隨著機床工業(yè)的不斷發(fā)展，電主軸的應用越來越廣泛。電主軸上安裝星角切換裝置后，不僅具有低速大扭矩，還具有高速大功率的特點。高速電主軸的主軸型式是主軸電機的定子和轉(zhuǎn)子直接安裝在主軸組件中，即高速電機放在精密主軸中，電主軸的電機轉(zhuǎn)子是主軸，主軸的外殼是電機的底座，實現(xiàn)了變頻電機和主軸的一體化，電機直接驅(qū)動主軸形成電主軸。

電主軸取消了從電機到主軸的傳動鏈中的齒輪、皮帶等中間環(huán)節(jié)，動力源直接驅(qū)動主軸。傳動鏈長度為零，實現(xiàn)了機床主軸系統(tǒng)的“零傳動”。它具有高速、高精度、低噪聲、低溫升、體積小、安裝方便等特點，是現(xiàn)代高檔數(shù)控機床的主要關鍵部件。與早年內(nèi)圓磨床使用的內(nèi)置電機主軸不同的是，它采用變頻調(diào)速技術，主軸具有更大的驅(qū)動功率和扭矩，并有一系列傳感器及其檢測控制系統(tǒng)，用于監(jiān)測主軸振動、軸承溫升等參數(shù)。因此，電主軸及驅(qū)動系統(tǒng)是一種技術含量很高的機電一體化產(chǎn)品，涉及機械、電機、驅(qū)動與控制、支撐、潤滑、材料熱處理、振動等多個領域，是一套相對獨立、完整的智能功能部件。

本文以機床數(shù)控系統(tǒng)的研究為背景，研究了兩種控制電主軸星角切換的方法。第一種方法是通過PLC邏輯控制程序，在加工程序中編輯相應的M代碼，實現(xiàn)電主軸的星角切換。第二種方式是通過數(shù)控系統(tǒng)的SINAMICS BICO連接技術實現(xiàn)電主軸的星角切換。

1.邏輯程序控制的星角切換

首先繪制電氣原理圖(見圖1)通過邏輯控制控制電主軸的星角切換，然后調(diào)用數(shù)控系統(tǒng)的星角切換功能塊，最后編輯數(shù)控系統(tǒng)主軸部分星角切換的電機參數(shù)。

(1)星角切換原理

接觸器K2.46合上，電主軸角度接通；K2.47接觸器閉合，電主軸星形連接。

(2)邏輯控制程序

控制星角切換的功能塊FC17集成在CNC系統(tǒng)中，編輯功能塊生效的條件如下:

一把DB20。DBX 140.0調(diào)用星角轉(zhuǎn)換功能塊？

JC M00320.dbx140.0 = 1星角轉(zhuǎn)換生效。

綜上所述，在MDA或AUTO模式下，執(zhí)行M54時，切換到星形連接；執(zhí)行M55時，切換刀角連接。其特點是操作簡單。執(zhí)行M代碼可以切換電主軸的星角，但切換時需要主軸停止。這降低了機床的工作效率。

(3)星角切換主軸的參數(shù)設置

由于參數(shù)設置與數(shù)控系統(tǒng)SINAMICS BICO連接技術基本相同，在此不再贅述。

2.數(shù)控系統(tǒng)SINAMICS BICO連接技術控制星角切換。

(1)控制原理

圖2和圖3示出了星角切換控制的示意圖。接觸器Q120A接合，數(shù)控系統(tǒng)NCU上的X122.9輸出繼電器K120A接合，使接觸器Q120A接合，主軸星形連接。接觸器Q120A的反饋觸點向X122.4反饋星形連接的狀態(tài)；數(shù)控系統(tǒng)NCU上的X122.10輸出繼電器K120B接合，使接觸器Q120B接合，電主軸呈三角形連接。接觸器Q120B的反饋觸點將角度連接的狀態(tài)反饋給X122.3

(2)X122功能設置

如星形角度轉(zhuǎn)換示意圖所示，X122.3為角度連接的接觸器反饋，X122.4為星形連接的接觸器反饋；X122.9為星形連接接觸器的吸合輸出，X122.10為角形連接接觸器的吸合輸出。然后要把數(shù)控系統(tǒng)的X122.3/4設置為輸入端口(默認)，X122的9/10設置為輸出端口(需要把要改變的控制單元數(shù)據(jù)設置為輸出端口)。

因為X122是控制單元NCU上的接口，為了設置控制單元數(shù)據(jù)，根據(jù)電氣原理圖的要求設置控制單元參數(shù)p728(CU數(shù)字輸入和輸出狀態(tài))。X122.3/4為數(shù)據(jù)輸入點(默認)，9/10為數(shù)據(jù)輸出點(對應位置1，表示改為輸出端口)。

(3)添加驅(qū)動數(shù)據(jù)組/電機數(shù)據(jù)組。

配置時，電主軸星角對應的參數(shù)要單獨配置，因為星角切換相當于電主軸有兩套驅(qū)動數(shù)據(jù)(DDS)，低速大扭矩時切換到星形連接，高速大功率時切換到三角形連接。因此，在配置星角兩套電機數(shù)據(jù)時，先添加數(shù)據(jù)組(見表2)，然后分別配置星接電機和角接電機的參數(shù)，分配電機編碼器的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)組展開后，主軸驅(qū)動參數(shù)中的以下參數(shù)將被自動設置:

(4)配置電主軸的星形/三角形連接參數(shù)。

根據(jù)星角的兩組數(shù)據(jù)集，增加兩組星角切換的電機參數(shù)，以星角切換為18000r/min的凱斯勒牌電主軸電機驅(qū)動數(shù)據(jù)為例，如表3所示。

在每個參數(shù)的[0]中輸入星形連接的電機參數(shù)，在[1]中輸入角度電機參數(shù)。另外，從上表可以看出，星角切換的臨界轉(zhuǎn)速為4700r/min。

(5)星角切換相關參數(shù)

主軸驅(qū)動數(shù)據(jù):p820[0]為驅(qū)動數(shù)據(jù)組選擇DDS位1/ DDS位1。設置為63:2197.2，即當主軸實際轉(zhuǎn)速小于等于轉(zhuǎn)速閾值p2155中的設定值時，p820[0]=0，DDS0([0])數(shù)據(jù)組生效；當主軸的實際轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速閾值p2155中設定的值時，p820[0]=1，DDS1([1])數(shù)據(jù)組生效。

注意:更改上述參數(shù)時，只需將參數(shù)p922更改為999自定義消息，不能將原136消息改回來，否則參數(shù)p820參數(shù)更改將失敗。

星角切換延時時間建議為100ms，只有在有星角切換時間報警時才能設置，否則不能設置。

P2155[0]電主軸星角切換速度閾值從凱斯勒電主軸參數(shù)表顯示，應設定4700 r/min；

p 2155[1]KESSLER電主軸參數(shù)表顯示電主軸星角切換速度閾值為4700 r/min；

P2140[0]轉(zhuǎn)速閾值側(cè)隙，遲滯轉(zhuǎn)速，不宜過小，推薦為90r/min；

P2140[1]轉(zhuǎn)速閾值側(cè)隙和遲滯轉(zhuǎn)速不能太小，建議為90r/min；

根據(jù)KESSLER電主軸參數(shù)表，p2000電主軸的最大速度應設置為18000 r/min。組態(tài)完成后，該參數(shù)應自動寫入最大轉(zhuǎn)速18000轉(zhuǎn)/分。如果不是自動寫的，可以手工輸入。

3.結(jié)束語

綜上所述，由PLC邏輯控制程序控制的星角開關，每進行一次開關，主軸轉(zhuǎn)速就會降到0，然后開關進行機床加工需要時間，降低了機床的工作節(jié)奏和效率；數(shù)控SINAMICS BICO連接技術控制電主軸的星角切換，實現(xiàn)了切換時的無級變速，節(jié)省了時間，提高了機床的工作效率。建議使用這種開關模式。