[发明专利]用模拟变频器实现主轴定向的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控机床，特别是一种在加工中心机床上用模拟变频器实现主轴定向的装置及方法。

背景技术

目前，国内中高档加工中心机床绝大多数都是配置进口的数控系统和数字伺服主轴驱动器及主轴电机，用于实现主轴定向功能。但进口设备及关键部件的价格昂贵，导致生产成本增加，且受制于国外。虽然国产的模拟主轴变频器和主轴电机价格低廉，但其仅仅是一个速度控制装置，没有位置控制环节，不具备换刀主轴定向功能，不能应用到加工中心机床设备上。因此，应用范围受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用模拟变频器实现主轴定向的装置及方法，它是用造价低廉、性能可靠的模拟变频器替代数字伺服，在加工中心机床上完成换刀主轴定向和其他主轴功能。

本发明的技术解决方案是：一种用模拟变频器实现主轴定向的装置，包括数控系统、主轴控制装置，其特征在于主轴控制装置是由模拟变频器、主轴电机和编码器连接构成；数控系统设置有主轴定向输出、输入模拟接口CNSC，与模拟变频器输入、输出端连接，将数控系统插补运算器发送的主轴定向位置指令Pi通过反馈比较环节、位置、速度、电流调节器和模拟接口送入到模拟变频器，同时接受模拟变频器的负载反馈信号，在数控系统与模拟变频器之间构成主轴定向位置控制回路；数控系统设置可编程控制器PLC，其控制信号输出、输入接口与模拟变频器控制信号输入、输出接口连接，将数控系统PLC发送的主轴使能、加减速切换、紧急停止、报警复位、增益切换信号送入到模拟变频器，同时接受模拟变频器的主轴报警、主轴运行的应答信号，在数控系统与模拟变频器之间构成主轴电机工作方式控制回路；数控系统设置编码器反馈输入接口CNSP，与模拟变频器编码器速度检测信号端相连接，模拟变频器的速度检测信号端还与主轴电机编码器输出端连接，接受由主轴电机编码器发出的速度反馈信号，在数控系统与模拟变频器和主轴电机变频器之间构成一组闭环的主轴位置反馈回路，通过三组回路的设置，实现主轴定向功能。

所述的主轴定向位置控制回路，其数控系统主轴定向模拟输出/输入接口CNSC设有5个端子，其中端子GND和SPDA为模拟指令输出端，分别与模拟变频器输入端子A1和AC连接，将数控系统输出的主轴定向命令即主轴正转、反转及转速的数字信号通过CNSC接口转变成±10V的电压信号传送给模拟变频器，端子FG为屏蔽接地端，端子AIN和GND为负载反馈输入端，分别与模拟变频器输出端子FM和AC连接，接收由模拟变频器反馈的0～10V、主轴电机实际运转速度和负载状态信号，实现控制模拟变频器主轴电机的正转、反转及转速、转角和负载监控。

所述的主轴电机工作方式控制回路，其数控系统可编程控制器PLC输出接口的Y50-54端子即主轴使能、加减速切换、紧急停止、报警复位、增益切换信号与模拟变频器输入接口的S1-5端子一一对应连接，通过输出的Y50、Y51、Y54信号可以控制模拟变频器主轴定向时的加减速、增益切换及定向到位的扭矩；可编程控制器PLC应答信号输入接口X28、X29端子与模拟变频器应答输出接口M1、MB端子一一对应连接，将模拟变频器输出的主轴运行M1和主轴报警MB信号传送给可编程控制器PLC作应答用。

所述主轴位置反馈回路，其模拟变频器转接板PG-X3的TB1端子与主轴电机编码器PG连接，模拟变频器接收编码器反馈的主轴速度信号；模拟变频器的转接板PG-X3的TB2端子即反馈输出端与数控系统的接口CNSP反馈输入端连接，把编码器反馈的位置脉冲传送给数控系统，构成主轴位置闭环控制。

一种用模拟变频器实现主轴定向的方法，其特征在于编制主轴定向工艺梯形图软件，并将其嵌入到数控系统可编程控制器PLC中，通过主轴定向代码M19激活梯形图产生定向起动，形成主轴使能信号和主轴运转信号，形成位置闭环的加减速切换信号，形成增益切换信号至模拟变频器，为模拟变频器提供所需的控制方式命令；通过可编程控制器PLC发出的定向开始信号，激活数控系统的插补运算器，产生主轴定向位置指令Pi，打开反馈比较运算和调节定向位置通道，将定向位置指令与实际反馈位置比较运算得出定向位置命令值，根据定向位置命令pi值发出指令经定向位置PI通道和模拟接口输出模拟电压至模拟变频器控制主轴电机正转、反转、停止，完成由模拟变频器实现主轴定向控制。