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立式車床的電氣（qì）控製與機械部分電氣的設計

2020-5-26 來源：沈機（上海）智能係統研發設計有限公司作者：徐廣樂，趙（zhào）誌（zhì）宏

摘要：在機械加工中，經濟型設備越來越（yuè）受到人們的歡迎，一些客戶采（cǎi）購的都是小型專用機（jī）床，但是市場怎樣（yàng）改（gǎi）變，對車床的需求是不會改變的，可以說車床（chuáng）是機加工基（jī）礎設備，而立式車（chē）床的應用備受客戶的喜歡，加工精度和（hé）加工範圍（wéi）都（dōu）能滿足（zú）客（kè）戶的需求，同時機床本身結構和經濟性非常好，立式車床的這些優點，除了機（jī）床（chuáng）本身的原因，第一個原因就是機床的控製係統比較完善（shàn），機械部分電氣設計已經成（chéng）型，能保證機床在加工中的運（yùn）作平穩。

關鍵詞：電氣控（kòng）製設計；機械部分電氣設（shè）計

1、電氣控製設計

立式車床的機床結構和外形夠比較小，從經濟的角度出發，機床的伺服係統采用開環係統，如圖（tú） 1。

圖 1 開環伺服係統示意圖（tú）

這個伺服係統主（zhǔ）要的位置是機床的步（bù）進電機和驅動（dòng）電路，操作指令發出後，驅（qū）動電路對電機進行控製，電動機帶動傳（chuán）動機構，最終實現機床的切削，由於機床的機構緊湊，所以（yǐ）工作台的位移比（bǐ）較小，這樣產生的誤差會小一些，不需要位置檢測裝置也可（kě）以（yǐ），采用開環伺服係統就是（shì）這個原因，簡單便於（yú）維修，製造成（chéng）本（běn）低。

步進電機在機床中是最重要的，沒有它機床是不可能運動的（de），它的另（lìng）一個名稱叫（jiào）脈衝電機，它是將脈衝信號轉換成線位移或角位移的電（diàn）動機（jī），立式車（chē）床的電動機可以采用三相六拍的（de）反應式電動機，驅動原理如（rú）圖 2。

圖 2 步進電機驅動原理圖

電動機（jī）的旋轉是在各（gè）繞組按照一定的順序進行節拍通電實現的，所以驅（qū）動原理是驅動控（kòng）製係統產生信號（hào），經過脈衝分配器、光（guāng）隔離（lí）電路，在經過功（gōng）率放大器，最終實現電動機的轉動。

驅動（dòng）電（diàn）路也是（shì）非常重要的，一般包含單電源驅動電路和高低壓雙電源驅動電（diàn）路以及恒流驅動電路，這些驅動電路的（de）控製原理都不同，立（lì）式車床驅動電路采用高低壓雙電源驅動電路，原因是驅（qū）動電流（liú）波形上升快，這樣就會（huì）使電動機（jī）的力矩和（hé）運行頻率得到改善，同時電（diàn）路簡單，經濟（jì）實用。在控製電（diàn）路中還需要有一些（xiē）輔助電路對立式車床的運轉進行監（jiān）控，例（lì）如複位（wèi）電路（如圖（tú） 3）、報（bào）警電路，這些都是在操作人員在操（cāo）作時候的警示。

圖 3 複位電路

複位電路一般是在外電路中的，通常是以單片機作為基礎，采用自動複位的方式和操作人員按鈕複位的方（fāng）式，電（diàn）路圖中隻需要保持RESET保持10ms以上高電平，就可以實現複（fù）位。報警裝置的（de）使用位置有很多，機（jī）床（chuáng）的工作台的限位就是一（yī）種，機（jī）床在加工時候，工（gōng）作台的移動不能出現越位現象，防止對工件損傷，所（suǒ）以對工（gōng）作台的最大位移方向做（zuò）限處理，可以添（tiān）加聲控報警，也可以添加指示燈報警。

2 、機械部分電氣設計

機床的主體是機械部分，對於它的設計可以從很多方麵出發，主軸的控製，工作台的快速控製等，這些都離不開（kāi）步進電動機，對於（yú）電動機的選擇，需要進行傳動比（bǐ）計算，計算公式如下（xià）。

式中：i—傳動比；

θ—步進電機步距角；

δ—脈衝當量；

L—滾（gǔn）珠（zhū）絲杠導程。

對立式車床主軸的驅動是具有一定的要求的，要（yào）保（bǎo）證（zhèng）機床主軸的選擇速度，同時還要控製選（xuǎn）擇精度（dù），保證高效性，采用直流驅動方式驅動主軸，特點如下：

（1）調速範圍廣，采用直流驅動方式隻需要設置（zhì）高、低兩級速（sù）度的機械變速（sù）機構，這樣就可（kě）以實現無級變速；

（2）驅動係統采用的是全封閉結構，可以避免機床在工作時候的切削影響；

（3）電動機的冷卻係統突出，能夠將轉子產生的熱量排放（fàng）出去，減（jiǎn）小發動機的發熱，減小（xiǎo）電動機功（gōng）率（lǜ）的（de）損耗，提（tí）高效率；

（4）直流主軸驅動主回路采用的是晶閘三（sān）相全波整流，可以實現四象限的運行；

（5）采（cǎi）用直流驅動方式對主軸的控製性能好；

對於機床的進給運動（dòng）的控製采用（yòng）直流伺服電動機，它的本質也就是勵式直流電動機，控製方式有兩種，一種是電樞控製方式，另一種為磁場控製方式。

3、結語

對於我國製造業（yè），機床的占（zhàn）有量是世界上最（zuì）大的，普（pǔ）通機床（chuáng）的使用是最廣泛的，因為數控機床的價格昂貴（guì），一般加（jiā）工企業難以（yǐ）承擔。立式車床的設計，在零（líng）部件的設計中本著經濟使用的原則，電氣控（kòng）製係統要求控製精確（què），穩定，控製速度要快，控製元件要單一，利於率和通用率要高，節省成本，提高生產效率（lǜ）。

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