CN111948984B - 一种能延长机床主轴寿命的数控机床plc控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能延长机床主轴寿命的数控机床控制方法，其能解决现有数控机床主轴因长时间高速运转后易烧坏从而严重影响加工精度并导致数控机床维修保养成本高的问题。其根据数控机床主轴的最高转速来设定一主轴的安全转速，当机床主轴以高于该安全转速的转速运转预设时间B后，PLC控制***控制机床主轴降速至安全转速并以安全转速运行预设时间C后再以加工所需要的主轴转速运行，以此循环，由此可以有效避免机床主轴长时间高速运转而烧坏的问题，从而能延长主轴使用寿命、降低机床主轴维修保养成本并保证加工精度。

Description

一种能延长机床主轴寿命的数控机床PLC控制方法
技术领域
本发明涉及机床设备控制领域，具体为一种能延长机床主轴寿命的数控机床PLC控制方法。
背景技术
机床主轴是机床带动工件或刀具旋转的部件，是数控机床的关键功能部件之一，其可靠性水平直接影响着整机的可靠性水平、加工效率以及加工精度。机床主轴长时间高速运转后容易烧坏主轴，从而严重影响机床加工精度并大大增加数控机床的维修保养成本。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种能延长机床主轴寿命的数控机床控制方法，其能解决现有数控机床主轴因长时间高速运转后易烧坏从而严重影响加工精度并导致数控机床维修保养成本高的问题。
其技术方案为，一种能延长机床主轴寿命的数控机床PLC控制方法，数控机床具有PLC控制***，其特征在于：其包括以下步骤，
(1)预设主轴运行控制参数，根据数控机床主轴的最高转速在PLC控制***内设定主轴安全转速v’、主轴以安全转速v’转动运行的时间C、以及主轴以低于最高转速并高于安全转速v’的速度转动运行的时间B；
(2)数控机床开机运行后机床主轴电机编码器检测并采集主轴实时转速v；
(3)PLC控制***将步骤(2)中采集的主轴实时转速v与主轴安全转速v’进行比较，若主轴实时转速v＜主轴安全转速v’，则PLC控制***控制机床主轴按该低于主轴安全转速v’的实时转速v正常运转；若主轴实时转速v＞主轴安全转速v’,则PLC控制***开始计时直到主轴以该大于机床主轴安全转速v’的实时转速v运行的时间t1大于预设时间B时，PLC控制***控制机床主轴电机降速使得机床主轴实时转速v＝机床主轴安全转速v’；
(4)PLC控制***对主轴以安全转速v’转动运行的时间t2进行计时，当t2＞预设时间C时，PLC控制***控制机床主轴电机加速至加工需求转速Va；
(5)重复上述步骤(2)～(4)。
进一步的，当数控机床开机运行或机床主轴停止工作超过8小时后，需对机床主轴进行以下热机步骤：(6.1)首先PLC控制***控制机床主轴以主轴最高转速的25％空转运行5分钟；(6.2)PLC控制***控制机床主轴再以主轴最高转速的50％空转运行5分钟。
更进一步的，所述热机步骤还包括步骤(6.3)，PLC控制***控制机床主轴以主轴最高转速的75％空转运行5分钟。
更进一步的，所述热机步骤还依次包括步骤(6.4)和步骤(6.5)，其中步骤(6.4)为PLC控制***控制机床主轴以主轴最高转速的75％空转运行3分钟，步骤(6.5)为PLC控制***控制机床主轴以主轴最高转速空转运行2分钟。
本发明的有益效果在于：其根据数控机床主轴的最高转速来设定一主轴的安全转速，当机床主轴以高于该安全转速的转速运转预设时间B后，PLC控制***控制机床主轴降速至安全转速并以安全转速运行预设时间C后再以加工所需要的主轴转速运行，以此循环，由此可以有效避免机床主轴长时间高速运转而烧坏的问题，从而能延长主轴使用寿命、降低机床主轴维修保养成本并保证加工精度；而在数控机床开机运行或机床主轴停止工作超过8小时后先对机床主轴进行热机步骤能够有效避免主轴在冷却状态下直接高速运转而导致的主轴升温过快现象，从而对机床主轴起到进一步保护作用，更加能延长机床主轴使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种能延长机床主轴寿命的数控机床PLC控制方法的运行流程示意图。
具体实施方式
本发明一种能延长机床主轴寿命的数控机床PLC控制方法，数控机床具有PLC控制***，见图1，其包括以下步骤，
(1)预设主轴运行控制参数，根据数控机床主轴的最高转速在PLC控制***内设定主轴安全转速v’、主轴以安全转速v’转动运行的时间C、以及主轴以低于最高转速并高于安全转速v’的速度转动运行的时间B；
(2)数控机床开机运行后机床主轴电机编码器检测并采集主轴实时转速v；
(3)PLC控制***将步骤(2)中采集的主轴实时转速v与主轴安全转速v’进行比较，若主轴实时转速v＜主轴安全转速v’，则PLC控制***控制机床主轴按该低于主轴安全转速v’的实时转速v正常运转；若主轴实时转速v＞主轴安全转速v’,则PLC控制***开始计时直到主轴以该大于机床主轴安全转速v’的实时转速v运行的时间t1大于预设时间B时，PLC控制***控制机床主轴电机降速使得机床主轴实时转速v≤机床主轴安全转速v’；
(4)PLC控制***对主轴以安全转速v’转动运行的时间t2进行计时，当t2＞预设时间C时，PLC控制***控制机床主轴电机加速至加工需求转速Va；
(5)重复上述步骤(2)～(4)。
上述控制方案中，主轴安全转速v’、时间B、时间C的设定需根据不同类型的机床主轴、以及不同的主轴最高转速进行分别确定，下面以具体实施例进行说明：
实施例一：
以BT40(150)HSK63型数控机床为例，分以下四种情形
1、主轴最高转速为10000RPM时，确定主轴安全转速v’为6000RPM、预设时间B为1小时、预设时间C为30分钟；在数控机床运行时，当主轴以较高转速8000～10000RPM连续运转预设时间B＝1小时后，机床PLC控制***控制主轴电机降速并控制主轴以小于或等于主轴安全转速v’＝6000RPM运行预设时间C＝30分钟，PLC控制***再控制主轴电机升速，主轴再以转速6000RPM以上继续运转，以此循环；
2、当主轴最高转速为12000RPM时，确定主轴安全转速v’为10000PM、预设时间B为1小时、预设时间C为30分钟；在数控机床运行时，当主轴以较高转速10000～12000PRM连续运转1小时后，PLC控制***控制主轴电机降速到10000RPM以下并运转超过30分钟，再控制主轴以10000RPM以上的转速连续运转，并以此循环；
3、当主轴最高转速为15000RPM时，确定主轴安全转速v’为12000PM、预设时间B为1小时、预设时间C为30分钟；在数控机床运行时，当主轴以较高转速13000～15000PRM连续运转1小时后，PLC控制***控制主轴电机降速到12000RPM以下并运转超过30分钟，再控制主轴以12000RPM以上的转速连续运转，并以此循环；
4、当主轴最高转速为18000RPM时，确定主轴安全转速v’为16000PM、预设时间B为1小时、预设时间C为30分钟；在数控机床运行时，当主轴以较高转速16000～18000PRM连续运转1小时后，PLC控制***控制主轴电机降速到16000RPM以下并运转超过30分钟，再控制主轴以16000RPM以上的转速连续运转，并以此循环。
实施例二：
以BT50立式加工中心为例，分以下两种情形
1、主轴最高转速为6000RPM时，确定主轴安全转速v’为4500RPM、预设时间B为15分钟、预设时间C为30分钟；在加工中心运行时，当主轴以较高转速4500～6000RPM连续运转预设时间B＝15分钟后，机床PLC控制***控制主轴电机降速并控制主轴以小于或等于主轴安全转速v’＝4500RPM运行预设时间C＝30分钟，PLC控制***再控制主轴电机升速，主轴再以转速4500RPM以上继续运转，以此循环；
2、主轴最高转速为10000RPM时，确定主轴安全转速v’为8000RPM、预设时间B为15分钟、预设时间C为30分钟；在加工中心运行时，当主轴以较高转速8000～10000RPM连续运转15分钟后，PLC控制***控制主轴电机降速并控制主轴以不超过8000RPM的转速运转超过30分钟，然后再控制主轴以大于8000RPM的转速继续运转，以此循环。
实施例三：
以BT50卧式加工中心以及BT50皮带式机床为例，该两种机床的主轴最高转速均为6000RPM，设定主轴安全转速v’均为4500RPM并预设时间B为15分钟、时间C为30分钟；在机床运行时，当主轴以较高转速4500～6000RPM连续运转15分钟后，PLC控制***控制主轴电机降速至主轴转速为4500RPM，并控制主轴以不高于4500RPM的转速运转超过30分钟，然后PLC控制***再控制主轴以超过4500RPM的转速连接运转，以此循环。
实施例四：
以A55/A58型BT50铣床为例，其主轴最高转速为3500RPM，设定主轴安全转速v’为2500RPM并预设时间B、时间C均为30分钟；在机床运行时，当主轴以较高转速2500～3000RPM连续运转30分钟后，PLC控制***控制主轴电机降速至主轴转速为2500RPM及以下，并控制主轴以不高于2500RPM的转速运转超过30分钟，然后PLC控制***再控制主轴以超过2500RPM的转速连接运转，以此循环。
实施例五：
以A2-5车床为例，其主轴最高转速为6000RPM，设定主轴安全转速v’为3000RPM并预设时间B、时间C均为30分钟；在车床运行时，当主轴以较高转速4800～6000RPM连续运转30分钟后，PLC控制***控制主轴电机降速至主轴转速为3000RPM及以下，并控制主轴以不高于3000RPM的转速运转超过30分钟，然后PLC控制***再控制主轴以超过3000RPM的转速连接运转，以此循环。
实施例六：
以A2-6车床为例，其主轴最高转速为4200RPM，设定主轴安全转速v’为2100RPM并预设时间B、时间C均为30分钟；在机床运行时，当主轴以较高转速3360～4200RPM连续运转30分钟后，PLC控制***控制主轴电机降速至主轴转速为2100RPM及以下，并控制主轴以不高于2100RPM的转速运转超过30分钟，然后PLC控制***再控制主轴以超过2100RPM的转速连接运转，以此循环。
实施例七：
以A2-8车床为例，其主轴最高转速为3500RPM，设定主轴安全转速v’为1750RPM并预设时间B、时间C均为30分钟；在机床运行时，当主轴以较高转速2800～3500RPM连续运转30分钟后，PLC控制***控制主轴电机降速至主轴转速为1750RPM及以下，并控制主轴以不高于1750RPM的转速运转超过30分钟，然后PLC控制***再控制主轴以超过1750RPM的转速连接运转，以此循环。
实施例八：
以BT30加工中心为例，分以下两种情形
1、当加工中心主轴最高转速为12000RPM，设定主轴安全转速v’为10000RPM并预设时间B为1小时、时间C为30分钟；在加工中心运行时，当主轴以较高转速10000～12000RPM连续运转1小时后，PLC控制***控制主轴电机降速至主轴转速为10000RPM以下，并控制主轴以不高于10000RPM的转速运转超过30分钟，然后PLC控制***再控制主轴以超过10000RPM的转速连接运转，以此循环；
2、当加工中心主轴最高转速为20000RPM时，设定主轴安全转速v’为18000RPM并预设时间B为1小时、时间C为30分钟；在加工中心运行时，当主轴以较高转速18000～20000RPM连续运转1小时后，PLC控制***控制主轴电机降速至主轴转速为18000RPM以下，并控制主轴以不高于18000RPM的转速运转超过30分钟，然后PLC控制***再控制主轴以超过18000RPM的转速连接运转，以此循环。
实施例九：
以BT40(120)型加工中心为例，分以下两种情形，
1、当加工中心主轴的最高转速为10000RPM，设定主轴安全转速v’为8000RPM并预设时间B为1小时、时间C为30分钟；在加工中心运行时，当主轴以较高转速8000～10000RPM连续运转1小时后，PLC控制***控制主轴电机降速至主轴转速为8000RPM以下，并控制主轴以不高于8000RPM的转速运转超过30分钟，然后PLC控制***再控制主轴以超过8000RPM的转速连接运转，以此循环；
2、当加工中心主轴的最高转速为12000RPM，设定主轴安全转速v’为10000RPM并预设时间B为1小时、时间C为30分钟；在加工中心运行时，当主轴以较高转速10000～12000RPM连续运转1小时后，PLC控制***控制主轴电机降速至主轴转速为10000RPM以下，并控制主轴以不高于10000RPM的转速运转超过30分钟，然后PLC控制***再控制主轴以超过10000RPM的转速连接运转，以此循环。
在本发明的上述技术方案基础上，为了能进一步延长机床主轴使用寿命，当数控机床开机运行或机床主轴停止工作超过8小时后，需对机床主轴进行以下热机步骤：(1)首先PLC控制***控制机床主轴以主轴最高转速的25％空转运行5分钟；(2)PLC控制***控制机床主轴再以主轴最高转速的50％空转运行5分钟；而对于最高转速较高的数控机床，在执行上述热机步骤后还可以进行步骤(3)，PLC控制***控制机床主轴以主轴最高转速的75％空转运行5分钟。
以下通过具体实施例进一步说明机床主轴的热机步骤：
实施例十：
对于主轴最高转速为6000RPM的A2-5车床、主轴最高转速为4200RPMA2-6车床以及主轴最高转速为3500RPMA2-8车床，这三款车床的热机步骤均为：先以主轴最高转速的25％运行5分钟，再以主轴最高转速的50％运行5分钟即能满足要求。
实施例十一：
以主轴最高转速为12000RPM的BT30加工中心为例，其热机步骤为，先以主轴最高转速的25％空转运行5分钟，再以主轴最高转速的50％空转运行5分钟，最后再以主轴最高转速的75％空转运行5分钟。
实施例十二：
以主轴最高转速为20000RPM的BT30加工中心为例，其热机步骤为，先以主轴最高转速的25％空转运行5分钟，再以主轴最高转速的50％空转运行5分钟，接着以主轴最高转速的75％空转运行3分钟，最后以主轴最高转速空转运行2分钟。
以上对本发明的具体实施进行了详细说明，但内容仅为本发明创造的较佳实施方案，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种能延长机床主轴寿命的数控机床PLC控制方法，数控机床具有PLC控制***，其特征在于：其包括以下步骤，
（1）预设主轴运行控制参数，根据数控机床主轴的最高转速在PLC控制***内设定主轴安全转速v’、主轴以安全转速v’转动运行的时间C、以及主轴以低于最高转速并高于安全转速v’的速度转动运行的时间B；
（2）数控机床开机运行后机床主轴电机编码器检测并采集主轴实时转速v；
（3）PLC控制***将步骤（2）中采集的主轴实时转速v与主轴安全转速v’进行比较，若主轴实时转速v＜主轴安全转速v’，则PLC控制***控制机床主轴按该低于主轴安全转速v’的实时转速v正常运转；若主轴实时转速v＞主轴安全转速v’,则PLC控制***开始计时直到主轴以该大于机床主轴安全转速v’的实时转速v运行的时间t1大于预设时间B时，PLC控制***控制机床主轴电机降速使得机床主轴实时转速v=机床主轴安全转速v’；
（4）PLC控制***对主轴以安全转速v’转动运行的时间t2进行计时，当t2＞预设时间C时，PLC控制***控制机床主轴电机加速至加工需求转速Va；
（5）重复上述步骤（2）～（4）。
2.根据权利要求1所述的一种能延长机床主轴寿命的数控机床PLC控制方法，其特征在于：当数控机床开机运行或机床主轴停止工作超过8小时后，需对机床主轴进行以下热机步骤：（6.1）首先PLC控制***控制机床主轴以主轴最高转速的25%空转运行5分钟；（6.2）PLC控制***控制机床主轴再以主轴最高转速的50%空转运行5分钟。
3.根据权利要求2所述的一种能延长机床主轴寿命的数控机床PLC控制方法，其特征在于：所述热机步骤还包括步骤（6.3），PLC控制***控制机床主轴以主轴最高转速的75%空转运行5分钟。
4.根据权利要求2所述的一种能延长机床主轴寿命的数控机床PLC控制方法，其特征在于：所述热机步骤还依次包括步骤（6.4）和步骤（6.5），其中步骤（6.4）为PLC控制***控制机床主轴以主轴最高转速的75%空转运行3分钟，步骤（6.5）为PLC控制***控制机床主轴以主轴最高转速空转运行2分钟。
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