數(shù)控機(jī)床主軸制動(dòng)控制方式的改進(jìn)設(shè)計(jì)
| 1 引言 通常機(jī)床主軸電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，采用的是能耗制動(dòng)方式，使電動(dòng)機(jī)AB相輸入直流電源。 采用能耗制動(dòng)方式使主軸電動(dòng)機(jī)停止，主軸在低檔位低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，大約需要0.5s，在高檔位高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，大約需要2.5s。目前，采用的主軸電動(dòng)機(jī)制動(dòng)方法如圖1所示，先斷開KM1，再閉合開關(guān)KM2，從而斷開三相交流電源，接通直流電源，延時(shí)2.5s，認(rèn)定主軸電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，然后進(jìn)行換刀或其它動(dòng)作。 主軸以不同的速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，采用能耗制動(dòng)方式使主軸停止所需要的時(shí)間不同，采用同樣的能耗制動(dòng)時(shí)間，延長(zhǎng)無意義的加工輔助時(shí)間，降低了機(jī)床工作效率。另外，一旦開關(guān)KM2不能可靠閉合，或者直流電源保險(xiǎn)斷開不能正常提供直流電，則主軸電動(dòng)機(jī)只能在摩擦力的作用下減速，制動(dòng)時(shí)間需要很長(zhǎng)，但延時(shí)2.5s后，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)仍然認(rèn)定主軸電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止旋轉(zhuǎn)，此時(shí)機(jī)床進(jìn)行換刀或其它動(dòng)作容易造成事故。 因此，我們對(duì)機(jī)床主軸制動(dòng)控制方式進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，判斷主軸旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，不采用延時(shí)2.5s，即認(rèn)定主軸電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn)的控制方式，而是實(shí)時(shí)監(jiān)控主軸旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)低于一定轉(zhuǎn)速時(shí)，立即發(fā)出主軸停止完了信號(hào)。 2 主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)方案 在電動(dòng)機(jī)的同步傳動(dòng)軸上安裝一塊條形鐵片，和電動(dòng)機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，由接近開關(guān)對(duì)其檢測(cè)，每轉(zhuǎn)檢測(cè)到兩個(gè)脈沖信號(hào)，通過對(duì)脈沖信號(hào)的檢測(cè)而得知其轉(zhuǎn)速。檢測(cè)脈沖信號(hào)有兩種方案。 第一方案：在一定周期Tp內(nèi)讀取脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)N，PLC是一種順序控制器，它的程序是由前到后一步一步執(zhí)行，每執(zhí)行完一遍為一個(gè)掃描周期，然后從頭開始循環(huán)執(zhí)行。假如程序有2000步，每步執(zhí)行時(shí)間周期為30μs，則程序的掃描周期約60ms，掃描頻率約16Hz，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出的脈沖頻率應(yīng)低于8Hz，當(dāng)轉(zhuǎn)速的脈沖頻率大于16Hz，即轉(zhuǎn)速n≥480r/min時(shí)，PLC受其掃描頻率的影響，不能準(zhǔn)確檢測(cè)出脈沖的個(gè)數(shù)，情況不好時(shí)，會(huì)出現(xiàn)高速時(shí)檢測(cè)的脈沖個(gè)數(shù)很少，誤判為電動(dòng)機(jī)基本停止而進(jìn)行下面動(dòng)作，造成事故。此種方案只適用于主軸低速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。 第二種方案：檢測(cè)脈沖信號(hào)持續(xù)為“0”或“1”的時(shí)間T，當(dāng)n＜60r/min時(shí)，發(fā)出主軸停止完了信號(hào)。由于PLC程序執(zhí)行過程的延時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)收到主軸停止信號(hào)，并執(zhí)行下面動(dòng)作時(shí)，主軸已完全停止旋轉(zhuǎn)，n=60r/min所對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)持續(xù)為“0”或“1”的時(shí)間T為0.25s，因此我們把檢測(cè)脈沖信號(hào)的計(jì)時(shí)器設(shè)定為0.25s。同樣高速時(shí)也會(huì)出現(xiàn)脈沖測(cè)不準(zhǔn)的情況，但不管情況多壞，在0.25s的時(shí)間內(nèi)“0”或“1”至少變化一次，因此可以準(zhǔn)確地判斷主軸是否停止旋轉(zhuǎn)。此方案可以適用于主軸高速或低速旋轉(zhuǎn)時(shí)主軸制動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們采用了此方案。 3 PLC實(shí)現(xiàn)主軸能耗制動(dòng)的控制方法 PLC設(shè)計(jì)程序中，X20.0為轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)的輸入，M05為主軸停止信號(hào)，Y50.0為主軸停止完了信號(hào)。 兩個(gè)計(jì)時(shí)器TM1、TM2分別判斷X20.0脈沖信號(hào)持續(xù)為“0”或“1”的時(shí)間是否達(dá)到設(shè)定的時(shí)間，只要有一個(gè)時(shí)間到達(dá)，即R100.1或R100.2變“1”，導(dǎo)致R100.3變“1”，此時(shí)M05為“1”，導(dǎo)致Y50.0輸出“1”，則發(fā)出主軸制動(dòng)完了信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了主軸停止的準(zhǔn)確判斷。 4 結(jié)束語 我們采用改進(jìn)的控制方式用PLC控制機(jī)床主軸的制動(dòng)，能夠可靠地判別機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，避免了機(jī)床的誤動(dòng)作，節(jié)約了主軸加工的輔助時(shí)間，使機(jī)床的保護(hù)性能更趨于完善。
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