数控机床主轴变速逻辑控制方法

1、一种数控机床主轴变速逻辑控制方法，在主轴尾端装有检测主轴转速的 编码器，每个滑移齿轮的移动位置处设置实时监控变速齿轮位置的检测开关， 其特征在于该变速逻辑控制方法包括下列步骤：
(1)从加工程序中读入新的主轴速度；
(2)检测当前齿轮位置状态，判断新的转速是否符合当前齿轮级情况，若 检测结果为是，则将主轴直接升速至新的速度，进入下一工序程序；
(3)若步骤(2)中检测的结果为否，则将主轴伺服电机停车降速；
(4)检测主轴速度是否低于程序确定的转速值，若检测的结果为否，延时 降速；
(5)若步骤(4)中检测的结果为是，可编程序控制器PLC发出换档指令， 按编制的逻辑顺序程序给电磁阀站，电磁铁通电，分别控制低速级油缸驱动低 速级齿轮级按顺序啮合，控制高速级油缸驱动高速级齿轮级按顺序啮合；
(6)经过可编程序控制器PLC中预先设置好的时间延迟后，检测各齿轮级 是否啮合到位，若检测的结果为是，主轴伺服电机按新的主轴转速运行；
(7)若步骤(6)中检测的结果为否，主轴伺服电机开始摆动；
(8)重新检测各齿轮级是否啮合到位，若检测的结果为是，主轴升速至新 的速度，整个变速换档过程完成，开始启动下一步执行程序；
(9)若步骤(8)中检测的结果一直为否，计算机数控系统CNC命令控制 单元产生故障报警，中断下一步程序执行，显示相应故障信息、维修信息。
2、根据权利要求1所述数控机床主轴变速逻辑控制方法，其特征在于上述 步骤(4)所述程序确定的转速值为20rpm。

技术领域  本发明涉及数控机床主轴变速系统，具体涉及一种数控机床主轴 变速逻辑控制方法。\n背景技术  目前，大多数控机床主轴变速系统，是根据加工要求所需的主轴 转速，首先将主轴电机停车降速，延时至主轴箱中的全部运动件处于一个静止 状态时，再通过液压拨叉推动滑移变速齿轮与相对应的啮合齿轮啮合，主轴再 升速至新的速度，完成变速过程。在上述变速过程中，主轴停车时拨动滑移变 速齿轮与啮合齿轮啮合时，往往会产生“顶齿”现象。为避免“顶齿”，机床上 一般设置“点动”按钮或增设一台微电机，使主轴电机瞬时冲动接通或经微电 机在拨叉推动滑移变速齿轮的同时带动各种传动齿轮做低速回转，这样，滑移 变速齿轮才能顺利进入啮合。而完成一个变速过程中有多个这样的啮合环节， 能耗大、工作效率低。在点动主轴的过程中，推动滑移变速齿轮的油缸并没有 卸载，发生“顶齿”的齿轮之间在滑动中磨损甚至打齿，影响机床的使用寿命。 为了达到应有的变速要求，操作工劳动强度大，辅助工作时间长。另外，滑移 变速齿轮没有到位检测元件，还容易产生齿轮啮合不到位，甚至脱档。\n发明内容  本发明的目的在于提供一种利用主轴侧惯性实现自动变速、节省 能源、提高工作效率、增加换档可靠性、增长机床使用寿命的数控机床主轴变 速逻辑控制方法，以解决数控机床主轴变速时出现的“顶齿”、耗时长、能耗高、 换档可靠性差这一技术问题。\n为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：\n一种数控机床主轴变速逻辑控制方法，在主轴尾端设有一检测主轴转速的 编码器，每个滑移齿轮的移动位置处设置实时监控变速齿轮位置的检测开关， 变速逻辑控制方法包括下列步骤：(1)从加工程序中读入新的主轴速度；(2) 检测当前齿轮位置状态，判断新的转速是否符合当前齿轮级情况，若检测结果 为是，则将主轴直接升速至新的速度，进入下一工序程序；(3)若步骤(2)中 检测的结果为否，则将主轴伺服电机停车降速；(4)检测主轴速度是否低于程 序确定的转速值，若检测的结果为否，返回步骤(3)延时降速；(5)若步骤(4) 中检测的结果为是，可编程序逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller， 以下简称PLC控制器)发出换档指令，按编制的逻辑顺序程序给电磁阀站，电 磁铁通电，分别控制低速级油缸驱动低速级齿轮级按顺序啮合，控制高速级油 缸驱动高速级齿轮级按顺序啮合；(6)经过PLC中预先设置好的时间延迟后， 检测各齿轮级是否啮合到位，若检测的结果为是，主轴伺服电机按新的主轴转 速运行；(7)若步骤(6)中检测的结果为否，主轴伺服电机开始摆动；(8)重 新检测各齿轮级是否啮合到位，若检测的结果为是，主轴升速至新的速度，整 个变速换档过程完成，开始启动下一步执行程序；(9)若步骤(8)中检测的结 果一直为否，计算机数控系统CNC(Computer Numerical Control，以下简称CNC) 命令控制单元产生故障报警，中断下一步程序执行，显示相应故障信息、维修 信息。\n上述步骤(4)所述程序确定的转速值为20rpm。\n上述数控机床主轴变速逻辑控制方法，是通过PLC控制器实现主轴自动变 速逻辑控制的。由于在主轴电机停止后，机床的运行系统依靠主轴侧惯性的运 动呈现由高到低的递减现象，依靠这一惯性实现机床的自动变速，减少了能耗， 节省了换档时间。在完成低速级齿轮变速后，再进行高速级齿轮变速时，由于 荷载、速度降低，这时通过延时调整，油缸推移滑移变速齿轮实现变速，这种 变速实现的可能性达90％；若出现换档不到位，再通过检测开关检测齿轮的位置， 让主轴电机低速摆动，使滑移变速齿轮与主齿轮啮合，保证了换档变速的可靠 性，彻底避免了“顶齿”现象，自诊断能力强。该方法不仅能够方便可靠地实 现主轴的自动变速控制，满足数控机床高速、高效加工的要求，而且减轻了工 人劳动强度，提高了工作效率以及可靠性，增长了机床使用寿命。\n本发明将结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本发明的目的、特征 及优点进行更深入的理解。\n附图说明  图1为主轴变速逻辑控制装置的结构示意图\n图2为主轴变速逻辑控制方法的流程图\n图3为实现本发明变速逻辑控制方法的实施例变速系统图\n具体实施方式  如图1所示，变速逻辑控制装置包含一主轴箱组合体，其内 有主轴单元101、高速齿轮级103(包含高速级滑移齿轮及与其啮合驱动主轴的 相关齿轮)、低速齿轮级104(包含低速级滑移齿轮及与其啮合驱动主轴的相关 齿轮)、驱动高速级滑移齿轮的高速级油缸105以及驱动低速级滑移齿轮的低速 级油缸106。主轴箱上装有位置编码器100，用来实时监控主轴的转速，实时地 反馈至CNC控制单元110，另外箱体外侧装有换挡到位检测开关102，能实时地 检测各滑移齿轮的位置及时反馈其位置状态。PLC控制器108主要是连接CNC 控制单元110及电磁阀站107、到位检测开关102的桥梁，通过内部总线电缆连 接CNC控制单元110，把CNC控制单元110的信息及时读入PLC内部处理器，按 事先输入的逻辑控制程序实时管理电磁阀站107各电磁铁通电状态，采集各滑 移齿轮的状态位置，实时反馈给CNC控制单元110，经CNC内部中央处理器实时 控制主轴伺服电机109的运行状况。\n如图1、图2所示，步骤201为初始状态，CNC控制单元110在执行加工程 序启动后，经步骤202从加工程序中读入新的主轴速度。在步骤203中，PLC控 制器108采集当前齿轮到位检测开关102位置状态，执行PLC程序，判断新的 转速是否符合当前齿轮级情况，如果符合当前齿轮级就经步骤212控制主轴直 接升速至新的速度，进入下一工序程序；如果不符合当前的齿轮级情况，PLC控 制器108把信息反馈至CNC控制单元110，经步骤204控制主轴伺服电机109停 车降速，在步骤205中，与主轴连接的编码器100实时监测主轴速度是否低于 20rpm，如果低于20rpm转速，经步骤206，PLC控制器108按编制的逻辑顺 序程序给电磁阀站107，电磁铁通电，分别控制低速级油缸106驱动低速级齿轮 级104按顺序啮合，控制高速级油缸105驱动高速级齿轮级103按顺序啮合， 在步骤207中，经过PLC程序预先设置好的时间延迟后，PLC控制器108在步骤 208中，实时读取到位检测开关102状态，判断各齿轮级是否啮合到位，如果啮 合到位，则进入步骤212中，CNC控制单元110控制主轴伺服电机109按新的主 轴转速运行；如果未啮合到位，则进入步骤209中，CNC控制单元110控制主轴 伺服电机109开始摆动，直至在步骤210中，重新确认是否啮合到位，如果啮 合到位进入步骤212，主轴升速至新的速度，整个变速换档过程完成，在步骤 213中，PLC控制器108报告CNC控制单元110变速完成，开始启动下一步执行 程序。如果啮合一直不能到位，从步骤210进入步骤211中，给CNC控制单元 110产生故障报警，中断下一步程序执行，CNC控制单元110的人机界面上显示 相应故障信息、维修信息。\n如图3所示，以一个实施例变速系统的实现过程，来进一步说明本发明提 供的主轴变速逻辑控制方法。该主轴变速传统系统的主轴箱内包括主轴伺服电 机309、皮带及皮带轮301、302以及高速级齿轮303、304、305和低速级齿轮 306、307、308。主轴在运转时接到变速指令后，主轴伺服电机309停车减速， 当主轴速度低于程序确定20rpm时，电磁阀顺序断电，首先将低速滑移齿轮306 脱开，再将高速级滑移齿轮305脱开，PLC控制器再按编制的逻辑顺序程序给电 磁阀站，电磁铁顺序通电，分别控制低速级油缸驱动低速级滑移齿轮306与低 速级齿轮307或308啮合到位，控制高速级油缸驱动高速级滑移齿轮305与高 速级齿轮303或304啮合到位。如果检测元件检测换档未到位，通过PLC控制 器控制主轴伺服电机309做间歇性摆动，重新确认换档已到位后，停止主轴伺 服电机309的间歇性摆动，整个换档过程完成。如果啮合一直不能到位，给CNC 控制单元产生故障报警，中断下一步程序执行，CNC控制单元的人机界面上显示 相应故障信息、维修信息。