数控机床主轴准停装置研究及实际应用.docx

数控机床主轴准停装置研究及实际应用数控机床主轴准停装置研究及实际应用[摘要]详细分析了机床主轴准停装置的分类、结构及其工作原理，对主轴准停装置的机械式和电气式做了比较，对它们的优缺点做了说明，并举例说明主轴准停在自动换刀和镗孔退刀等实际生产中的应用。[关键词]主轴准停;控制;应用引言主轴准停功能又称主轴定向功能。即当数控系统接收到准停命令(M19)时，主轴能停止在一个固定的方位或角度(可以通过参数修改)，并保持一定的力矩。现代数控机床为了满足自动换刀及某些加工工艺的需要，要求主轴具有高精度的准停控制。[1]由此可知主轴准停是实现机床加工自动化和刀具自动交换过程的重要环节。1主轴准停装置的控制准停装置分为机械式和电气式两种。1.1机械方式：如图1所示，当接收到主轴准停指令后，主轴电动机以低速转动，主轴箱内齿轮换挡使主轴作低速惯性空转，时间继电器开始动作，并延时4--6s保证主轴转稳后接通无触点开关的电源，当主轴转到图示位置即凸轮定位盘上的感应块与无触点开关相接触后发出信号，使主轴电动机停转。另一延时继电器延时0.2--0.4s后，压力油进入定位液压缸下腔，使定向活塞向左移动，当定向活塞上的定向滚轮顶入凸轮定位盘的凹槽内时，行程开关LS2发出信号，主轴准停完成。若延时继电器延时1s后行程开关IS2仍不发信号，说明准停没有完成，需使定向活塞后退，重新准停。当活塞杆向右移到位时，行程开关LSl发出滚轮退出凸轮定位盘凹槽的信号，此时主轴可启动工作。[2]1.2电气方式(1)磁性传感器检测定位：如图2所示，在主轴上安装一个磁发体与机床主轴一起旋转，在距离磁发体旋转外轨迹1～2mm处安装一个磁传感器，它经过放大电路与主轴控制单元连接。当机床主轴转动或停止时，接收到控制单元发来的准停起动信号ORT，主轴速度立即变为准停时的设定速度(可在主轴驱动装置中设定)，当主轴控制单元接收到磁传感器信号后，主轴驱动立即进入磁传感器作为反馈原件的位置闭环控制，目标位置即为准停位置。准停后，主轴驱动装置向数控系统发出准停完成信号ORE从而可进行自动换刀或其他动作。[3](2)编码器检测定位：如图3所示，可以采用主轴驱动装置的编码器信号，也可以在主轴上安装另一个编码器。编码器通常被安装在被测轴上随被测轴一起转动，将被测轴的角位移转换成电脉冲信号。采用主轴内部编码器信号要注意传动链对主轴准停精度的影响。主轴驱动装置内部可自动转换，使主轴驱动处于速度控制或位置控制状态。(3)数控系统控制主轴准停装置：如图4所示：准停的角度可由数控系统内部设定成任意值，因此准停角度可更方便地设定。准停由数控代码M19执行。当执行M19或M19Sxx时，数控系统先将M19送至可编程逻辑控制器(PLC)，处理后送出控制信号，控制信号会使主轴驱动进入伺服状态，同时主轴电动机降速并寻找主轴编码器零位脉冲C，然后进入位置闭环控制状态，并按系统参数设定定向准停。若执行M19无S指令，则主轴准停于相对C脉冲的某一缺省位置(可由数控系统设定);若执行M19S**指令，则主轴位于指令位置，也就是相对零位脉冲S**的角度位置。例如：M03S1000主轴以1000r/min正转M19主轴准停于默认位置M19S100主轴准停转至100°处S1000主轴再次以1000r/min正转M19S200主轴准停转至200°处2主轴准停装置的实际应用主轴准停主要应用在加工中心自动换刀以及精镗孔退刀等场合中。2.1准停装置在自动换刀中的应用刀具交换如图5所示：由于刀具装在主轴上，切削时切削转矩较大，不可能仅靠锥孔的摩擦力来传递，因此在主轴前端需设置一个端面键，当刀具装入主轴时，刀柄上的键槽必须与端面键对准，才能顺利换刀。故在加工中心中，当主轴停转进行刀具交换时，主轴需停在一个固定不变的位置上，从而保证主轴端面上的键也在一个固定的位置上。这样，换刀机械手在更换不同刀具时，能保证所更换刀柄上的键槽对准主轴端面上的定位键，并且也可以保证每次装刀时刀夹与主轴的相对位置不变，可以提高刀具的重复安装精度，保证零件的加工质量。[4]2.2准停装置在某些加工工艺中的应用数控机床为了保证在精镗孔完毕退刀时不会划伤已加工表面，必须设置主轴准停机构。2.2.1镗孔退刀当加工阶梯孔或精镗孔后退刀时，为防止刀具与小阶梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，主轴停止在定向位置上，即准停，必须先让刀，使刀尖偏移图6中的δ距离离开加工表面，然后再退刀;而要让刀，刀具必须具有准确功能。这样可以高精度、高效率地完成孔加工而不损伤工件已加工表面。[4]2.2.2通过小孔镗大孔当在加工中需要通过前壁小孔镗内壁大孔时，往往采用主轴准停装置来控制，使刀尖停在一个固定的位置，以便主轴偏移如图7中的δ距离后，使刀尖通过前壁小孔进入箱体内