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立式車床的電氣控製（zhì）與機械部分電氣（qì）的（de）設計

2020-5-26 來源：沈機（上海）智能係統研發設計有（yǒu）限公司作者：徐廣樂，趙誌宏

摘要：在機械加工（gōng）中，經濟型設備越來越受到人們的歡迎，一些客戶采購的（de）都是小型專用（yòng）機床，但是市場怎樣改變，對車床的需求是不（bú）會（huì）改變的，可以說車床是機加工基礎設備，而立式車床的應用（yòng）備（bèi）受客戶的喜歡，加工精度和加工範圍都能滿足客戶的需求，同時（shí）機床本身結構和經濟性非常好，立式車床的這些優點，除了機床（chuáng）本身的原因，第一個原因就是機床的控製（zhì）係統比較完善，機械部分電氣設計已經成（chéng）型（xíng），能保證機床在加工中的運作平穩。

關鍵詞：電氣控製設計；機械部分電氣設計

1、電（diàn）氣控製設計

立式（shì）車（chē）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 1。

圖 1 開環（huán）伺服係（xì）統示意圖

這個伺服係統主（zhǔ）要的位置是機床的（de）步進電（diàn）機和驅動電路，操作指令發出後（hòu），驅動電路對電機進行控製，電動機帶動傳動機構，最終實現機床的切削，由於機床的機（jī）構緊湊，所以工作台的位移比較小，這樣產生的誤差會小一些（xiē），不需要（yào）位（wèi）置檢測裝（zhuāng）置也可以，采用開環伺服係統（tǒng）就是這個原因，簡單便於維修，製造成本低。

步進電機在機床（chuáng）中是最重要（yào）的，沒有它機床是不可能運動的，它的另一個名稱叫脈衝電機，它是將脈衝信號（hào）轉換成（chéng）線位移或角（jiǎo）位（wèi）移的電動機，立（lì）式車床的電動機可以采用三相六拍的反應式電動機，驅動原理如圖 2。

圖 2 步進電機驅動原理圖

電動機的旋（xuán）轉是在各繞組按照一（yī）定的順序進行節（jiē）拍通電實現的，所以（yǐ）驅動原（yuán）理（lǐ）是驅動控製係統產生信號（hào），經過脈衝分配器、光（guāng）隔離電路，在經過功率放大器，最終實現電動機的轉（zhuǎn）動。

驅動電路也是非常重（chóng）要的，一般包含單電源驅動電路和高低壓雙電源驅動電路以及恒流（liú）驅動電路，這些驅動電路的控製原理都不同，立式車床（chuáng）驅動電（diàn）路采用高低壓雙電源驅動電（diàn）路，原因是驅動電流（liú）波形上升快，這樣就會使電動機的力矩和運行頻率得（dé）到改善，同時電路簡單（dān），經濟（jì）實用。在控製電路（lù）中還需要有一些（xiē）輔（fǔ）助電路對立式（shì）車床的運轉進行監控，例如複位電路（如圖 3）、報警電路，這些都是在操作人員在操作時候的警示。

圖 3 複位電路

複（fù）位電路一般是在外電路中的，通常是以單片機作為基礎（chǔ），采用（yòng）自動複位的方式和操作（zuò）人員按鈕複位的方式，電路圖中隻需要保持RESET保持10ms以上高電平，就可以實現複位。報警裝置的使用位置有很多，機（jī）床（chuáng）的工作台（tái）的限位就是一種，機床在加工時候，工作台的移動不能（néng）出現（xiàn）越位現象，防止對工件損傷，所以對工作台的最（zuì）大位移方向做限（xiàn）處理，可以添加聲控報警，也可以添加指示燈報（bào）警。

2 、機械部分（fèn）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（fāng）麵出發，主軸的控製，工作（zuò）台的快速控製等，這些都（dōu）離不開步進電動機，對於電動機（jī）的選擇，需要進行傳動（dòng）比計算，計算公式如下。

式中：i—傳動比（bǐ）；

θ—步進電機步距角；

δ—脈（mò）衝當量；

L—滾珠絲杠導程。

對立（lì）式車床主軸的驅動是具有一定的要求的，要保證機（jī）床主軸的選擇速度，同時還要控製選擇精度，保證高效性，采用直流驅動方式驅動主軸，特點如下（xià）：

（1）調速（sù）範圍廣（guǎng），采用直（zhí）流驅動方式隻需要設置高、低（dī）兩級（jí）速度的（de）機械變（biàn）速機構，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（de）冷卻係統突出，能夠將（jiāng）轉（zhuǎn）子產生的（de）熱量排放（fàng）出去，減小發動機的發熱，減小電動機功率的損耗，提高效率；

（4）直流主軸驅動主回路采用的是晶閘三相全（quán）波整流，可（kě）以實（shí）現四象限的運行；

（5）采用直流驅動方式對主（zhǔ）軸的控製性能好；

對於機床的進（jìn）給運動的控（kòng）製采用（yòng）直流伺服電動（dòng）機，它的（de）本質也就（jiù）是勵式直流電動（dòng）機（jī），控（kòng）製方式有兩種，一（yī）種是（shì）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，機床的占有量是世界上最大的，普通機床的使用是最廣泛的，因為數控機床的價格昂貴，一般（bān）加（jiā）工企業難以承擔。立式車床的設計，在零部件（jiàn）的設計中（zhōng）本著（zhe）經濟使用（yòng）的原則，電氣控製係統要求控製精確，穩定（dìng），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。

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