主轴高低档位数控车床定向功能的控制方法与流程

本发明涉及一种车床的控制方法，具体是高低档位数控车床主轴变频器控制时，增加主轴定向停止功能的控制方法。

背景技术：

数控车床是目前使用较为广泛的数控机床之一。它主要用于轴类零件或盘类零件的内外圆柱面、任意锥角的内外圆锥面、复杂回转内外曲面和圆柱、圆锥螺纹等切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等。

数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数以及辅助功能，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。

在经济型普通数控车床上，为了提高主轴切削力矩，保证主轴切削刚性，车床主轴箱常采用多档位变速，并配有变频调速电机，可实现主轴在较宽的转速范围内无级调速。由于主轴变频器调速常为开环控制，无法实现主轴在每个档位上准确定向停止即准停定位功能。当前，采用机械手自动化上下料的机床比较多，尤其遇到一些有位置要求的加工或机械手抓取料时，需要主轴准停在一个特定的位置上。而手动或点动旋转主轴至特定位置上，都存在弊端。

市场应用最广的是高低两档经济型数控车床，该机床可实现了分段无级变速，既可以进行高档位的高速切削，又可以在低档进行大扭矩切削。若采用伺服主轴控制，机床的价格和成本比较高，因此采用的比较少。随着日益复杂的工件加工要求以及机器人上下料的日益普及，客户希望这类车床也可以实现主轴随时可以定位停止。

结合高低两档位数控车床结构特点，我们提出了主轴定位停止的控制方法。在原机床的基础上，无须更换高档变频器和更昂贵的伺服系统，我们进行电气控制修改和plc控制增加，修改变频器参数，使机床在不同档位都可实现定位停止。

技术实现要素：

本发明是为了解决多档位数控车床不能定位停止的问题，为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

主轴高低档位数控车床定向功能的控制方法，包括数控系统，其特征是，数控系统输出高低档信号经过plc程序处理给可编程控制器，数控系统输出定位停止信号给变频器，变频器输出停止信号使电机定位停止，同时编码器将主轴停止位置反馈给变频器pg卡，经变频器再反馈给系统，形成闭环矢量控制方式。

所述的可编程控制器作为通讯模块，在变频器与系统之间建立换挡、定位停止的通讯联系。

所述的电气控制为，断路器qf控制变频器及电机电源，系统给模拟量信号svc、agnd接入变频器a11、gnd端子，通过改变变频器频率给主轴电机不同转速，系统plc控制继电器ka1、ka2的接通，使主轴正反转，变频器发生故障ta、tb输出报警。

所述的ka1、ka2常开点分别为主轴正转、反转控制，该控制电路默认高档进行定位停止，当需切换低档时，继电器ka3常开点闭合，常开点ka4为主轴定位停止控制，定位停止指令m26执行，ka4闭合，定位停止取消m27执行，ka4断开。

所述的机床在高档执行m42加工时，程序中输入m26指令，系统plc输出，ka4常开点闭合，可编程控制器与变频器通讯，主轴执行定位停止，当机床在低档执行m41加工时，系统plc输出，ka3、ka4常开点闭合，可编程控制器与变频器通讯，主轴执行定位停止。

在原机床的基础上，无须更换高档变频器和更昂贵的伺服系统，为实现主轴定位停止，首先，从电气控制上进行了创新设计，增加通用型可编程控制器、pg卡及继电器，我们进行电气控制修改和plc控制增加，修改变频器参数，使机床在不同档位都可实现定位停止。

附图说明

图1是原机床的控制模块图；

图2是本发明的定位停止控制方法的控制模块图；

图3是本发明两档定位停止的控制电气原理图；

图4是本发明广数980tdc系统plc程序截取部分；

图5是本发明通用型可编程控制器内plc程序设计图；

图6是本发明通用型可编程控制器内plc程序设计图；

图7是本发明整体结构示意图。

附图中：1、电气控制柜；2、主轴编码器；3、主轴变速器；4、主轴电机；5、数控系统；l1、变频器与数控系统间的连线；l2、主轴编码器反馈连线；l3、主轴电机动力线；l4、变频器pg卡与通用型可编程控制器间连线；l5、通用型可编程控制器与数控系统间连线。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行进一步的说明：

1）电气控制原理的创新：电气控制为，断路器qf控制变频器及电机电源，系统给模拟量信号svc、agnd接入变频器a11、gnd端子，通过改变变频器频率给主轴电机不同转速。系统plc控制继电器ka1、ka2的接通，使主轴正反转。变频器发生故障ta、tb输出报警。

图3为变频器增加定位停止的电气原理图，图中ka1、ka2常开点分别为主轴正转、反转控制。该控制电路默认高档进行定位停止，当需切换低档时，继电器ka3常开点闭合。常开点ka4为主轴定位停止控制，定位停止指令m26执行，ka4闭合，定位停止取消m27执行，ka4断开。具体操作是，机床在高档执行m42加工时，程序中输入m26指令，系统plc输出，ka4常开点闭合，可编程控制器与变频器通讯，主轴执行定位停止。当机床在低档执行m41加工时，系统plc输出，ka3、ka4常开点闭合，可编程控制器与变频器通讯，主轴执行定位停止。

如图4，该图为广数980tdc系统plc程序截取部分，其中y3.3控制ka3线圈，低档选择时执行；y0.7控制ka4线圈，执行m26定向选择，m27定向取消。

2）以广数980tdc系统为例，在原机床plc程序的基础上对其进行创新设计，分别对机床内部电气、增加的可编程控制器进行控制如图3、4。

3）可编程控制器作为新增加的通讯模块，对其内部plc程序进行了创新设计，在变频器与系统之间建立换挡、定位停止的通讯联系，如图5、6为通用型可编程控制器内plc程序设计。图5中内部继电器x0为默认高档模式时，加工程序执行m42高档指令，x0常闭点处于接通状态，m26指令定向，内部继电器x2常闭点处于接通状态，输出通讯信号给变频器，其内部d参数起定位停止作用。

图6中，加工程序执行m41低档指令，通用型可编程控制器内plc程序x0常开点处于接通状态，输出通讯信号给变频器，内部另一组d参数起作用。

技术特征：

1.主轴高低档位数控车床定向功能的控制方法，包括数控系统，其特征是，数控系统输出高低档信号经过plc程序处理给可编程控制器，数控系统输出定位停止信号给变频器，变频器输出停止信号使电机定位停止，同时编码器将主轴停止位置反馈给变频器pg卡，经变频器再反馈给系统，形成闭环矢量控制方式。

2.根据权利要求1所述的主轴高低档位数控车床定向功能的控制方法，其特征是：所述的可编程控制器作为通讯模块，在变频器与系统之间建立换挡、定位停止的通讯联系。

3.根据权利要求1所述的主轴高低档位数控车床定向功能的控制方法，其特征是，所述的电气控制为，断路器qf控制变频器及电机电源，系统给模拟量信号svc、agnd接入变频器a11、gnd端子，通过改变变频器频率给主轴电机不同转速，系统plc控制继电器ka1、ka2的接通，使主轴正反转，变频器发生故障ta、tb输出报警。

4.根据权利要3所述的主轴高低档位数控车床定向功能的控制方法，其特征是，所述的ka1、ka2常开点分别为主轴正转、反转控制，该控制电路默认高档进行定位停止，当需切换低档时，继电器ka3常开点闭合，常开点ka4为主轴定位停止控制，定位停止指令m26执行，ka4闭合，定位停止取消m27执行，ka4断开。

5.根据权利要4所述的主轴高低档位数控车床定向功能的控制方法，其特征是，所述的机床在高档执行m42加工时，程序中输入m26指令，系统plc输出，ka4常开点闭合，可编程控制器与变频器通讯，主轴执行定位停止，当机床在低档执行m41加工时，系统plc输出，ka3、ka4常开点闭合，可编程控制器与变频器通讯，主轴执行定位停止。

技术总结
主轴高低档位数控车床定向功能的控制方法，包括数控系统，其特征是，数控系统输出高低档信号经过PLC程序处理给可编程控制器，数控系统输出定位停止信号给变频器，变频器输出停止信号使电机定位停止，同时编码器将主轴停止位置反馈给变频器PG卡，经变频器再反馈给系统，形成闭环矢量控制方式。

技术研发人员：李玉军
受保护的技术使用者：李玉军
技术研发日：2020.10.30
技术公布日：2021.01.08