数控车床的主轴传动控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种数控车床的主轴传动控制系统，其包括CNC控制界面、PCU控制单元、主轴电机、电磁阀单元、油缸单元、齿轮变速箱和旋转编码器；齿轮变速箱为采用滑移齿轮且带有拨叉的齿轮变速箱，还包括变频器、制动单元、网络交换机、数据服务器，变频器连接于PCU控制单元的输出端与主轴电机的输入端之间，制动单元连接于变频器的制动控制输出端。与现有技术相比，本实用新型专利技术采用变频器来实现主轴的调速，变频调速的调节范围很广，可以满足数控系统恒速切削、主轴转速无级变速的要求，主轴转速跟随着当前加工工件直径变化而变化，从而始终保证刀具切削点处切削线速度为常数，能实现大直径工件的车削工艺。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种数控车床，尤其是数控车床的主轴传动控制系统。
技术介绍
普通数控车床的主轴是由异步电机带动齿轮变速箱4油缸16级液压变速来传动和调速的。其传动控制系统包括CNC控制界面、PCU控制单元、主轴电机、电磁阀单元、油缸机构单元、齿轮变速箱、手动转阀、变速按钮和旋转编码器，通过CNC控制界面向P⑶控制单元编写加工指令，P⑶控制单元通过总线输出控制信号连接主轴电机，控制主轴电机的运转。调速时需手动旋动手动转阀选择所需的档位，再按下相应的变速按钮，接通相应的电磁阀，由此电磁阀控制相应的油缸开始工作，推动相应齿轮进行变速，最终实现主轴工作台的变速。旋转编码器连接于主轴工作台的输出端与P⑶控制单元的输入端之间，将主轴的速度信号时时反馈至P⑶控制单元。这种主轴传动控制系统，其齿轮变速箱有16档转速，分别为5、6.3、8、10、12.5、 16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160r/min。当车床要车削大直径的圆类平面时，由于刀尖的线速度(主轴转速)无法跟随切削直径的变化进行无级调速(只能根据档位，在档位间进行变速)，工件的加工表面粗糙度不一致，无法实现大直径工件车削工艺。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种主轴调速范围较广，可实现无级调速、可实现大直径工件车削工艺的数控车床的主轴传动控制系统。本技术的技术方案是这样的数控车床的主轴传动控制系统，包括CNC远程监控端、PCU控制单元、主轴电机、电磁阀单元、油缸单元、齿轮变速箱和旋转编码器，PCU控制单元的输出端依次连接主轴电机和齿轮变速箱，PCU控制单元的另一输出端依次连接电磁阀单元、油缸单元和齿轮变速箱，旋转编码器连接于主轴工作台的输出端与PCU控制单元的输入端之间；上述齿轮变速箱为采用滑移齿轮且带有拨叉的齿轮变速箱；还包括变频器和制动单元，上述变频器连接于上述PCU控制单元的模拟量输出端与上述主轴电机的输入端之间用于控制上述主轴电机，上述制动单元连接于上述变频器的制动控制输出端；还包括网络交换机、数据服务器，所述CNC远程监控端及数据服务器分别经网线连接到网络交换机；每台数控车床的PCU控制单元中均设有基于TCP/IP通信协议的网络通信模块，各数控车床的网络通信模块经网线连接到网络交换机。采用上述方案后，本技术的数控车床的主轴传动控制系统，PCU控制单元发出的模拟信号通过变频器端子传输到变频器，实现数字量设定转速对模拟量变频器输出的控制，变频器输出频率调速信号驱动主轴电机，实现主轴连续可控变速。与现有技术相比， 本技术采用变频器来实现主轴的调速，变频调速的调节范围很广，一般通用型变频器都可以实现0-400HZ范围内无级调速，可以满足数控系统恒速切削、主轴转速无级变速的要求，主轴转速跟随着当前加工工件直径变化而变化，从而始终保证刀具切削点处切削线速度为常数，能实现大直径工件的车削工艺。本技术中，采用滑移齿轮和拨叉来替代原有复杂的机械拖动机构，具有自动化程度高，操作简单，维修方便的优点。现有数控车床都是相互独立的，在数控车床运行时需要为每台数控车床配备一人对其状态进行人工检查，并记录相关数据，由于人工方式具有不确定因素，难免会在人工检查和记录时发生错误，而且劳动强度也较高。由于数据服务器、CNC远程监控端和数控车床通过网络交换机互联，数据服务器通过网络自动采集各数控车床的相关数据并存储，CNC远程监控端通过网络读取各数控车床的实时数据或读取数据数据服务器所采集的历史数据， 因此能实时追踪各数控车床的状态，降低了劳动强度，而且还避免了人工检查及记录的方式所导致的错误。附图说明图1为本技术数控车床的主轴传动控制系统的结构框图。图中箭头表示信号流向。具体实施方式本技术的数控车床的主轴传动控制系统，如图1所示，包括CNC远程监控端、 PCU控制单元、变频器、制动单元、主轴电机、电磁阀单元、油缸单元、齿轮变速箱和旋转编码器。CNC远程监控端连接于P⑶控制单元的设定输入端，P⑶控制单元的控制输出端依次连接变频器、主轴电机和齿轮变速箱，制动单元(制动单元主要是采用能耗制动的方式来使主轴停止运转)连接于变频器的制动控制输出端，P⑶控制单元的模拟量输出端与变频器模拟量输入端进行双向连接，以实现控制信号的输入输出；PCU控制单元的另一输出端依次连接电磁阀单元、油缸单元和齿轮变速箱，旋转编码器连接于主轴工作台的输出端与PCU 控制单元的输入端之间；还包括网络交换机、数据服务器，所述CNC远程监控端及数据服务器分别经网线连接到网络交换机；每台数控车床的PCU控制单元中均设有基于TCP/IP通信协议的网络通信模块，各数控车床的网络通信模块经网线连接到网络交换机。其中，齿轮变速箱为采用滑移齿轮且带有拨叉的齿轮变速箱。本技术工作时，通过CNC远程监控端编写加工指令和主轴速度指令，CNC远程监控端将此加工指令和主轴速度指令传输给PCU控制单元，PCU控制单元发出模拟信号通过变频器端子送入变频器，实现数字量设定转速对模拟量变频器输出的控制，变频器输出频率调速信号驱动主轴电机。同时，PCU控制单元控制电磁阀单元闭合，启动油缸单元，由油缸单元带动齿轮变速箱内的拨叉，实现齿轮啮合不同的传动比。主轴电机的传动通过齿轮变速箱再传动至主轴工作台。旋转编码器将主轴工作台的速度信号时时反馈至P⑶控制单元，PCU控制单元将旋转编码器反馈回来的速度信号与PCU控制单元输出的模拟量进行比较，比较结果可以对PCU控制单元输出的模拟量进行调整控制，从而实现主轴无级调速。 由于主轴电机转速的高低由PCU控制单元输出的电压信号的大小来控制，所以主轴工作台可根据切削加工工件直径变化的情况。本技术实施例中，所述数据服务器、各CNC远程监控端及各数控车床以TCP通信协议进行数据通信，每个通信节点均分配有固定的IP地址，以保证各通信节点之间的无损传输。数据服务器每间隔0. 5秒即对各数控车床的数据进行一次采样，采样的数据包括车床状态、主轴各项位置数据及旋转速度，采样得到的数据存储在数据服务器中，其中车床状态作为特殊数据保存，只记录车床的状态变化。CNC远程监控端可直接读取数控车床的实时数据以监视数控车床的实时状态，也可通过访问数据服务器内存储的数据查询各数控车床的历史数据，从数控车床读取的实时数据及从数据服务器查询到的历史数据经图形化处理后在CNC远程监控端的显示屏上显示。采用上述方案后，本技术采用变频器来实现主轴的调速，变频调速的调节范围很广，一般通用型变频器都可以实现0-400HZ范围内无级调速，可以满足数控系统恒速切削、主轴转速无级变速的要求，主轴转速跟随着当前加工工件直径变化而变化，从而始终保证刀具切削点处切削线速度为常数，能实现大直径工件的车削工艺。本技术中，采用滑移齿轮和拨叉来替代原有复杂的机械拖动机构，具有自动化程度高，操作简单，维修方便的优点。权利要求1.数控车床的主轴传动控制系统，包括CNC远程监控端、P⑶控制单元、主轴电机、电磁阀单元、油缸单元、齿轮变速箱和旋转编码器，PCU控制单元的输出端依次连接主轴电机和齿轮变速箱，PCU控制单元的另一输出端依次连接电磁阀单元、油缸单元和齿轮变速箱，旋转编码器连接于主轴工作台本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张林才，熊有刚，
申请(专利权)人：重庆卡福汽车制动转向系统有限公司，
类型：实用新型
国别省市：