主轴是机床高速旋转的运动机构.doc

主轴是机床高速旋转的运动机构，是机床的关键部件，其性能冇接影响零件的加T质量在 实际加丁过程中，对于不同的材料为了保证零件的表更粗糙度、形位公旁及切削力等，需要 主轴冇不同的转速主轴的变速一般采川电控或变速箱来实现电控主轴直接采川变频系统 控制主轴的转速，而主轴变速箱则采用不同的齿轮纟R介实现几挡不同转速的控制许多机床 采用丄轴变速箱形式主轴的转速与输岀功率必须配套，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 同的齿轮组合今年初，我们成功地完成了一台五坐标数控龙门铳床的技术改造其主轴采用变速箱变 速，控制系统为西门了 SINUMERIK840C数控系统,坐标及主轴驱动采用西门了 SIM0DRIVER611A.根据该机床的主轴换扌当结构，结合控制系统的特点，通过内置式PLC 控制稈序，对主轴换扌当进行了白动控制处理1主轴换扌当机构该机床的主轴换描机构由两个双向电磁阀(S0L1〜S0L4)控制两个油缸，分别推动两个 齿轮组上下移动，每组齿轮冇上下两个位置，变换齿轮变速比，产生4挡转速在主轴箱 内安装了 4个扌当位检测开关(SW1〜SW4)。

压力继电器(PS1)检测换扌当液压圧力其换扌当结 构见图1o2控制系统的信号与数据接口控制系统rhNCK和PLC模块纽•成，它们Z间靠数据块传递消息机床的输入输出点接 入PLC的输入输出模块中NC系统给主轴发出速度指令电压系统主轴数据块中存放有 主轴换挡的有关数据，通过PLC程序，对这些数据进行实时操作系统可以有8扌当转速控 制该机床采用了其中4扌肖，相邻挡位间可以存在转速的交叉为实现主轴的自动换扌当，在机床数据中预先设置了主轴4个换扌当转速范围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输入信号：描位检测信号SW1〜SW4,换扌半液压压力PS1,主轴电机停转Nmin,主轴 电机实际转速Nact；输出信号：换扌当电磁阀S0L1〜S0L4,电机驱动指令电压Visto系统主轴数据块包含摆动速度、摆动频率、内置换挡范用、当前挡位、换挡命令、目标挡位、 换扌当结束标志、主轴电机运行状态、主轴禁止和主轴PLC控制等数据控制系统的信号流 见图2系统可采用SW1〜SW4检测开关的状态组合编码作为当前主轴挡位的标志电磁阀及 检测开关状态见表1表1主轴换挡状态换挡号SOL1 SOL2 SOL3 SOL4 SW1 SW2 SW3 SW4第一挡 10 10 10 10第二挡 0 110 0 110第三扌半1 0 0 1 1 0 0 1第四扌当0 10 10 10 13主轴自动换挡的PLC实现主轴换扌肖的控制过稈是在PLC中实现的。

PLC接受到NCK发出的换扌当命令，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H标扌肖位，给相丿迸的换扌当液压油缸(SOL1〜SOL4)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，使齿轮在移动中啮介定 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NCK换描生效，并向数据块填写“当前描位蔦此时，主轴白动进入下一扌当转 速否则，PLC进行错误报警处理主轴换挡控制流程见图3在PLC设计中，必须注意的是：为了使主轴换扌肖不致于混乱，在PLC程序的初始化模块中，系统一通电就扫描机床扌当位 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麻，才能对运行中的主轴换扌半，否则会造成齿轮碰坏在主轴转入下-•扌当转速前，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冋摆动，这样可缩短换扌肖时 间，同时也避免齿轮硬顶造成撞伤和精度破坏4结束语当前，国内广泛开展的机床改造翻新将涉及到主轴换扌当的问题。

主轴换扌当控制处理得半, 不仅可以提高机床的加工精度，而且可以延长主轴的使用寿命木课题针对SIEMENS 840C控制数据接口及机床换扌专机构的特点，采用机电一体化，通 过PLC程序的设计，实现了在数控稈编中只要写上主轴转速，数控系统将自动实现换扌当 改造示的主轴，换扌当自如，运行可靠对换扌当过程中出现的油缸行程不到位、换扌当压力不够 都有及时的报警提不与错谋处理机床上轴的Il我保护功能是设计者必须注意的问题在换 扌当中可能会出现液压方而的问题，如换扌当压力不够、液压电磁阀失灵造成汕缸不到位换扌肖 超时时，系统要提出明确的报警，禁ill主轴换扌当，以保护主轴在换描过程中，巧妙地利用 主轴的摆动模式可实现柔性换扌当同时丿应利用定时器，对输岀命令的响应作出定时检杳。