求的。第28頁/共67頁第二十八頁，共67頁。 為此，可選用額定功率7.4KW、

18、額定轉(zhuǎn)速1500r/min的主軸電動機，在1/2額定電壓下無級變速驅(qū)動(q dn)主軸，工作特性曲線如圖6.6所示。在750r/min6000r/min整個范圍內(nèi)，P m a x = 3 . 7 K W ， 在 7 5 0 r / m i n 以 下 ，Mmax=30Nm，完全能夠滿足機床低速大轉(zhuǎn)距要求的。 第29頁/共67頁第二十九頁，共67頁。 圖6.5 3.7 kW電動機工作特性曲線(qxin) (a) 全段無級調(diào)速； (b) 分段無級調(diào)速 n300075003.7 kW30NmM , P3.7 kW15Nm60001500012齒輪變速箱11齒輪變速箱M , P(a)(b)n第30頁/

19、共67頁第三十頁，共67頁。圖6.6 7.4 kW電動機工作(gngzu)特性曲線 M , P3.7 kW750n0Pmax15007.4 kW30Nm6000 r/minMmax第31頁/共67頁第三十一頁，共67頁。 （2）同功率電機，分段無級調(diào)速。 選用與主軸要求同功率的3.7KW、額定轉(zhuǎn)速1500r/min的主軸電動機。如果采用1:2齒輪減速驅(qū)動主軸，工作特性曲線如圖6.5（b）所示。雖然低速時輸出轉(zhuǎn)距增大，Mmax=30Nm，滿足了低速大轉(zhuǎn)距要求，但降低了最高主軸轉(zhuǎn)速。為此，可采用分兩段無級變速(bin s)驅(qū)動主軸，在低速段：750r/min3000r/min范圍內(nèi)用1:2齒輪減速

20、，在高速段：1500r/min6000r/min范圍內(nèi)直接驅(qū)動，并由CNC系統(tǒng)控制齒輪機構(gòu)自動換檔，則可同時滿足低速轉(zhuǎn)矩和最高主軸轉(zhuǎn)速的要求。第32頁/共67頁第三十二頁，共67頁。 比較上述兩種方案，可以看出：采用全段無級調(diào)速，主軸箱可以大大簡化，但必需選用大功率的主軸電動機，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。采用分段無級調(diào)速，既不增大電機的功率，又能展寬恒功率范圍，比較經(jīng)濟，但需要自動換檔機構(gòu)。應(yīng)用(yngyng)中可根據(jù)實際情況而定。第33頁/共67頁第三十三頁，共67頁。 2. 分段(fn dun)無級調(diào)速的控制 多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)均能夠提供四擋變速功能，而數(shù)控機床通常使

21、用兩擋即可滿足要求。圖6.7所示為主軸分段(fn dun)無級調(diào)速的控制結(jié)構(gòu)。 第34頁/共67頁第三十四頁，共67頁。圖6.7 主軸(zhzhu)分段無級變速結(jié)構(gòu)示意圖 主軸驅(qū)動裝置PLCCNCM齒輪變速箱主軸M41M42010V第35頁/共67頁第三十五頁，共67頁。 數(shù)控系統(tǒng)具有使用M41M44代碼進行齒輪自動變速的功能。首先(shuxin)需要在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)設(shè)置M41M44四檔對應(yīng)的最高主軸轉(zhuǎn)速，這樣數(shù)控系統(tǒng)會根據(jù)當前S指令值，判斷應(yīng)處的檔，并自動輸出相應(yīng)的M41M44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。例如M41對應(yīng)的主軸最高轉(zhuǎn)速為1000

22、rmin，M42對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速為3500rmin，主軸電動機最高轉(zhuǎn)速為3500rmin。第36頁/共67頁第三十六頁，共67頁。 當S指令在01000rmin范圍時,M41對應(yīng)的齒輪應(yīng)嚙合,S指令在10013500r/min范圍時，M42對應(yīng)的齒輪應(yīng)嚙合。不同機床主軸變速所用的方式不同，控制的具體(jt)實現(xiàn)可由可編程控制器來完成。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。顯然，該例中M42對應(yīng)的齒輪傳動比為1：1，而M41對應(yīng)的傳動比為1：3.5，此時主軸輸出的最大轉(zhuǎn)矩為主軸電動機最大輸出力矩的3.5倍。第37頁/共67頁第三十七頁，共67頁。 對變速時出現(xiàn)的頂齒現(xiàn)象，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)

23、均采用在變速時，由數(shù)控系統(tǒng)控制主軸電動機低速擺動的方法來實現(xiàn)齒輪(chln)的順序嚙合。而變速時主軸電動機低速擺動的速度可在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)中設(shè)定。第38頁/共67頁第三十八頁，共67頁。 3. 齒輪變速自動換擋的操縱機構(gòu) 1) 液壓撥叉 液壓撥叉是一種用一只或幾只液壓缸帶動齒輪移動的變速操縱機構(gòu)。 最簡單的二位液壓缸實現(xiàn)雙聯(lián)齒輪變速， 對于三聯(lián)或三聯(lián)以上的齒輪變速則需使用差動液壓缸。 圖6.8所示為三位液壓撥叉的原理圖， 通過電磁閥改變不同(b tn)的通油方式可獲得三個位置。 第39頁/共67頁第三十九頁，共67頁。圖6.8 三位液壓撥叉的工作(gngzu)原理 123451液壓缸；2活塞；

24、3撥叉；4套筒；5液壓缸第40頁/共67頁第四十頁，共67頁。 （1）當液壓缸1通人液壓油而液壓缸5卸壓時，活塞桿2帶動撥叉3向左移至極限(jxin)位置。 （2）當液壓缸5通入液壓油而液壓缸1卸壓時，活塞桿2和套筒4一起移至右極限(jxin)位置第41頁/共67頁第四十一頁，共67頁。 （3）當左右缸同時通入壓力油時，由于活塞桿2兩端(lin dun)直徑不同便其向左移動，而由于套筒4和活塞桿2截面直徑不同，而使套筒4向右的推力大于活塞2兩端(lin dun)直徑不同便其向左移動，而由于套筒4和活塞桿2截面直徑不同，而使套筒4向右的推力大于活塞扦2向左的推力，因此套筒4壓向液壓缸的右端，而活

25、塞桿2緊靠套筒4的右面，撥叉處于中間位置。第42頁/共67頁第四十二頁，共67頁。 要注意的是，每個齒輪的到位需要有到位檢測元件(如接近開關(guān))檢測，該信號有效說明變檔已經(jīng)結(jié)束。對主軸驅(qū)動無級變速的場合(chng h)，可采用數(shù)控系統(tǒng)控制主軸電動機慢速擺動來解決液壓撥叉可能產(chǎn)生的頂齒問題。第43頁/共67頁第四十三頁，共67頁。 對于單純分檔有級變速的恒速交流電動機驅(qū)動場合，通常在傳動鏈上安置一個微型(wixng)電機或液壓馬達來解決頂齒問題。正常工作時，離合器脫開；齒輪變速時，主軸電機斷電，離合器吸合，微電機工作，帶動主軸慢速轉(zhuǎn)動，同時，油缸移動齒輪，從而順利嚙合。液壓撥叉需要附加一套液壓裝置

26、，將電信號轉(zhuǎn)換為電磁閥動作，再將壓力油分至相應(yīng)的液壓缸,因而增加了復雜性。第44頁/共67頁第四十四頁，共67頁。 2） 電磁離合器變速 電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運行的元件(yunjin)。 它便于實現(xiàn)自動化操作， 但缺點是體積大， 磁通易使機械零件磁化。在數(shù)控機床主傳動中，使用電磁離合器能夠簡化變速機構(gòu)，通過安裝在各傳動軸上離合器的吸合與分離形成不同的運動組合傳動路線，實現(xiàn)主軸變速。 第45頁/共67頁第四十五頁，共67頁。 在數(shù)控機床中常使用無滑環(huán)摩擦片式電磁離合器和牙嵌式電磁離合器。由于摩擦片式電磁離合器采用摩擦片傳遞轉(zhuǎn)矩，所以允許不停機變速。但如果速度過高,會由于滑差運動產(chǎn)生

27、大量的摩擦熱。牙嵌式電磁離臺器由于在摩擦面上加工成一定的齒形，提高(t go)了傳遞轉(zhuǎn)矩，減小離合器的徑向軸向尺寸，使主軸結(jié)構(gòu)更加緊湊，摩擦熱減小。但牙嵌式電磁離合器必須在低速時變速。 第46頁/共67頁第四十六頁，共67頁。6.3 主軸(zhzhu)準?？刂?主軸準停又叫主軸定位，即當主軸停止時，控 制 其 停 于 固 定 位 置 。 主 軸 準 停 是 加 工 中 心(zhngxn)自動換刀所必需的功能。在自動換刀的鏜銑加工中心(zhngxn)上，切削的轉(zhuǎn)矩通常是通過刀桿的端面鍵來傳遞的，這就要求主軸具有準確定位于圓周上特定角度的功能，如圖6.9所示。 第47頁/共67頁第四十七頁，共67

28、頁。 當加工階梯孔或精鏜孔后退刀時，為防止(fngzh)刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已加工好的內(nèi)孔表面，必須先讓刀再退刀，這種情況下也必須具有準確定位功能， 如圖6.10所示。在零件程序中，執(zhí)行準停功能的指令為M19。 按主軸準停控制的實現(xiàn)方式，可分為機械準停和電氣準停。 第48頁/共67頁第四十八頁，共67頁。圖6.9 主軸(zhzhu)準停換刀示意圖 刀具刀具柄鍵槽鍵主軸錐孔第49頁/共67頁第四十九頁，共67頁。圖6.10 主軸(zhzhu)準停鏜背孔示意圖 D2D1yx第50頁/共67頁第五十頁，共67頁。1. 機械準?？刂?機械準停控制一般采用形槽輪定位盤準停結(jié)構(gòu)，如圖6.11所示。帶有

29、形槽的定位盤與主軸端面保持一定的關(guān)系，以確定定位位置。當CNC執(zhí)行(zhxng)準?？刂浦噶頜19時，首先使主軸減速至某一預先設(shè)定的低速轉(zhuǎn)動，然后當接近開關(guān)信號有效后，立即使主軸電動機停轉(zhuǎn)并斷開主軸傳動鏈，此時主軸電動機與主軸傳動件依慣性繼續(xù)空轉(zhuǎn)，同時準停油缸定位銷伸出并壓向定位盤。當定位盤形槽與定位銷正對時，由于油缸的壓力，定位銷插入形槽中，LS2準停到信號有效，表明準停動作完成。這里LS1為準停釋放信號，LS2為準停釋放信號。第51頁/共67頁第五十一頁，共67頁。 采用(ciyng)這種準停方式，必須有定的邏輯互鎖，即當LS2有效時，才能進行換刀等動作。而只有當LS1有效時，才能啟動主軸

30、電動機正常運轉(zhuǎn)。上述控制邏輯通常由數(shù)控系統(tǒng)所配的可編程控制器完成 第52頁/共67頁第五十二頁，共67頁。圖6.11 機械(jxi)準停原理示意圖 主軸中心定位盤接近體無觸點開關(guān)定位液壓缸LS1LS2第53頁/共67頁第五十三頁，共67頁。 2.電氣準?？刂?多數(shù)中高檔數(shù)控系統(tǒng)均采用電氣準?？刂?，電氣準停通常有以下3種方式： （1）磁傳感器準停 磁傳感器主軸準?？刂朴芍鬏S驅(qū)動自身完成，控制結(jié)構(gòu)如圖6.12所示。當CNC系統(tǒng)執(zhí)行M19指令時，向主軸驅(qū)動發(fā)出(fch)主軸準停啟動命令ORT。主軸驅(qū)動響應(yīng)ORT命令，立即使主軸減速至預先設(shè)定的準停速度。第54頁/共67頁第五十四頁，共67頁。圖6.1

31、2 磁傳感器準停控制系統(tǒng)(kn zh x tn)構(gòu)成 變速齒輪或帶傳動主軸電動機刀具磁發(fā)體磁傳感器準停板伺服驅(qū)動速度反饋準停完成準停啟動CNC裝置第55頁/共67頁第五十五頁，共67頁。 當磁發(fā)體與磁傳感器對準時，主軸立即減速至某一爬行速度。當磁發(fā)體與磁傳感器再次對準時，主軸驅(qū)動立即進入磁傳感器作為反饋元件的位置閉環(huán)控制，目標位置為準停位置。準停完成(wn chng)后，主軸驅(qū)動裝置輸出準停完成(wn chng)ORE信號給CNC裝置，從而可進行自動換刀或其它動作。時序如圖6.13所示。第56頁/共67頁第五十六頁，共67頁。圖6.13 磁傳感器準停時序(sh x)圖 磁傳感器輸出O速度完成信

32、號ORE準停信號ORT運行信號準停速度爬行速度自動換刀t命令速度實際速度第57頁/共67頁第五十七頁，共67頁。 2） 編碼器型主軸準停 這種準停功能也是由主軸驅(qū)動完成的，控制結(jié)構(gòu)如圖6.14所示。CNC只需發(fā)出ORT命令，主軸驅(qū)動完成準停后回答準停完成信號ORE。其控制步驟與傳感器類似，所不同的是準停角度可由編碼(12位)設(shè)定， 更加(gnji)靈活方便。第58頁/共67頁第五十八頁，共67頁。圖6.14 編碼器型主軸(zhzhu)準停結(jié)構(gòu) 主軸電動機主軸編碼器準停板變速齒輪或帶傳動刀具傳動帶速度反饋準停位置信號準停完成準停啟動伺服驅(qū)動CNC裝置第59頁/共67頁第五十九頁，共67頁。 3） 數(shù)控系統(tǒng)準停 這種準停控制方式是由數(shù)控系統(tǒng)完成(wn chng)的，其原理與進給位置控制的原理非常相似，如圖6.15所示。 第60頁/共67頁第六十頁，共67頁。圖6.15 數(shù)控系統(tǒng)控制主軸(zhzhu)準停結(jié)構(gòu) K主軸