数控加工中心电主轴星三角转换控制技术的开发及应用

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1、数控加工中心电主轴星三角转换控制技术的开发及应用随着电力电子和数控技术的进步，高速电主轴技术已开始广泛应用于航空、航天以及等行业，由于此项技术不仅可以获得更高的生产率，而且能够获得很高的加工质量，降低生产成本，因此用电主轴高速化已成为目前发展的普遍趋势，正在成为当今金切加工的主流技术。而随着机床技术、高速切削技术的发展和实际应用的需要，对机床电主轴的性能也提出了越来越高的要求，多数数控机床需要同时满足低速粗加工时的重切削、高速切削时精加工的要求，因此，机床电主轴应该具备低速大转矩、高速大功率的性能。现在越来越多的电主轴生产厂家开发出的用电主轴，可以在

2、星形和三角形连接方式下运行，不仅可以满足用户对电主轴的高速加工要求，同时也能满足低速下的大扭矩加工要求，使电主轴的使用范围更加广泛。作为使用这种星三角转换运行结构的电主轴的机床厂家来说，如何实现电主轴星三角的安全切换，保证数控机床的正常运行，保护电主轴和伺服驱动模块的使用寿命，既能发挥电主轴的高速特性，又能发挥电主轴低速大扭矩加工的特点，是一项关键的控制技术。济南二机床集团有限公司利用西门子840D数控系统成功实现了额定转速12000r/min的电主轴的星三角转换运行。电主轴星三角运行特点常规电主轴使用时，只能限制小进给量加工，使用星三角转换运行技术

3、后，可以在星形运行状态下实现大进给量加工。例如，三角形运行方式下主轴扭矩连续工作能达到155.9N?m；而星形运行方式下连续工作时的扭矩可达到305.6N?m。电主轴在星形接法运行时电主轴扭矩高，最高转速达到3000r/min；在三角形接法运行时扭矩相对小，转速可达到12000r/min。从图1可以看出在不同的接法运行时，速度相同但扭矩是明显不一样的。在低速阶段，相同的转速时转换为星形接法运行，可以使电主轴产生高扭矩。电主轴主电路星三角转换电路图对图2电路图中电主轴主电路接触器控制器动作有如下要求：（1）星形时保证Kx、K2接触器吸合，K1不吸。（2

4、）三角形时保证Kx、K1接触器吸合，K2不吸。加入Kx接触器是为了构成一个可靠的安全回路，因为仅打开K1和K2并不能确保回路安全。Kx接触器只有确保K1、K2其中一个接触器吸合另一个接触器断开时才能吸合，因此，必须考虑从硬件连接继电器控制回路中设置安全互锁，如图3所示。PLC控制程序的设计1设计控制程序首先满足的因素本文由万向联轴器www.jllzq.com冷镦机www.yxhqjx.com联合整理发布切换时为了保证数控驱动系统不出故障，切换过程中减少电流冲击和产生，电主轴必须处于停止运转状态，即保证速度为零；必须保证接触器切换的时间不能小于0.5s

5、。2分析西门子840D系统星三角转换功能块FC17理解FC17控制的星三角转换的逻辑动作。如下动作时序图见图4：?星形转换为三角形；?三角形转换为星形。从图4可看出，FC17功能块控制的逻辑动作分为以下6个步骤：（1）通过外接指令向NC发出转换指令。（2）告知NC取消主轴“电机选择”接口信号，即DB34.DBX21.5=0。同时去掉脉冲使能信号。（3）NC选择“电机选择A”接口信号DB34.DBX21.3=1，系统进入转换过程。（4）FC17接到NC将DB34.DBX21.7置零后DB34.DBX93.7=0，并告知PLC。（5）系统确认驱动已进行电

6、机选择，FC17等待延时时间到后，将当前的控制转换输出信号复位为零，当前吸合的接触器打开。（6）系统再次延时后，要求的控制转换输出信号强制为1，另一个接触器吸合，将电机选择接口信号DB34.DBX21.5置为1，允许电机可以在选择的电机转换方式下运转。3编制电主轴星三角切换控制程序ANDB34.DBX61.4//主轴静止状态JCSTARAI7.0//星三角切换键FPM99.0JCNSTARANQ5.0//主轴处于星形运转状态指示灯=Q5.0//主轴处于星形运转状态指示灯STAR:I7.0//星三角切换键=DB2.DBX182.1//主轴转速不为零不能

7、进行切换提示。ANQ5.0//主轴处于星形运转状态指示灯=M99.1//电机默认是三角形运行方式。CALL"YDelta"//调用西门子功能块FC17YDelta:=M99.1//M99.1=1DELTAM99.1=0STARSpindleIFNo:=4//主轴号TimeVal:=S5T#1S//计时时间TimerNo:=41//计时器号Y:=Q56.7//星形继电器吸合控制输出点Delta:=Q48.0//三角形继电器吸合控制输出点Ref:=MW50本文由万向联轴器www.jllzq.com冷镦机www.yxhqjx.com联合整理发布OI34.6

8、//三角形控制接触器使能信号OI35.0//星形控制接触器使能信号=Q44.5//电主轴电机安全控制回路接触