高档机床主轴自动换挡PLC控制及实现.pdf

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1、学术论文RESEARCH高档机床主轴自动换挡PLC控制及实现木刘本刚1，刘天冬2，王碧玲1(1．中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司技术中心，沈阳110034；2．中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司数控加工厂，沈阳110034)【摘要】通过修改数控系统机床参数与PLC编程，实现了配套国产高档数控系统的大型五坐标双龙门铣床的自动换挡。执行换挡过程中控制主轴电机来回摆动，换挡冲击小，易于液压拨叉推动齿轮实现稳定配合，可靠性高，提高了国产数控系统在航空领域的应用水平。关键词：国产高档数控系统；主轴；自动换挡；PLC编程；ASSEM模块Realizat

2、ionofHigh-GradeSpindleAutomaticShiftbyPLCControlLIUBengan91，LIUTiandon92，WANGBilin91(1．AVICShenyangAircraftCorporationTechniqueCenter，Shenyangl10034，ChinaI2．AVICShenyangAircraftCorporationNumericalControlFactory，Shenyangl10034，China)【ABSTRACTlBymodifyingtheCNCmachineparameter

3、sandPLCprogramming，theautomaticshiftfunctionsofthespindlesupportingthedomestichigh—endCNCsystemforlargefivecoordinatedoublemillingmachinewasrealized．Dur-ingtheexecutionofshifting，thespindlemotoriscontrolledbackandforth，withsmallshiftingshock，easyforhydraulicf．0rktOdrivegearwi

4、thstabilityandhighreliability．TheapplicationlevelofthedomesticCNCsysteminaviationisim—provedgreatly．Keywords：Domestichi【gh-endCNCsystem；Spindle；Autogearchange；PLCprogramming；ASSEMmoduleDoI：10．16080／j．issnl671．833x．2016．1／2．120高性能电主轴的不断应用，不但提供了很宽的变速范围，实现无极变速，而且易于实现高速、高精传动与定位，大

5、幅提高了高端数控机床的切削性能，并简化了机床主轴传动系统。但是，由于其结构复杂、维护困难，尤其是提供大功率时，成本更高、系统更复杂，在强力切削、难加工材料(如钛合金)加工等对机床主轴功率要求高的特殊应用场合中，传统机械式主轴(齿轮变速箱变速)仍在广泛应用。机械主轴变速箱不但可以使主轴获得低速大扭矩，满足强力切削的要求，还可以通过换挡改变传动比满足不同工序对主轴切削性能的要求，充分发挥主轴电动机的性能。目前机械主轴换挡方式，主要有手动控制、半自动与自动换挡方式。手动方式主要用于普通机床的主轴换挡中，先进数控机床一般采用全自动换挡方式，该方式简单、可

6、靠。自动换挡是指数控系统通过PLC执行相关指令，控制换挡机构改变变+课题来源：“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项(课题编号：2013ZX04012-021)。120航空制造技术·2016年第1／2期速器传动比，满足转速指令要求并使主轴电机工作在最佳状态。由于涉及到数控系统与PLC系统之间的通信以及换挡时可能出现顶齿等造成齿轮无法啮合，导致换挡失败，甚至破坏齿轮传动系统。因此，要想提高国产数控系统在航空领域的应用水平，应实现主轴平稳地自动换挡。陈年华⋯描述了自动换挡系统工作原理及系统参数调试过程，但未分析控制方法和换挡实现过程。潘月斗等

7、口1针对主轴电机换挡过程中易出现顶齿现象，提出了换挡时主轴电机采用步进控制的策略，但换档过程中，主轴易出现明显振动。邹方【31在西门子840C系统中通过PLC控制主轴摆动实现了自动换挡功能。目前，包括国产数控机床在内，航空企业的高档五轴数控机床全部配套国外主流数控系统，为实现国产高档数控系统在航空领域的突破，充分体现国产五轴数控系统的功能和性能，以正在现场进行国产数控系统改造的大型五坐标龙门铣床为例，在华中848C数控系统中，通过合理设计控制流程和PLC程序，实现了主轴的自动换挡功能。RESEARCH学术论文1自动换挡结构及方式目前，在强力切削、

8、难加工材料等数控加工设备中，为充分发挥主轴性能，实现高性能加工，往往使用机械主轴，以满足大变速范围和低速大扭矩等加工特性。图1所示为大型