惠丰变频调速器在机床换刀机构上的应用

就数控机床而言,除了进给、主轴因有精度要求,一般采用伺服电机驱动外,对于刀库、机械手等辅助驱动可采用变频调速器进行驱动。变频调速器连线简单,调试方便。

某厂XH715B型立式加工中心属轻型机床,其换刀机构包括链式刀库及凸轮机械手。在考虑设计方案时,由于刀库、机械手的驱动要求不高,但又要求有变速、定位、换向功能,因此,采用惠丰变频器拖动普通交流电动机的方案。因为刀库和机械手是分时运动的,故由一台惠丰变频器驱动两台普通交流电动机,其驱动原理见图1。

实际调试时,我们分别应用惠丰变频器的正反转功能与多段速运行功能,满足刀库的正反转与两级速度要求。利用两个接近开关进行刀库计数及精确定位。接近开关信号时序图如图2所示。每一个TM周期为刀库传动齿轮转动一个齿的距离。通过计算得知,刀库齿轮每转动4个齿为一个刀套的距离。通过PLC运算处理,利用计数器计数,可实现刀库计数运转。并在刀库运行至目标刀位前一刀库位置时进行减速运转(变频调速器运行频率为10～15Hz),至目标刀位停止。以前我厂刀库检测定位采用一个绝对编码器,且多为进口的,现在采用两个接近开关即可实现,降低了成本,且性能可靠。刀库快速运转时,变频调速器运行频率为30～40Hz,慢速时为10～15Hz,可以进行正转和反转,就近找刀。由于刀库降速比大,惯性大,运行速度可以不必太快,故实现定位功能较为容易。

在调试机械手时,出现了一问题,即机械手停止运行时,不能准确停在零位。机械手有一个零位开关,换刀时,要求机械手从零位开始起动,运行时零位信号由1变为0,低电平输出。当再次回到零位时,零位信号则由0变为1,高电平输出,此时要求机械手停止运行,并准确停在零位(图3)。由于机械手惯性小,运行速度快,当NC再次检测到零位信号时,即零位信号由0变为1时,马上发出指令让机械手停止运行,但其停止位置往往越过零位,见图3中A位置。这显然是不允许的,因为机械手稍微偏离零位,当机床Z轴向下运动时就会撞上机械手造成损害。经过观察分析,发现造成这种情况是因为高速运行的电动机若由变频器驱动,其停止时会有很大一部分动能传递至传动机构上。如传动机构惯性大,可能不会产生明显的影响,而对于凸轮机械手这样的小惯性传动机构则会产生明显影响。当我们增加变频调速器的
制动单元时,效果不甚明显。为此,我们增加了一个能耗制动回路,见图1虚框部分。当机械手运行至零位时,立即把驱动电动机与变频调速器断开,并将电动机电枢的三根线连至制动电阻上。这样,电机中的动能大部分泄放到制动电阻上,剩余动能很小,对机械手的停止位置就不会产生明显影响。经过多次试验,机械手停止位置都变得比较准确了。后来我们在此
基础上,为机械手增加了一个更直接的零位开关(或称作机械手保护开关),整个换刀机构的运行就更加可靠、安全。

通过这台机床调试,我们认为交流变频调速器作为数控机床辅助驱动,尤其是换刀机构的驱动装置,不失为一种低成本、可靠、方便的驱动方案。可以预见,今后变频调速器在数控机床上将得到更为广泛的应用。

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