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立式車床的電氣控制與機(jī)械部分電氣的設(shè)計(jì)

2020-5-26 來源：沈機(jī)（上海）智能系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)有限公司作者：徐廣樂，趙志宏

摘要：在機(jī)械加工中，經(jīng)濟(jì)型設(shè)備越來越受到人們的歡迎，一些客戶采購的都是小型專用機(jī)床，但是市場怎樣改變，對(duì)車床的需求是不會(huì)改變的，可以說車床是機(jī)加工基礎(chǔ)設(shè)備，而立式車床的應(yīng)用備受客戶的喜歡，加工精度和加工范圍都能滿足客戶的需求，同時(shí)機(jī)床本身結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)性非常好，立式車床的這些優(yōu)點(diǎn)，除了機(jī)床本身的原因，第一個(gè)原因就是機(jī)床的控制系統(tǒng)比較完善，機(jī)械部分電氣設(shè)計(jì)已經(jīng)成型，能保證機(jī)床在加工中的運(yùn)作平穩(wěn)。

關(guān)鍵詞：電氣控制設(shè)計(jì)；機(jī)械部分電氣設(shè)計(jì)

1、電氣控制設(shè)計(jì)

立式車床的機(jī)床結(jié)構(gòu)和外形夠比較小，從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，機(jī)床的伺服系統(tǒng)采用開環(huán)系統(tǒng)，如圖 1。

圖 1 開環(huán)伺服系統(tǒng)示意圖

這個(gè)伺服系統(tǒng)主要的位置是機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路，操作指令發(fā)出后，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床的切削，由于機(jī)床的機(jī)構(gòu)緊湊，所以工作臺(tái)的位移比較小，這樣產(chǎn)生的誤差會(huì)小一些，不需要位置檢測裝置也可以，采用開環(huán)伺服系統(tǒng)就是這個(gè)原因，簡單便于維修，制造成本低。

步進(jìn)電機(jī)在機(jī)床中是最重要的，沒有它機(jī)床是不可能運(yùn)動(dòng)的，它的另一個(gè)名稱叫脈沖電機(jī)，它是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電動(dòng)機(jī)，立式車床的電動(dòng)機(jī)可以采用三相六拍的反應(yīng)式電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)原理如圖 2。

圖 2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖

電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)是在各繞組按照一定的順序進(jìn)行節(jié)拍通電實(shí)現(xiàn)的，所以驅(qū)動(dòng)原理是驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生信號(hào)，經(jīng)過脈沖分配器、光隔離電路，在經(jīng)過功率放大器，最終實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

驅(qū)動(dòng)電路也是非常重要的，一般包含單電源驅(qū)動(dòng)電路和高低壓雙電源驅(qū)動(dòng)電路以及恒流驅(qū)動(dòng)電路，這些驅(qū)動(dòng)電路的控制原理都不同，立式車床驅(qū)動(dòng)電路采用高低壓雙電源驅(qū)動(dòng)電路，原因是驅(qū)動(dòng)電流波形上升快，這樣就會(huì)使電動(dòng)機(jī)的力矩和運(yùn)行頻率得到改善，同時(shí)電路簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。在控制電路中還需要有一些輔助電路對(duì)立式車床的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行監(jiān)控，例如復(fù)位電路（如圖 3）、報(bào)警電路，這些都是在操作人員在操作時(shí)候的警示。

圖 3 復(fù)位電路

復(fù)位電路一般是在外電路中的，通常是以單片機(jī)作為基礎(chǔ)，采用自動(dòng)復(fù)位的方式和操作人員按鈕復(fù)位的方式，電路圖中只需要保持RESET保持10ms以上高電平，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。報(bào)警裝置的使用位置有很多，機(jī)床的工作臺(tái)的限位就是一種，機(jī)床在加工時(shí)候，工作臺(tái)的移動(dòng)不能出現(xiàn)越位現(xiàn)象，防止對(duì)工件損傷，所以對(duì)工作臺(tái)的最大位移方向做限處理，可以添加聲控報(bào)警，也可以添加指示燈報(bào)警。

2 、機(jī)械部分電氣設(shè)計(jì)

機(jī)床的主體是機(jī)械部分，對(duì)于它的設(shè)計(jì)可以從很多方面出發(fā)，主軸的控制，工作臺(tái)的快速控制等，這些都離不開步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的選擇，需要進(jìn)行傳動(dòng)比計(jì)算，計(jì)算公式如下。

式中：i—傳動(dòng)比；

θ—步進(jìn)電機(jī)步距角；

δ—脈沖當(dāng)量；

L—滾珠絲杠導(dǎo)程。

對(duì)立式車床主軸的驅(qū)動(dòng)是具有一定的要求的，要保證機(jī)床主軸的選擇速度，同時(shí)還要控制選擇精度，保證高效性，采用直流驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)主軸，特點(diǎn)如下：

（1）調(diào)速范圍廣，采用直流驅(qū)動(dòng)方式只需要設(shè)置高、低兩級(jí)速度的機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速；

（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的是全封閉結(jié)構(gòu)，可以避免機(jī)床在工作時(shí)候的切削影響；

（3）電動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)突出，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量排放出去，減小發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，減小電動(dòng)機(jī)功率的損耗，提高效率；

（4）直流主軸驅(qū)動(dòng)主回路采用的是晶閘三相全波整流，可以實(shí)現(xiàn)四象限的運(yùn)行；

（5）采用直流驅(qū)動(dòng)方式對(duì)主軸的控制性能好；

對(duì)于機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制采用直流伺服電動(dòng)機(jī)，它的本質(zhì)也就是勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，控制方式有兩種，一種是電樞控制方式，另一種為磁場控制方式。

3、結(jié)語

對(duì)于我國制造業(yè)，機(jī)床的占有量是世界上最大的，普通機(jī)床的使用是最廣泛的，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的價(jià)格昂貴，一般加工企業(yè)難以承擔(dān)。立式車床的設(shè)計(jì)，在零部件的設(shè)計(jì)中本著經(jīng)濟(jì)使用的原則，電氣控制系統(tǒng)要求控制精確，穩(wěn)定，控制速度要快，控制元件要單一，利于率和通用率要高，節(jié)省成本，提高生產(chǎn)效率。

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