[发明专利]一种机床的自动换头方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造设备用数控系统技术领域，具体涉及用于西门子840D系统机床的自动换头方法。

背景技术

为满足现代模具、飞机结构件高速加工需要，一般机床或加工中心都配有高速电主轴。由于在模具加工中，五轴铣削只占3％~5％，高速主轴的使用率也只有5％左右，故五轴联动龙门式、落地式镗铣床/加工中心必须配置换头技术设施，才能提高使用率。

而相对应此种新型主轴头的自动交换方法涉及相应数控系统PLC、NC程序、系统参数的共同协作，不仅复杂繁琐，设计周期长，而且处理不当会造成主轴头损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种机床的自动换头方法，对配有旋转轴、摆动轴主轴头的西门子840D系统数控机床提供一种可靠的自动换头功能模块，能简洁方便的实现主轴头的自动交换。

一种机床的自动换头方法，把摆动轴电机及主轴电机集成在主轴头内部，由机床滑枕内的旋转轴电机驱动实现各个主轴头的旋转运动，每种主轴头共用主轴电机与摆动轴电机动力电缆，其特征在于换头方法集成在自动换头功能模块内，自动换头模块由PLC程序模块、系统参数模块、NC程序模块、硬件电路模块组成，把自动换头模块集成于机床内，包括下述步骤：

1、根据系统参数模块给旋转轴配置不同的系统参数以驱动不同主轴头；

2、通过PLC程序及配置的硬件电路实现主轴头内两电机共用动力电缆切换；

3、通过系统参数、PLC程序、NC程序协作实现不同主轴头的摆动轴及主轴切换；

4、为每个主轴头的摆动轴设计单独的误差补偿表；

5、设置PLC程序中状态监控、位置判断确保换头过程中安全可靠的使能或切断驱动及外围辅助设备。

本发明方法在具备旋转轴、摆动轴主轴头的数控机床上，通过参数、程序控制集成在各个主轴头内摆动轴电机及主轴电机作业，由安装在滑枕内的旋转轴电机驱动各个主轴头旋转，并共用动力电缆。这种精确控制、优化设置应用于面向飞机自动装配的精加工机床中，使设备利用率得使最大化提升，同时确保机床精密自动化作业。

附图说明

附图1自动换头功能模块示意方框图；

附图2自动换头流程图；

附图3主轴电机切换硬件电路示意图；

具体实施方式

本发明的一种数控机床的自动换头方法，应用于面向飞机自动装配的精加工机床中。此机床配置两种主轴头，换头方法集成在自动换头功能模块内，如图1所示，其特征在于自动换头功能模块由PLC程序模块、系统参数模块、NC程序模块、硬件电路模块组成：系统参数模块设置每个主轴头的补偿参数及切换参数，根据实际测量结果填写摆动轴的补偿表，根据不同主轴头分别设置旋转轴及摆动轴参数以供参数切换时使用。

NC程序模块包括换头主程序、还头子程序及抓头子程序，由用户通过M代码启动换头主程序，由换头主程序调用还头子程序及抓头子程序并通过连接的相应结构部件完成自动换头。

PLC程序模块由状态监控功能块、轴使能功能块、松夹头功能块、与NC程序通讯功能块、头库动作功能块、松夹刀功能块、位置判断功能块共同组成。

把自动换头模块集成于机床内即可实现自动换头，包括下述步骤：

1、根据系统参数模块给旋转轴配置不同的系统参数以驱动不同主轴头；

2、通过PLC程序及配置的硬件电路实现共用动力电缆切换；

3、通过系统参数、PLC程序、NC程序协作实现不同主轴头的摆动轴及主轴切换；

4、为每个主轴头的摆动轴设计单独的误差补偿表；

5、换头过程中安全可靠的使能或切断驱动及外围辅助设备。

换头数目可根据需要扩展，每种主轴头都把摆动轴电机及主轴电机集成在主轴头内部，主轴电机使用不同的功率模块驱动，摆动轴电机使用同一功率模块驱动，每种主轴头共用主轴电机与摆动轴电机动力电缆；主轴头靠机床滑枕内的旋转轴电机实现旋转运动。

主轴电机硬件电路模块指示机床中电气设置作业，实现头库动作、换头动作及动力电缆切换。主轴电机切换硬件电路如图3所示，具体实施如下所述：

硬件电路由与控制单元相连的电源模块、多个主轴模块、摆动轴模块、旋转轴模块组成。控制单元连通PLC和NC程序，并通过PLC的I/O模块控制继电器KA1、KA2连通接触器线圈KM1、KM2，摆动轴模块连接主轴头中的摆动轴电机、旋转轴模块连通机床滑枕中的旋转轴电机，各主轴模块通过各自接触器线圈KM1、KM2连通主轴头内的主轴电机。