專利名稱：數(shù)控機(jī)床主軸變速邏輯控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床主軸變速系統(tǒng)，具體涉及一種數(shù)控機(jī)床主軸變速邏輯控制方法。
背景技術(shù)：
目前，大多數(shù)控機(jī)床主軸變速系統(tǒng)，是根據(jù)加工要求所需的主軸轉(zhuǎn)速，首先將主軸電機(jī)停車降速，延時(shí)至主軸箱中的全部運(yùn)動(dòng)件處于一個(gè)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，再通過液壓撥叉推動(dòng)滑移變速齒輪與相對(duì)應(yīng)的嚙合齒輪嚙合，主軸再升速至新的速度，完成變速過程。在上述變速過程中，主軸停車時(shí)撥動(dòng)滑移變速齒輪與嚙合齒輪嚙合時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生“頂齒”現(xiàn)象。為避免“頂齒”，機(jī)床上一般設(shè)置“點(diǎn)動(dòng)”按鈕或增設(shè)一臺(tái)微電機(jī)，使主軸電機(jī)瞬時(shí)沖動(dòng)接通或經(jīng)微電機(jī)在撥叉推動(dòng)滑移變速齒輪的同時(shí)帶動(dòng)各種傳動(dòng)齒輪做低速回轉(zhuǎn)，這樣，滑移變速齒輪才能順利進(jìn)入嚙合。而完成一個(gè)變速過程中有多個(gè)這樣的嚙合環(huán)節(jié)，能耗大、工作效率低。在點(diǎn)動(dòng)主軸的過程中，推動(dòng)滑移變速齒輪的油缸并沒有卸載，發(fā)生“頂齒”的齒輪之間在滑動(dòng)中磨損甚至打齒，影響機(jī)床的使用壽命。為了達(dá)到應(yīng)有的變速要求，操作工勞動(dòng)強(qiáng)度大，輔助工作時(shí)間長(zhǎng)。另外，滑移變速齒輪沒有到位檢測(cè)元件，還容易產(chǎn)生齒輪嚙合不到位，甚至脫檔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用主軸側(cè)慣性實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速、節(jié)省能源、提高工作效率、增加換檔可靠性、增長(zhǎng)機(jī)床使用壽命的數(shù)控機(jī)床主軸變速邏輯控制方法，以解決數(shù)控機(jī)床主軸變速時(shí)出現(xiàn)的“頂齒”、耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高、換檔可靠性差這一技術(shù)問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種數(shù)控機(jī)床主軸變速邏輯控制方法，在主軸尾端設(shè)有一檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)速的編碼器，每個(gè)滑移齒輪的移動(dòng)位置處設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)控變速齒輪位置的檢測(cè)開關(guān)，變速邏輯控制方法包括下列步驟(1)從加工程序中讀入新的主軸速度；(2)檢測(cè)當(dāng)前齒輪位置狀態(tài)，判斷新的轉(zhuǎn)速是否符合當(dāng)前齒輪級(jí)情況，若檢測(cè)結(jié)果為是，則將主軸直接升速至新的速度，進(jìn)入下一工序程序；(3)若步驟(2)中檢測(cè)的結(jié)果為否，則將主軸伺服電機(jī)停車降速；(4)檢測(cè)主軸速度是否低于程序確定的轉(zhuǎn)速值，若檢測(cè)的結(jié)果為否，返回步驟(3)延時(shí)降速；(5)若步驟(4)中檢測(cè)的結(jié)果為是，可編程序邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller，以下簡(jiǎn)稱PLC控制器)發(fā)出換檔指令，按編制的邏輯順序程序給電磁閥站，電磁鐵通電，分別控制低速級(jí)油缸驅(qū)動(dòng)低速級(jí)齒輪級(jí)按順序嚙合，控制高速級(jí)油缸驅(qū)動(dòng)高速級(jí)齒輪級(jí)按順序嚙合；(6)經(jīng)過PLC中預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間延遲后，檢測(cè)各齒輪級(jí)是否嚙合到位，若檢測(cè)的結(jié)果為是，主軸伺服電機(jī)按新的主軸轉(zhuǎn)速運(yùn)行；(7)若步驟(6)中檢測(cè)的結(jié)果為否，主軸伺服電機(jī)開始擺動(dòng)；(8)重新檢測(cè)各齒輪級(jí)是否嚙合到位，若檢測(cè)的結(jié)果為是，主軸升速至新的速度，整個(gè)變速換檔過程完成，開始啟動(dòng)下一步執(zhí)行程序；(9)若步驟(8)中檢測(cè)的結(jié)果一直為否，計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)CNC(Computer Numerical Control，以下簡(jiǎn)稱CNC)命令控制單元產(chǎn)生故障報(bào)警，中斷下一步程序執(zhí)行，顯示相應(yīng)故障信息、維修信息。
上述步驟(4)所述主軸速度低于程序確定的轉(zhuǎn)速值為20rpm。
上述數(shù)控機(jī)床主軸變速邏輯控制方法，是通過PLC控制器實(shí)現(xiàn)主軸自動(dòng)變速邏輯控制的。由于在主軸電機(jī)停止后，機(jī)床的運(yùn)行系統(tǒng)依靠主軸側(cè)慣性的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)由高到低的遞減現(xiàn)象，依靠這一慣性實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)變速，減少了能耗，節(jié)省了換檔時(shí)間。在完成低速級(jí)齒輪變速后，再進(jìn)行高速級(jí)齒輪變速時(shí)，由于荷載、速度降低，這時(shí)通過延時(shí)調(diào)整，油缸推移滑移變速齒輪實(shí)現(xiàn)變速，這種變速實(shí)現(xiàn)的可能性達(dá)90％；若出現(xiàn)換檔不到位，再通過檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)齒輪的位置，讓主軸電機(jī)低速擺動(dòng)，使滑移變速齒輪與主齒輪嚙合，保證了換檔變速的可靠性，徹底避免了“頂齒”現(xiàn)象，自診斷能力強(qiáng)。該方法不僅能夠方便可靠地實(shí)現(xiàn)主軸的自動(dòng)變速控制，滿足數(shù)控機(jī)床高速、高效加工的要求，而且減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率以及可靠性，增長(zhǎng)了機(jī)床使用壽命。
本發(fā)明將結(jié)合實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，以便對(duì)本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行更深入的理解。


圖1為主軸變速邏輯控制裝置的結(jié)構(gòu)示意2為主軸變速邏輯控制方法的流程3為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明變速邏輯控制方法的實(shí)施例變速系統(tǒng)圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，變速邏輯控制裝置包含一主軸箱組合體，其內(nèi)有主軸單元101、高速齒輪級(jí)103(包含高速級(jí)滑移齒輪及與其嚙合驅(qū)動(dòng)主軸的相關(guān)齒輪)、低速齒輪級(jí)104(包含低速級(jí)滑移齒輪及與其嚙合驅(qū)動(dòng)主軸的相關(guān)齒輪)、驅(qū)動(dòng)高速級(jí)滑移齒輪的高速級(jí)油缸105以及驅(qū)動(dòng)低速級(jí)滑移齒輪的低速級(jí)油缸106。主軸箱上裝有位置編碼器100，用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控主軸的轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)地反饋至CNC控制單元110，另外箱體外側(cè)裝有換擋到位檢測(cè)開關(guān)102，能實(shí)時(shí)地檢測(cè)各滑移齒輪的位置及時(shí)反饋其位置狀態(tài)。PLC控制器108主要是連接CNC控制單元110及電磁閥站107、到位檢測(cè)開關(guān)102的橋梁，通過內(nèi)部總線電纜連接CNC控制單元110，把CNC控制單元110的信息及時(shí)讀入PLC內(nèi)部處理器，按事先輸入的邏輯控制程序?qū)崟r(shí)管理電磁閥站107各電磁鐵通電狀態(tài)，采集各滑移齒輪的狀態(tài)位置，實(shí)時(shí)反饋給CNC控制單元110，經(jīng)CNC內(nèi)部中央處理器實(shí)時(shí)控制主軸伺服電機(jī)109的運(yùn)行狀況。
如圖1、圖2所示，步驟201為初始狀態(tài)，CNC控制單元110在執(zhí)行加工程序啟動(dòng)后，經(jīng)步驟202從加工程序中讀入新的主軸速度。在步驟203中，PLC控制器108采集當(dāng)前齒輪到位檢測(cè)開關(guān)102位置狀態(tài)，執(zhí)行PLC程序，判斷新的轉(zhuǎn)速是否符合當(dāng)前齒輪級(jí)情況，如果符合當(dāng)前齒輪級(jí)就經(jīng)步驟212控制主軸直接升速至新的速度，進(jìn)入下一工序程序；如果不符合當(dāng)前的齒輪級(jí)情況，PLC控制器108把信息反饋至CNC控制單元110，經(jīng)步驟204控制主軸伺服電機(jī)109停車降速，在步驟205中，與主軸連接的編碼器100實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主軸速度是否低于20rpm，如果低于20rpm轉(zhuǎn)速，經(jīng)步驟206，PLC控制器108按編制的邏輯順序程序給電磁閥站107，電磁鐵通電，分別控制低速級(jí)油缸106驅(qū)動(dòng)低速級(jí)齒輪級(jí)104按順序嚙合，控制高速級(jí)油缸105驅(qū)動(dòng)高速級(jí)齒輪級(jí)103按順序嚙合，在步驟207中，經(jīng)過PLC程序預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間延遲后，PLC控制器108在步驟208中，實(shí)時(shí)讀取到位檢測(cè)開關(guān)102狀態(tài)，判斷各齒輪級(jí)是否嚙合到位，如果嚙合到位，則進(jìn)入步驟212中，CNC控制單元110控制主軸伺服電機(jī)109按新的主軸轉(zhuǎn)速運(yùn)行；如果未嚙合到位，則進(jìn)入步驟209中，CNC控制單元110控制主軸伺服電機(jī)109開始擺動(dòng)，直至在步驟210中，重新確認(rèn)是否嚙合到位，如果嚙合到位進(jìn)入步驟212，主軸升速至新的速度，整個(gè)變速換檔過程完成，在步驟213中，PLC控制器108報(bào)告CNC控制單元110變速完成，開始啟動(dòng)下一步執(zhí)行程序。如果嚙合一直不能到位，從步驟210進(jìn)入步驟211中，給CNC控制單元110產(chǎn)生故障報(bào)警，中斷下一步程序執(zhí)行，CNC控制單元110的人機(jī)界面上顯示相應(yīng)故障信息、維修信息。
如圖3所示，以一個(gè)實(shí)施例變速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程，來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明提供的主軸變速邏輯控制方法。該主軸變速傳統(tǒng)系統(tǒng)的主軸箱內(nèi)包括主軸伺服電機(jī)309、皮帶及皮帶輪301、302以及高速級(jí)齒輪303、304、305和低速級(jí)齒輪306、307、308。主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)接到變速指令后，主軸伺服電機(jī)309停車減速，當(dāng)主軸速度低于程序確定20rpm時(shí)，電磁閥順序斷電，首先將低速滑移齒輪306脫開，再將高速級(jí)滑移齒輪305脫開，PLC控制器再按編制的邏輯順序程序給電磁閥站，電磁鐵順序通電，分別控制低速級(jí)油缸驅(qū)動(dòng)低速級(jí)滑移齒輪306與低速級(jí)齒輪307或308嚙合到位，控制高速級(jí)油缸驅(qū)動(dòng)高速級(jí)滑移齒輪305與高速級(jí)齒輪303或304嚙合到位。如果檢測(cè)元件檢測(cè)換檔未到位，通過PLC控制器控制主軸伺服電機(jī)309做間歇性擺動(dòng)，重新確認(rèn)換檔已到位后，停止主軸伺服電機(jī)309的間歇性擺動(dòng)，整個(gè)換檔過程完成。如果嚙合一直不能到位，給CNC控制單元產(chǎn)生故障報(bào)警，中斷下一步程序執(zhí)行，CNC控制單元的人機(jī)界面上顯示相應(yīng)故障信息、維修信息。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控機(jī)床主軸變速邏輯控制方法，在主軸尾端裝有檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)速的編碼器，每個(gè)滑移齒輪的移動(dòng)位置處設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)控變速齒輪位置的檢測(cè)開關(guān)，其特征在于該變速邏輯控制方法包括下列步驟(1)從加工程序中讀入新的主軸速度；(2)檢測(cè)當(dāng)前齒輪位置狀態(tài)，判斷新的轉(zhuǎn)速是否符合當(dāng)前齒輪級(jí)情況，若檢測(cè)結(jié)果為是，則將主軸直接升速至新的速度，進(jìn)入下一工序程序；(3)若步驟(2)中檢測(cè)的結(jié)果為否，則將主軸伺服電機(jī)停車降速；(4)檢測(cè)主軸速度是否低于程序確定的轉(zhuǎn)速值，若檢測(cè)的結(jié)果為否，延時(shí)降速；(5)若步驟(4)中檢測(cè)的結(jié)果為是，PLC控制器發(fā)出換檔指令，按編制的邏輯順序程序給電磁閥站，電磁鐵通電，分別控制低速級(jí)油缸驅(qū)動(dòng)低速級(jí)齒輪級(jí)按順序嚙合，控制高速級(jí)油缸驅(qū)動(dòng)高速級(jí)齒輪級(jí)按順序嚙合；(6)經(jīng)過可編程序控制器PLC中預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間延遲后，檢測(cè)各齒輪級(jí)是否嚙合到位，若檢測(cè)的結(jié)果為是，主軸伺服電機(jī)按新的主軸轉(zhuǎn)速運(yùn)行；(7)若步驟(6)中檢測(cè)的結(jié)果為否，主軸伺服電機(jī)開始擺動(dòng)；(8)重新檢測(cè)各齒輪級(jí)是否嚙合到位，若檢測(cè)的結(jié)果為是，主軸升速至新的速度，整個(gè)變速換檔過程完成，開始啟動(dòng)下一步執(zhí)行程序；(9)若步驟(8)中檢測(cè)的結(jié)果一直為否，計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)CNC命令控制單元產(chǎn)生故障報(bào)警，中斷下一步程序執(zhí)行，顯示相應(yīng)故障信息、維修信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)控機(jī)床主軸變速邏輯控制方法，其特征在于上述步驟(4)所述主軸速度低于程序確定的轉(zhuǎn)速值為20rpm。
全文摘要
一種數(shù)控機(jī)床主軸變速邏輯控制方法，包括下列步驟讀入新的主軸速度；檢測(cè)并判斷是否需換檔，若否，主軸升速至新的轉(zhuǎn)速；若是，主軸伺服電機(jī)停車降速；檢測(cè)主軸速度是否低于程序確定的轉(zhuǎn)速值，若否，繼續(xù)延時(shí)降速；若是，PLC控制器發(fā)出換檔指令，電磁鐵順序通電，分別控制低、高速級(jí)油缸驅(qū)動(dòng)低、高速級(jí)齒輪級(jí)按順序嚙合；延時(shí)后，檢測(cè)各齒輪級(jí)是否嚙合到位，若是，主軸升速至新的轉(zhuǎn)速；若否，主軸伺服電機(jī)開始擺動(dòng)；重新檢測(cè)各齒輪級(jí)是否嚙合到位，若是，主軸升速至新的速度，換檔完成；若一直為否，CNC命令控制單元產(chǎn)生故障報(bào)警，中斷下一步程序執(zhí)行。該方法利用主軸側(cè)慣性實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，減少了能耗，節(jié)省了換檔時(shí)間，延長(zhǎng)了機(jī)床使用壽命，有效避免了主軸變速時(shí)出現(xiàn)的“頂齒”現(xiàn)象，自診斷能力強(qiáng)，安全可靠。
文檔編號(hào)B23Q5/00GK1586809SQ200410080480
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月11日
發(fā)明者李維謙 申請(qǐng)人:李維謙