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數控卷板機床主軸分段無級調速及控制

發布時間：2018/12/24

　　一、概述
　　CNC對主軸驅動的控制通過以下三種方式：
　　(1)卷板機主軸模擬電壓輸出端口輸出0~±IOV的模擬電壓到主軸驅動器，該電壓的大小用來控制主軸電動機的轉速，電壓的正／負用來控制主軸電動機的旋轉方向。
　　(2)卷板機主軸模擬電壓輸出端口輸出0～10V的單極性模擬電壓到主軸驅動器，電壓的大小控制主軸電動機的轉速，用正轉、反轉開關量信號來控制主軸電動機正／反轉。
　　(3)選擇CNC輸出的12位二進制碼或者2位或3位BCD碼開關量信號到主軸驅動器，控制主軸的轉速。
　　這三種方法都可以實現主軸電動機的無級調速。對于數控卷板機、銑床、加工中心等通用型的數控卷板機床，要求恒功率區域的變速范圍盡可能大，切削要求低速大轉矩。而采用無級調速，主軸低速段的輸出轉矩常常無法達到強力切削的要求。如果使用無級調速，就必須增加主軸電動機的功率，這樣，主軸電動機與其驅動裝置的體積、質量和成本勢必要增加。因此，數控卷板機中采用齒輪變速和無級調速結合的方式，也就是分段無級調速方式。
　　圖7所示分別為采用齒輪變速和不采用齒輪變速時主軸的輸出特性曲線，可以看出，采用齒輪變速使低速時電動機的輸出轉矩變大，但同時降低了主軸電動機的最高轉速。
　　

　　二、自動換擋的控帶0
　　圖7主軸輸出特性曲線對比
　　數控卷板機床通常用CNC控制茵輪自動變擋，滿足低速轉矩和主軸最大轉速的要求。數控卷板機床使用兩擋就可以滿足需求，一般CNC會提供2—4擋變速功能。圖7．8所示為主軸分段無級調速的結構示意圖。
　　

　　圖8主軸分段無級調速的結構不意圖
　　具體的變擋方式由可編程控制器來完成，常常采用液壓撥叉或者電磁離合器來帶動不同齒輪的嚙合。對變速時出現的頂齒現象，數控卷板機床采用由CNC控制主軸低速轉動和脈動的方式來實現齒輪順利嚙合。變速時主軸電動機低速轉動或脈動的速度可以通過CNC中的參數來設定。
　　圖9所示為一般數控卷板機床自動換擋的時序過程。
　　CNC通過M41一M44代碼進行齒輪變速，四擋分別對應的最高主軸轉速由CNC系勻參數來設定。當CNC讀到s指令時，輸出相應的M代碼，并送到可編程控制器。50m后，M代碼穩定，讀取的數據正確，CNC發出M選通信號，命令PLC讀取并執行M一碼，M選通信號持續100ms。
　　PLC接收到信號后，M完成信號失效。CNC收到M代碼正在執行的信息。PLC對A代碼進行譯碼并執行變擋。M代碼輸出一段時間后，CNC根據參數設置使主軸低速轉虧或者脈動，解決齒輪頂齒問題。
　　變速完成后，PLC置M完成信號有效，CNC接到變速完成信號，然后CNC根據參婁設定的每擋主軸最高轉速，輸出相應的模擬電壓，這時主軸轉速為給定的S值。

　　三、齒輪自動換擋的操縱機構
　　1．液壓撥叉變速機構
　　液壓撥叉是一種通過一個或幾個液壓缸來帶動齒輪移動的機構。不同的通油方式可E使三聯或者三聯以上的齒輪塊獲得不同的變速位置。圖7—10所示為三位液壓撥叉的原垂圖，通過電磁閥改變通油方式可以獲得三個位置。
　

　　圖10三位液壓撥叉的原理圖
　　在圖10(a)中，液壓缸1通入壓力油，而液壓缸5卸壓，這時活塞桿2帶動撥3從右向左移動到極限位置，撥叉帶動三聯齒輪塊移動到左端。圖10(b)中部分缸5通入壓力油，而液壓缸1卸壓，此時活塞桿2和套筒4一起從左向右移動，套碰到液壓缸5的端部后，活塞桿繼續右移直至極限位置。這時三聯齒輪塊被撥叉3移右端。圖10(c)中液壓缸1和5同時通入壓力油，活塞桿兩端的直徑不同，使得的推力大于左端，這樣活塞桿2向左移動，而套筒4的左端面積與活塞桿2的左端面積之和大于活塞桿2的右端面積，這使得套筒4向右的推力大于活塞桿2向左的推力，于是，套筒4推向液壓缸5的右端，活塞桿2緊靠套筒4的右端，撥叉3位于中間位置。
　　卷板機床工作時每個齒輪的到位有檢測元件來檢測，檢測信號有效即說明變擋完成。對于主軸無級變速的情況，可以采用CNC控制主軸電動機低速傳動來預防液壓撥叉頂齒問題，對于恒速交流電動機分段有級變速的情況，一般在傳動機構上安裝一個小型電動機或者液壓馬達來預防頂齒問題。
　　液壓撥叉需要安裝一套液壓裝置才可以工作，將電信號轉換為電磁閥動作，再將液壓油分別通入相應的液壓缸，這就增加了裝置的復雜性。
　　2．電磁離合器
　　電磁離合器的工作原理是利用電磁效應來接通或者切斷運動。它的優點是便于實現自動操作，并且有成熟的系列產品可供選用，因此，它是自動裝置中常用的操縱元件。但是它存在體積大，磁通容易磁化機械零件等缺點。在數控卷板機床主傳動系統中，電磁離合器的使用簡化了變速機構，各個傳動軸上離合器的吸合與分離的不同組合，形成了不同的傳動路線，實現了主軸的變速。

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主要產品:卷板機,液壓機,剪板機,折彎機,油壓機等機床

數控卷板機床主軸分段無級調速及控制