0 引言
加工工件或加工刀具、夾具在每次加工結(jié)束后，必須處于規(guī)定的方位上時就要使用主軸定位機構(gòu)。傳統(tǒng)的主軸自動定位機構(gòu)常采用電氣減速機械定位方式，即主軸在加工結(jié)束后先制動停止，再設(shè)法使主軸慢轉(zhuǎn)讓機械設(shè)備（如定位鉤機構(gòu)）來準(zhǔn)確定位。主軸制動過程的速度通常處于失控狀態(tài)且有可能帶來較大的電流沖擊，其慢轉(zhuǎn)一般工作在“半制動”狀態(tài)（通常為同時通以交、直流電）或增加使用定位電機。這樣雖然也能實現(xiàn)主軸定位，但使電機工作于較惡劣的情形下或增加了輔助設(shè)備[1]。
隨著變頻調(diào)速技術(shù)在機械加工設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，在主軸使用變頻調(diào)速來實現(xiàn)無級變速的場合，如果主軸具有定位要求則可充分利用變頻調(diào)速的優(yōu)勢方便地實現(xiàn)主軸定位[2]。文獻[3]給出了在直線運動定位時對拖動電機的速度采用制動參數(shù)延時再制動減速的快速制動定位方法。主軸定位是一種旋轉(zhuǎn)運動，減速過程可能會旋轉(zhuǎn)多圈，本文以電氣減速機械定位方式中主軸電機速度的控制為研究對象，提出了按旋轉(zhuǎn)圈數(shù)分段延時減速結(jié)合zui短減速時間的定位速度控制新方法，該方法能有效地改善了定位的平穩(wěn)性和準(zhǔn)確度，
減少了輔助工時。
1．主軸定位速度控制的思想
基于傳統(tǒng)定位方法主軸速度控制曲線可用圖1表示。當(dāng)工件加工結(jié)束后進入主軸定位，主軸減速旋轉(zhuǎn)，到達(dá)某一爬行速度后慢速轉(zhuǎn)動，定位鉤動作，鉤端在定位盤圓周表面滑動，直到定位鉤落入定位槽，主軸停止轉(zhuǎn)動。在此過程中減速開始點即為加工結(jié)束點，減速時間的長短是任意設(shè)置的，減速結(jié)束點也就任意，導(dǎo)致定位鉤等待落入定位槽的時間任意，zui長可達(dá)慢速轉(zhuǎn)動一周的時間。而且鉤端在定位盤圓周上滑動增加了摩擦力，使得爬行速度不能太低，增加了輔助工時和定位時的機械沖擊。
對主軸速度控制曲線的改進示于圖2。圖2（a）在定位盤上增加一個稱為減速延時開始計算點的位置監(jiān)測點，預(yù)先根據(jù)主軸當(dāng)前工作轉(zhuǎn)速計算減速延時時間tjs0，工件加工結(jié)束后主軸并不馬上開始減速，而是檢測該點并按tjs0延時，主軸再以zui短的減速時間td減速，并保證定位槽對準(zhǔn)定位鉤時定位盤減速到爬行速度，隨即定位鉤動作，正好落入定位槽內(nèi)。這樣，盡管減速延時時間zui壞也可能長達(dá)主軸轉(zhuǎn)動一周的時間，但這是以快速的工作轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動一周，較之按爬行慢速轉(zhuǎn)動一周縮短了輔助工時。另外，定位鉤一動作即鉤入定位槽，減少了在定位盤圓周上的滑動帶來的摩擦，可以使爬行速度設(shè)置得更低一些，減少了定位帶來的機械沖擊。
對主軸速度控制曲線的進一步改進是考慮到主軸定位是一旋轉(zhuǎn)定位，如果轉(zhuǎn)速為nr時轉(zhuǎn)動一周的時間為tnr，而計算得到的tjs0超過了tnr，即延時過程中主軸將無謂地多轉(zhuǎn)動一周，則可將該轉(zhuǎn)動一周的時間扣除，而只延時剩余的時間tjs（圖2（b））。如果zui高工作轉(zhuǎn)速下的減速時間tdmax使主軸旋轉(zhuǎn)多圈，則計算得到的tjs0有可能超過k倍的tnr，即延時過程中主軸將無謂地多轉(zhuǎn)動k圈，則可將轉(zhuǎn)動的k圈時間扣除。即可按旋轉(zhuǎn)圈數(shù)k分段計算減速延時時間tjs，這樣將大大減少輔助工時。這正是旋轉(zhuǎn)定位不同與直線定位的地方。圖2中為了后面研究問題的方便，故意錯開了加工結(jié)束點，而將減速延時開始計算點對齊并作為坐標(biāo)原點。
2．主軸定位速度曲線的設(shè)計計算
對照圖2設(shè)計主軸速度控制曲線，實際工作中需要計算和確定的參數(shù)有：減速延時時間tjs、當(dāng)前工作轉(zhuǎn)速nr下轉(zhuǎn)動一周所需的時間tnr、zui短減速時間td、爬行速度nmin等，其中td、nmin可離線確定，而tjs、tnr則需在主軸定位時實時計算。
2.1減速延時時間tjs的計算
2.1.1 基本減速延時時間tjs0的計算
首先，計算不考慮按旋轉(zhuǎn)圈數(shù)分段計算的減速延時時間tjs0，稱為基本減速延時時間。為了計算tjs0，必須確定tjs0與主軸當(dāng)前的工作轉(zhuǎn)速nr的關(guān)系tjs0=f（nr）。顯然，為了縮短減速時間，無論在何種情況下主軸都應(yīng)以zui快的速度減速，因此減速的減速度a應(yīng)該一樣，在圖2（a）中表現(xiàn)為兩種情形下的速度下降曲線斜率相同；而且，不同工作速度下，自減速延時開始計算點始，減速過程中轉(zhuǎn)過的總?cè)?shù)（角度）是一致的，即等于zui高工作轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。利用運動學(xué)的基本公式：
2.1.2考慮按旋轉(zhuǎn)圈數(shù)k分段計算減速延時時間tjs
根據(jù)前面的討論，當(dāng)計算得到的tjs0超過了tnr的k倍，則要將此ktnr扣除，設(shè)恰好有tjs0=ktnr時的nr為nrk（k=1、2、