CN102707665B - 数控卧式铣镗床镗轴的安全运行控制方法 - Google Patents

数控卧式铣镗床镗轴的安全运行控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数控卧式铣镗床镗轴的安全运行控制方法，包括机床数控系统、报警和制动元件，数控系统中内置有镗轴安全运行控制的PLC程序，所述PLC程序中含有金属切削机床切削扭矩理论计算公式N和镗轴的许用扭矩值随其伸缩量而变化的近似函数式Ny＝{[(S2-Sx)(N4-N1)]/(S2-S1)}+N1。本发明能对镗轴的安全运行进行有效的控制，可避免镗轴和相关部件的变形或损坏，大幅度延长机床的使用寿命，减小由于操作者的经验不足或疏忽而带来的机床损坏和维修，从而大幅度提高工作效率。

Description

数控卧式铣镗床镗轴的安全运行控制方法
技术领域
本发明属于一种保证数控机床安全运行的控制方法，具体涉及的是数控卧式铣镗床镗轴的安全运行控制方法。
背景技术
众所周知，卧式铣镗床的镗轴是悬伸的，当镗轴悬伸至临界悬伸量后，其悬伸量越大，它的许用扭矩越小。因此，在机床使用过程中，镗轴的切削扭矩不应超过其许用扭矩，否则就会造成镗轴和相关部件变形或损坏，甚至会发生严重的事故。为了避免这种情况发生，非数控的卧式铣镗床一般在《使用说明书》中给出镗轴的额定扭矩，操作者根据额定扭矩并结合自身的经验来控制切削参数，保证机床镗轴的实际切削扭矩不超过许用扭矩，从而实施对机床的安全运行控制。目前的数控卧式铣镗床与非数控卧式铣镗床相比，在对其镗轴的控制技术方面却没有实质差别，数控卧式铣镗床中没有针对镗轴安全运行的自动控制单元和程序，机床依然是以《使用说明书》的形式给出镗轴的额定扭矩，所不同的是，机床上附设有报警和制动元件，当镗轴的实际切削扭矩超过额定扭矩而发生堵转时，机床可发出警报并自动切断电源，使机床停机。可以说，现有数控卧式铣镗床对其镗轴的安全运行控制依然靠的是操作者的经验和技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有数控卧式铣镗床所存在的上述缺陷，提出一种数控卧式铣镗床镗轴的安全运行控制方法，进而实现对数控卧式铣镗床的安全控制。
实现上述目的的技术方案是：一种数控卧式铣镗床镗轴的安全运行控制方法，包括机床数控系统、报警和制动元件，其特征在于，数控系统中内置有镗轴安全运行控制的PLC程序。
所述PLC程序中含有金属切削机床切削扭矩理论计算公式N和镗轴的许用扭矩值随其伸缩量而变化的近似函数式Ny＝{[(S2-Sx)(N4-N1)]/(S2-S1)}+N1，函数式中，Ny为当前位置镗轴的许用扭矩，S1为镗轴临界悬伸量，即镗轴悬伸时扭矩不发生衰减的理论悬伸量，S2为镗轴的最大悬伸量，Sx为当前镗轴的实际悬伸量，N4为镗轴额定转速时的额定扭矩，N1为镗轴悬伸时受保护的扭矩。
所述PLC程序是以程序建模形式形成的一个功能模块。
机床上电后，选定加工程序，启动数控系统，机床进入加工状态，此时：
1、数控系统实时读取当前镗轴的实际悬伸量Sx，并根据近似函数式计算出镗轴在该位置的许用扭矩Ny；
2、数控系统读取加工程序中的转速、进给量、刀具直径、切削齿数等加工参数，并根据切削扭矩的理论计算公式计算出理论输出扭矩N；
3、数控系统比较理论输出扭矩N和许用扭矩Ny；
4、如果理论输出扭矩N大于许用扭矩Ny，则报警并禁止镗轴启动；如果理论输出扭矩N小于许用扭矩Ny，则镗轴启动，开始加工；
5、解除报警，修改加工程序即加工参数，直至理论输出扭矩小于许用扭矩。
数控卧式铣镗床的镗轴有多个档位，档位不同，镗轴悬伸时扭矩发生衰减的程度不同。PLC控制程序能够判断镗轴所处档位，并根据不同档位分别控制镗轴，使其不超过许用扭矩Ny。
本发明建立了数控卧式铣镗床镗轴的安全保护控制系统，该系统能对镗轴的安全运行进行有效的控制，可避免镗轴和相关部件的变形或损坏，大幅度延长机床的使用寿命，减小由于操作者的经验不足或疏忽而带来的机床损坏和维修，从而大幅度提高工作效率。
附图说明
图1为镗轴悬伸量与镗轴转矩关系曲线。
图2为本发明的控制原理图。
图3是本发明的程序控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明经过多次实验得到图1所示的镗轴悬伸量与镗轴的许用扭矩值关系曲线，再经推演得到近似函数式Ny＝{[(S2-Sx)(N4-N1)]/(S2-S1)}+N1。函数式中，Ny为当前位置镗轴的许用扭矩，S1为镗轴临界悬伸量，即镗轴悬伸时扭矩不发生衰减的理论悬伸量，S2为镗轴的最大悬伸量，Sx为当前镗轴的实际悬伸量，N4为镗轴额定转速时的额定扭矩，N1为镗轴悬伸时受保护的扭矩，其中的N1、S1、S2、N1、N4为常数。
如图2和图3所示，编制PLC控制程序输入到数控机床的数控系统中，其中，PLC程序中含有金属切削机床切削扭矩理论计算公式N和镗轴的许用扭矩值随其伸缩量而变化的近似函数式Ny＝{[(S2-Sx)(N4-N1)]/(S2-S1)}+N1，由此，两个函数式与机床数控系统的内置PLC程序组成一个新的主轴安全控制系统，该系统对悬伸主轴在运行过程中的许用扭矩实施安全控制，其程序是：
实时读取镗轴位移量，根据镗轴的位移和镗轴的许用扭矩值近似函数式计算镗轴在该位置的许用扭矩；读取加工程序中的加工参数如转速、进给量、刀具直径、切削齿数等，并根据切削扭矩的理论计算公式计算理论输出扭矩；然后数控系统比较理论输出扭矩和许用扭矩的大小，如果理论输出扭矩小于许用扭矩，则控制镗轴控制器启动镗轴开始加工；如果理论输出扭矩大于许用扭矩，则报警并禁止镗轴启动，然后操作者解除报警，并修改加工程序即加工参数，程序循环直至理论输出扭矩小于许用扭矩。加工中，数控系统会实时读取镗轴位移量进行程序循环，从而确保镗轴安全性。
数控卧式铣镗床的镗轴有多个档位，档位不同，镗轴悬伸时扭矩发生衰减的程度不同，如图1所示。本发明方法中还包含有PLC控制程序判断镗轴所处档位的功能，并根据不同档位分别控制镗轴，使其不超过许用扭矩Ny，如图3所示。

Claims (2)

1.一种数控卧式铣镗床镗轴的安全运行控制方法，包括机床数控系统、报警和制动元件，数控系统中内置有镗轴安全运行控制的PLC程序，其特征在于：所述PLC程序中含有金属切削机床切削扭矩理论计算公式用于计算出理论输出扭矩Ｎ，还含有镗轴的许用扭矩值随其伸缩量而变化的近似函数式Ｎy＝{[S2-Sx)(N4-N1)]/(S2-S1)}+N1，函数式中，Ny为当前位置镗轴的许用扭矩，S1为镗轴临界悬伸量，即镗轴悬伸时扭矩不发生衰减的理论悬伸量，S2为镗轴的最大悬伸量，Sx为当前镗轴的实际悬伸量，N4为镗轴额定转速时的额定扭矩，N1为镗轴悬伸时受保护的扭矩，
机床上电后，选定加工程序，启动数控系统，机床进入加工状态，此时：
(1)、数控系统实时读取当前镗轴的实际悬伸量Sx，并根据近似函数式计算出镗轴在该位置的许用扭矩Ny；
(2)、数控系统读取加工程序中的转速、进给量、刀具直径、切削齿数加工参数，并根据切削扭矩的理论计算公式计算出理论输出扭矩N；
(3)、数控系统比较理论输出扭矩N和许用扭矩Ny；
(4)、如果理论输出扭矩N大于许用扭矩Ny，则报警并禁止镗轴启动；如果理论输出扭矩N小于许用扭矩Ny，则镗轴启动，开始加工；
(5)、解除报警，修改加工程序即加工参数，直至理论输出扭矩小于许用扭矩。
2.按照权利要求1所述的数控卧式铣镗床镗轴的安全运行控制方法，其特征在于：所述PLC程序是以程序建模形式形成的一个功能模块。
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