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机床主轴制动控制方式的改进设计

1 引言

通常机床主轴电动机制动时，采用的是能耗制动方式，使电动机AB相输电烤箱入直流电源，原理如图1。

采用能耗制动方式使主轴电动机停止，主轴在低档位低速旋转时，大约需要0.5s，在高档位高速旋转时，大约需要2.5s。目前，采用的主轴电动机制动方法如图1所示，先断开KM1，再闭合开关KM2，从护栏网而断开三相交流电源，接通直流电源，延时2.5s，认定主轴电动机停止旋转汨罗，然后进行换刀或其它动作。

主轴以不同的速度旋转时，采用能耗制动方式使主轴停止所需要的时间不同，采用同样的能耗制动时间，延长无意义的加工辅助时间，降低了机床工作效率。另外，一旦开关KM2不能可靠闭合，或者直流电源保险断开不能正常提只有掌握正确的方法进行不同部件的协同操作供直流电，则主轴电动机只能在摩擦力的作用下减速，制动时间需要很长，但延时2.5s后，机床数控系统仍然认定主轴电动机已经停止旋转，此时机床进行换刀或其它动作容易造成事故。

因此，我们对机床主轴制动控制方式进行了改进设计，判断主轴旋转状态，不采用延时2.5s，即认定主轴电动机停止旋转的控制方式，而是实时监控主轴旋转状态，当主轴旋转低于一定转速时，立即发出主轴停止完了信号。

图1

2 主轴转速监测方案

在电动机的同步传动轴上安装一块条形铁片，和电动机同步旋转，由接近开关对其检测，每转检测到两个脉冲信号，通过对脉冲信号的检测而得知其转速。检测脉冲信号有两种方案。

第一方案：在一定周期Tp内读取脉冲信号的个数N，主轴转速n的表达式为

n= 60N /2Tp (r/min)

PLC是一种顺序控制器，它的程序是由前到后一步一步执行，每执行完如橡塑、金属加工、涂料油墨、个人护理、 包装、医药、食品饮料、汽车及再生能源等一遍为一个扫描周期，然后从头开始循环执行。假如程序有2000步，每步执行时间周期为30μs，则程序的扫描周期约60ms，扫描频率约16Hz，能够准确检测出的脉冲频率应低于8Hz，当转速的脉冲频率大于16Hz，即转速n≥4传统的机器装备生产企业在研发试制新部件时80r/min时，PLC受其扫描频率的影响，不能准确检测出脉冲的个数，情况不好时，会出现高速时检测的脉冲个数很少，误判为电动机基本停止而进行下面动作，造成事故。此种方案只适用于主轴低速旋转状态的监测。

第二种方案：检测脉冲信号持续为“0”或“1”的时间T，主轴转速n的表达式为

n≈ 60 /4T (r/min)

当n＜60r/min时，发出主轴停止完了信号。由于PLC程序执行过程的延时，数控系统收到主轴停止信号，并执行下面动作时，主轴已完全停止旋转，n=60r/min所对应脉冲信号持续为“0”或“1”的时间T为0.25s，因此我们把检测脉冲信号的计时器设定为0.25s。同样高速时也会出现脉冲测不准的情况，但不管情况多坏，在0.25s的时间内“0”或“1”至少变化一次，因此可以准确地判断主轴是否停止旋转。此方案可以适用于主轴高速或低速旋转时主轴制动状态的检测。在实际应用中，我们采用了此方案。

3 PLC实现主轴能耗制动的控制方法

PLC设计程序如图2所示，X20.0为转速脉冲信号的输入，M05为主轴停止信号，Y50.0为主轴停止完了信号。

图2

两个计时器TM1、TM2分别判断X20.0脉冲信号持续为“0”或“1”的时间是否达到设定的时间，只要有一个时间到达，即R100.1或R100.2变“1”，导致R100.3变“1”，此时M05为“1”，导致Y50.0输出“1”，则发出因此在选择的时候要重视选择主轴制动完了信号，实现了主轴停止的准确判断。

4 结束气雾阀语

我们采用改进的控制方式用PLC控制机床主轴的制动，能够可靠地判别机床主轴的旋转状态，避免了机床的误动作，节约了主轴加工的辅助时间，使机床的保护性能更趋于完善。

原载《制造技术与机床》2000年第4期 (end)

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