某廠XH715B型立式加工中心屬輕型機(jī)床，其換刀機(jī)構(gòu)包括鏈?zhǔn)降稁?kù)及凸輪機(jī)械手。在考慮設(shè)計(jì)方案時(shí)，由于刀庫(kù)、機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)要求不高，但又要求有變速、定位、換向功能，因此，采用惠豐變頻器拖動(dòng)普通交流電動(dòng)機(jī)的方案。因?yàn)榈稁?kù)和機(jī)械手是分時(shí)運(yùn)動(dòng)的，故由一臺(tái)惠豐變頻器驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)普通交流電動(dòng)機(jī)，其驅(qū)動(dòng)原理見(jiàn)圖1。
實(shí)際調(diào)試時(shí)，我們分別應(yīng)用惠豐變頻器的正反轉(zhuǎn)功能與多段速運(yùn)行功能，滿足刀庫(kù)的正反轉(zhuǎn)與兩級(jí)速度要求。利用兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行刀庫(kù)計(jì)數(shù)及精確定位。接近開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)序圖如圖2所示。每一個(gè)TM周期為刀庫(kù)傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒的距離。通過(guò)計(jì)算得知，刀庫(kù)齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)4個(gè)齒為一個(gè)刀套的距離。通過(guò)PLC運(yùn)算處理，利用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，可實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)計(jì)數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)。并在刀庫(kù)運(yùn)行至目標(biāo)刀位前一刀庫(kù)位置時(shí)進(jìn)行減速運(yùn)轉(zhuǎn)(變頻調(diào)速器運(yùn)行頻率為10～15Hz)，至目標(biāo)刀位停止。以前我廠刀庫(kù)檢測(cè)定位采用一個(gè)絕對(duì)編碼器，且多為進(jìn)口的，現(xiàn)在采用兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)，降低了成本，且性能可靠。刀庫(kù)快速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻調(diào)速器運(yùn)行頻率為30～40Hz，慢速時(shí)為10～15Hz，可以進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，就近找刀。由于刀庫(kù)降速比大，慣性大，運(yùn)行速度可以不必太快，故實(shí)現(xiàn)定位功能較為容易。
在調(diào)試機(jī)械手時(shí)，出現(xiàn)了一問(wèn)題，即機(jī)械手停止運(yùn)行時(shí)，不能準(zhǔn)確停在零位。機(jī)械手有一個(gè)零位開(kāi)關(guān)，換刀時(shí)，要求機(jī)械手從零位開(kāi)始起動(dòng)，運(yùn)行時(shí)零位信號(hào)由1變?yōu)?，低電平輸出。當(dāng)再次回到零位時(shí)，零位信號(hào)則由0變?yōu)?，高電平輸出，此時(shí)要求機(jī)械手停止運(yùn)行，并準(zhǔn)確停在零位(圖3)。由于機(jī)械手慣性小，運(yùn)行速度快，當(dāng)NC再次檢測(cè)到零位信號(hào)時(shí)，即零位信號(hào)由0變?yōu)?時(shí)，馬上發(fā)出指令讓機(jī)械手停止運(yùn)行，但其停止位置往往越過(guò)零位，見(jiàn)圖3中A位置。這顯然是不允許的，因?yàn)闄C(jī)械手稍微偏離零位，當(dāng)機(jī)床Z軸向下運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)撞上機(jī)械手造成損害。經(jīng)過(guò)觀察分析，發(fā)現(xiàn)造成這種情況是因?yàn)楦咚龠\(yùn)行的電動(dòng)機(jī)若由變頻器驅(qū)動(dòng)，其停止時(shí)會(huì)有很大一部分動(dòng)能傳遞至傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上。如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)慣性大，可能不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，而對(duì)于凸輪機(jī)械手這樣的小慣性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)則會(huì)產(chǎn)生明顯影響。當(dāng)我們?cè)黾幼冾l調(diào)速器的制動(dòng)單元時(shí)，效果不甚明顯。為此，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)能耗制動(dòng)回路，見(jiàn)圖1虛框部分。當(dāng)機(jī)械手運(yùn)行至零位時(shí)，立即把驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與變頻調(diào)速器斷開(kāi)，并將電動(dòng)機(jī)電樞的三根線連至制動(dòng)電阻上。這樣，電機(jī)中的動(dòng)能大部分泄放到制動(dòng)電阻上，剩余動(dòng)能很小，對(duì)機(jī)械手的停止位置就不會(huì)產(chǎn)生明顯影響。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，機(jī)械手停止位置都變得比較準(zhǔn)確了。后來(lái)我們?cè)诖嘶A(chǔ)上，為機(jī)械手增加了一個(gè)更直接的零位開(kāi)關(guān)(或稱(chēng)作機(jī)械手保護(hù)開(kāi)關(guān))，整個(gè)換刀機(jī)構(gòu)的運(yùn)行就更加可靠、安全。
通過(guò)這臺(tái)機(jī)床調(diào)試，我們認(rèn)為交流變頻調(diào)速器作為數(shù)控機(jī)床輔助驅(qū)動(dòng)，尤其是換刀機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置，不失為一種低成本、可靠、方便的驅(qū)動(dòng)方案。可以預(yù)見(jiàn)，今后變頻調(diào)速器在數(shù)控機(jī)床上將得到更為廣泛的應(yīng)用。
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