就數(shù)控機床而言，除了進給、主軸因有精度要求，一般采用伺服電機驅動外，對于刀庫、機械手等輔助驅動可采用變頻調(diào)速器進行驅動。變頻調(diào)速器連線簡單，調(diào)試方便。
我廠XH715B型立式加工中心屬輕型機床，其換刀機構包括鏈式刀庫及凸輪機械手。在考慮設計方案時，由于刀庫、機械手的驅動要求不高，但又要求有變速、定位、換向功能，因此，采用變頻調(diào)速器拖動普通交流電動機的方案。因為刀庫和機械手是分時運動的，故由一臺變頻器驅動兩臺普通交流電動機，其驅動原理見圖1。
圖1 變頻調(diào)速器驅動換刀機構電氣原理圖
實際調(diào)試時，我們分別應用變頻調(diào)速器的正反轉功能與多段速運行功能，滿足刀庫的正反轉與兩級速度要求。利用兩個接近開關進行刀庫計數(shù)及精確定位。接近開關信號時序圖如圖2所示。每一個TM周期為刀庫傳動齒輪轉動一個齒的距離。通過計算得知，刀庫齒輪每轉動4個齒為一個刀套的距離。通過PLC運算處理，利用計數(shù)器計數(shù)，可實現(xiàn)刀庫計數(shù)運轉。并在刀庫運行至目標刀位前一刀庫位置時進行減速運轉(變頻調(diào)速器運行頻率為10～15Hz)，至目標刀位停止。以前我廠刀庫檢測定位采用一個絕對編碼器，且多為進口的，現(xiàn)在采用兩個接近開關即可實現(xiàn)，降低了成本，且性能可靠。刀庫快速運轉時，變頻調(diào)速器運行頻率為30～40Hz，慢速時為10～15Hz，可以進行正轉和反轉，就近找刀。由于刀庫降速比大，慣性大，運行速度可以不必太快，故實現(xiàn)定位功能較為容易。
圖2 接近開關信號時序圖
在調(diào)試機械手時，出現(xiàn)了一問題，即機械手停止運行時，不能準確停在零位。機械手有一個零位開關，換刀時，要求機械手從零位開始起動，運行時零位信號由1變?yōu)?，低電平輸出。當再次回到零位時，零位信號則由0變?yōu)?，高電平輸出，此時要求機械手停止運行，并準確停在零位(圖3)。由于機械手慣性小，運行速度快，當NC再次檢測到零位信號時，即零位信號由0變?yōu)?時，馬上發(fā)出指令讓機械手停止運行，但其停止位置往往越過零位，見圖3中A位置。這顯然是不允許的，因為機械手稍微偏離零位，當機床Z軸向下運動時就會撞上機械手造成損害。經(jīng)過觀察分析，發(fā)現(xiàn)造成這種情況是因為高速運行的電動機若由變頻器驅動，其停止時會有很大一部分動能傳遞至傳動機構上。如傳動機構慣性大，可能不會產(chǎn)生明顯的影響，而對于凸輪機械手這樣的小慣性傳動機構則會產(chǎn)生明顯影響。當我們增加變頻調(diào)速器的制動單元時，效果不甚明顯。為此，我們增加了一個能耗制動回路，見圖1虛框部分。當機械手運行至零位時，立即把驅動電動機與變頻調(diào)速器斷開，并將電動機電樞的三根線連至制動電阻上。這樣，電機中的動能大部分泄放到制動電阻上，剩余動能很小，對機械手的停止位置就不會產(chǎn)生明顯影響。經(jīng)過多次試驗，機械手停止位置都變得比較準確了。后來我們在此基礎上，為機械手增加了一個更直接的零位開關(或稱作機械手保護開關)，整個換刀機構的運行就更加可靠、安全。
圖3 零位開關示意圖
通過這臺機床調(diào)試，我們認為交流變頻調(diào)速器作為數(shù)控機床輔助驅動，尤其是換刀機構的驅動裝置，不失為一種低成本、可靠、方便的驅動方案。可以預見，今后變頻調(diào)速器在數(shù)控機床上將得到更為廣泛的應用。 |
