專利名稱：數(shù)控車床的主軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)控車床，尤其是數(shù)控車床的主軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
普通數(shù)控車床的主軸是由異步電機(jī)帶動(dòng)齒輪變速箱4油缸16級(jí)液壓變速來(lái)傳動(dòng)和調(diào)速的。其傳動(dòng)控制系統(tǒng)包括CNC控制界面、PCU控制單元、主軸電機(jī)、電磁閥單元、油缸機(jī)構(gòu)單元、齒輪變速箱、手動(dòng)轉(zhuǎn)閥、變速按鈕和旋轉(zhuǎn)編碼器，通過(guò)CNC控制界面向P⑶控制單元編寫加工指令，P⑶控制單元通過(guò)總線輸出控制信號(hào)連接主軸電機(jī)，控制主軸電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)速時(shí)需手動(dòng)旋動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)閥選擇所需的檔位，再按下相應(yīng)的變速按鈕，接通相應(yīng)的電磁閥，由此電磁閥控制相應(yīng)的油缸開始工作，推動(dòng)相應(yīng)齒輪進(jìn)行變速，最終實(shí)現(xiàn)主軸工作臺(tái)的變速。旋轉(zhuǎn)編碼器連接于主軸工作臺(tái)的輸出端與P⑶控制單元的輸入端之間，將主軸的速度信號(hào)時(shí)時(shí)反饋至P⑶控制單元。這種主軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)，其齒輪變速箱有16檔轉(zhuǎn)速，分別為5、6.3、8、10、12.5、 16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160r/min。當(dāng)車床要車削大直徑的圓類平面時(shí)，由于
刀尖的線速度(主軸轉(zhuǎn)速)無(wú)法跟隨切削直徑的變化進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速(只能根據(jù)檔位，在檔位間進(jìn)行變速)，工件的加工表面粗糙度不一致，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大直徑工件車削工藝。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種主軸調(diào)速范圍較廣，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、可實(shí)現(xiàn)大直徑工件車削工藝的數(shù)控車床的主軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣的數(shù)控車床的主軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)，包括CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端、PCU控制單元、主軸電機(jī)、電磁閥單元、油缸單元、齒輪變速箱和旋轉(zhuǎn)編碼器，PCU控制單元的輸出端依次連接主軸電機(jī)和齒輪變速箱，PCU控制單元的另一輸出端依次連接電磁閥單元、油缸單元和齒輪變速箱，旋轉(zhuǎn)編碼器連接于主軸工作臺(tái)的輸出端與PCU控制單元的輸入端之間；上述齒輪變速箱為采用滑移齒輪且?guī)в袚懿娴凝X輪變速箱；還包括變頻器和制動(dòng)單元，上述變頻器連接于上述PCU控制單元的模擬量輸出端與上述主軸電機(jī)的輸入端之間用于控制上述主軸電機(jī)，上述制動(dòng)單元連接于上述變頻器的制動(dòng)控制輸出端；還包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器，所述CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端及數(shù)據(jù)服務(wù)器分別經(jīng)網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；每臺(tái)數(shù)控車床的PCU控制單元中均設(shè)有基于TCP/IP通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信模塊，各數(shù)控車床的網(wǎng)絡(luò)通信模塊經(jīng)網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。采用上述方案后，本實(shí)用新型的數(shù)控車床的主軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)，PCU控制單元發(fā)出的模擬信號(hào)通過(guò)變頻器端子傳輸?shù)阶冾l器，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量設(shè)定轉(zhuǎn)速對(duì)模擬量變頻器輸出的控制，變頻器輸出頻率調(diào)速信號(hào)驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)，實(shí)現(xiàn)主軸連續(xù)可控變速。與現(xiàn)有技術(shù)相比， 本實(shí)用新型采用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸的調(diào)速，變頻調(diào)速的調(diào)節(jié)范圍很廣，一般通用型變頻器都可以實(shí)現(xiàn)0-400HZ范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，可以滿足數(shù)控系統(tǒng)恒速切削、主軸轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)變速的要求，主軸轉(zhuǎn)速跟隨著當(dāng)前加工工件直徑變化而變化，從而始終保證刀具切削點(diǎn)處切削線速度為常數(shù)，能實(shí)現(xiàn)大直徑工件的車削工藝。本實(shí)用新型中，采用滑移齒輪和撥叉來(lái)替代原有復(fù)雜的機(jī)械拖動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，維修方便的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有數(shù)控車床都是相互獨(dú)立的，在數(shù)控車床運(yùn)行時(shí)需要為每臺(tái)數(shù)控車床配備一人對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行人工檢查，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，由于人工方式具有不確定因素，難免會(huì)在人工檢查和記錄時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，而且勞動(dòng)強(qiáng)度也較高。由于數(shù)據(jù)服務(wù)器、CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端和數(shù)控車床通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)互聯(lián)，數(shù)據(jù)服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)采集各數(shù)控車床的相關(guān)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)讀取各數(shù)控車床的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或讀取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)器所采集的歷史數(shù)據(jù)， 因此能實(shí)時(shí)追蹤各數(shù)控車床的狀態(tài)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還避免了人工檢查及記錄的方式所導(dǎo)致的錯(cuò)誤。

圖1為本實(shí)用新型數(shù)控車床的主軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖中箭頭表示信號(hào)流向。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的數(shù)控車床的主軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端、 PCU控制單元、變頻器、制動(dòng)單元、主軸電機(jī)、電磁閥單元、油缸單元、齒輪變速箱和旋轉(zhuǎn)編碼器。CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端連接于P⑶控制單元的設(shè)定輸入端，P⑶控制單元的控制輸出端依次連接變頻器、主軸電機(jī)和齒輪變速箱，制動(dòng)單元(制動(dòng)單元主要是采用能耗制動(dòng)的方式來(lái)使主軸停止運(yùn)轉(zhuǎn))連接于變頻器的制動(dòng)控制輸出端，P⑶控制單元的模擬量輸出端與變頻器模擬量輸入端進(jìn)行雙向連接，以實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的輸入輸出；PCU控制單元的另一輸出端依次連接電磁閥單元、油缸單元和齒輪變速箱，旋轉(zhuǎn)編碼器連接于主軸工作臺(tái)的輸出端與PCU 控制單元的輸入端之間；還包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器，所述CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端及數(shù)據(jù)服務(wù)器分別經(jīng)網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；每臺(tái)數(shù)控車床的PCU控制單元中均設(shè)有基于TCP/IP通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信模塊，各數(shù)控車床的網(wǎng)絡(luò)通信模塊經(jīng)網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。其中，齒輪變速箱為采用滑移齒輪且?guī)в袚懿娴凝X輪變速箱。本實(shí)用新型工作時(shí)，通過(guò)CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端編寫加工指令和主軸速度指令，CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端將此加工指令和主軸速度指令傳輸給PCU控制單元，PCU控制單元發(fā)出模擬信號(hào)通過(guò)變頻器端子送入變頻器，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量設(shè)定轉(zhuǎn)速對(duì)模擬量變頻器輸出的控制，變頻器輸出頻率調(diào)速信號(hào)驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)。同時(shí)，PCU控制單元控制電磁閥單元閉合，啟動(dòng)油缸單元，由油缸單元帶動(dòng)齒輪變速箱內(nèi)的撥叉，實(shí)現(xiàn)齒輪嚙合不同的傳動(dòng)比。主軸電機(jī)的傳動(dòng)通過(guò)齒輪變速箱再傳動(dòng)至主軸工作臺(tái)。旋轉(zhuǎn)編碼器將主軸工作臺(tái)的速度信號(hào)時(shí)時(shí)反饋至P⑶控制單元，PCU控制單元將旋轉(zhuǎn)編碼器反饋回來(lái)的速度信號(hào)與PCU控制單元輸出的模擬量進(jìn)行比較，比較結(jié)果可以對(duì)PCU控制單元輸出的模擬量進(jìn)行調(diào)整控制，從而實(shí)現(xiàn)主軸無(wú)級(jí)調(diào)速。 由于主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低由PCU控制單元輸出的電壓信號(hào)的大小來(lái)控制，所以主軸工作臺(tái)可根據(jù)切削加工工件直徑變化的情況。本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)服務(wù)器、各CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端及各數(shù)控車床以TCP通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)均分配有固定的IP地址，以保證各通信節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)損傳輸。數(shù)據(jù)服務(wù)器每間隔0. 5秒即對(duì)各數(shù)控車床的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次采樣，采樣的數(shù)據(jù)包括車床狀態(tài)、主軸各項(xiàng)位置數(shù)據(jù)及旋轉(zhuǎn)速度，采樣得到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)服務(wù)器中，其中車床狀態(tài)作為特殊數(shù)據(jù)保存，只記錄車床的狀態(tài)變化。CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端可直接讀取數(shù)控車床的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以監(jiān)視數(shù)控車床的實(shí)時(shí)狀態(tài)，也可通過(guò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)查詢各數(shù)控車床的歷史數(shù)據(jù)，從數(shù)控車床讀取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及從數(shù)據(jù)服務(wù)器查詢到的歷史數(shù)據(jù)經(jīng)圖形化處理后在CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端的顯示屏上顯示。采用上述方案后，本實(shí)用新型采用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸的調(diào)速，變頻調(diào)速的調(diào)節(jié)范圍很廣，一般通用型變頻器都可以實(shí)現(xiàn)0-400HZ范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，可以滿足數(shù)控系統(tǒng)恒速切削、主軸轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)變速的要求，主軸轉(zhuǎn)速跟隨著當(dāng)前加工工件直徑變化而變化，從而始終保證刀具切削點(diǎn)處切削線速度為常數(shù)，能實(shí)現(xiàn)大直徑工件的車削工藝。本實(shí)用新型中，采用滑移齒輪和撥叉來(lái)替代原有復(fù)雜的機(jī)械拖動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，維修方便的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1.數(shù)控車床的主軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)，包括CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端、P⑶控制單元、主軸電機(jī)、電磁閥單元、油缸單元、齒輪變速箱和旋轉(zhuǎn)編碼器，PCU控制單元的輸出端依次連接主軸電機(jī)和齒輪變速箱，PCU控制單元的另一輸出端依次連接電磁閥單元、油缸單元和齒輪變速箱，旋轉(zhuǎn)編碼器連接于主軸工作臺(tái)的輸出端與PCU控制單元的輸入端之間；上述齒輪變速箱為采用滑移齒輪且?guī)в袚懿娴凝X輪變速箱；其特征在于還包括變頻器和制動(dòng)單元，上述變頻器連接于上述PCU控制單元的模擬量輸出端與上述主軸電機(jī)的輸入端之間用于控制上述主軸電機(jī)，上述制動(dòng)單元連接于上述變頻器的制動(dòng)控制輸出端；還包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器，所述CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控端及數(shù)據(jù)服務(wù)器分別經(jīng)網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；每臺(tái)數(shù)控車床的P⑶控制單元中均設(shè)有基于TCP/IP通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信模塊，各數(shù)控車床的網(wǎng)絡(luò)通信模塊經(jīng)網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種數(shù)控車床的主軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)，其包括CNC控制界面、PCU控制單元、主軸電機(jī)、電磁閥單元、油缸單元、齒輪變速箱和旋轉(zhuǎn)編碼器；齒輪變速箱為采用滑移齒輪且?guī)в袚懿娴凝X輪變速箱，還包括變頻器、制動(dòng)單元、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器，變頻器連接于PCU控制單元的輸出端與主軸電機(jī)的輸入端之間，制動(dòng)單元連接于變頻器的制動(dòng)控制輸出端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸的調(diào)速，變頻調(diào)速的調(diào)節(jié)范圍很廣，可以滿足數(shù)控系統(tǒng)恒速切削、主軸轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)變速的要求，主軸轉(zhuǎn)速跟隨著當(dāng)前加工工件直徑變化而變化，從而始終保證刀具切削點(diǎn)處切削線速度為常數(shù)，能實(shí)現(xiàn)大直徑工件的車削工藝。
文檔編號(hào)B23Q5/04GK202317806SQ20112048127
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者張林才, 熊有剛 申請(qǐng)人:重慶卡福汽車制動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限公司