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立式車床的電氣控製與機械部分電氣的設計

2020-5-26 來源：沈機（上（shàng）海）智能係統（tǒng）研發（fā）設計有限公司作者：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（rén）們的歡迎，一些客戶采購的都是小型專用機床，但是市場怎（zěn）樣改變，對車床的需求是不會改（gǎi）變的，可以說車床是機加工基礎設備，而立式車床（chuáng）的應用備（bèi）受客戶（hù）的喜歡，加工精度（dù）和加工範圍都能滿足客戶的（de）需（xū）求，同時機床本身結構和經濟（jì）性非常好，立式車床的這些優點，除了機床本身的原因，第一個（gè）原因就是（shì）機床的控製係統比較完善，機械部分電（diàn）氣設計已經成型（xíng），能保證機床在（zài）加工中的運作平穩。

關鍵詞：電（diàn）氣控（kòng）製設計；機（jī）械部分電氣設計

1、電氣控製設（shè）計

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

圖 1 開環伺服係統示意圖

這（zhè）個伺服係統主（zhǔ）要的位置是機床的步進電機和驅動（dòng）電路，操作指令發出後，驅（qū）動電路對電機進行控製（zhì），電動機帶動傳動（dòng）機構，最終實現機床的切削（xuē），由於機床的機構（gòu）緊湊，所以工作台的位（wèi）移比較小，這樣產（chǎn）生的誤差會小一些，不需要（yào）位置檢測（cè）裝置也可以，采用開環伺服係統就是這個原因，簡單便於（yú）維修，製造成本低。

步進（jìn）電機在機床中是最重要的，沒有它機床是不可能運動的，它（tā）的另一（yī）個名稱叫脈衝電機（jī），它是將脈衝信號轉換成線（xiàn）位移或角位移的電動機（jī），立式（shì）車床（chuáng）的電動機可以采用三相六拍的反應式電動機，驅動原理（lǐ）如圖 2。

圖 2 步進電機驅動原理圖

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

驅（qū）動電路也是非常重要的（de），一般包含單電源驅動（dòng）電路和高低壓雙電源（yuán）驅動電路以及恒流驅動電路，這些驅動電路的控製原理都不同，立式車（chē）床驅動電路采用高低壓雙電源驅動電路，原因是驅動電流波（bō）形上升快，這樣就會（huì）使電動（dòng）機（jī）的力（lì）矩和運行頻率得到改善，同時電路簡單，經濟實用。在控製電路中還需要有一（yī）些輔助電路對立式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

複位電路（lù）一般是在外電路中的（de），通常是以單（dān）片機作為基礎，采用自動複位（wèi）的方式和（hé）操（cāo）作人員按鈕複位的方（fāng）式，電路圖中隻需要保持RESET保持10ms以上高電平，就可以實現（xiàn）複位（wèi）。報警裝置的使用位置有很多，機床的工作台的限位就（jiù）是一種，機床在加工時候，工作台的移動不能出現越位現象，防止對工件損傷，所以對工作台的最大位移方向做限處理，可以添加聲控（kòng）報警，也可以（yǐ）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（cóng）很多方麵出發（fā），主軸的控製，工作台的快速控製等，這些都離不開步進電動機，對於電動機的選擇，需要進行傳動比計算，計算公式如下。

式中：i—傳動比；

θ—步進電機步距角；

δ—脈衝（chōng）當量；

L—滾珠絲杠（gàng）導程。

對立式車床主軸的驅（qū）動是具有一定的要求的，要（yào）保證機床（chuáng）主軸的選（xuǎn）擇速度（dù），同時還（hái）要控製選（xuǎn）擇精度，保證高效性，采用直流驅動（dòng）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（shè）置高、低兩級速度的機（jī）械變速機（jī）構，這樣就可以實現無級變速；

（2）驅動係統采用（yòng）的是全封（fēng）閉結構，可以避免機床在工作時（shí）候的切削影響；

（3）電動機的冷卻係統突（tū）出（chū），能夠將轉子產（chǎn）生的熱量排放出去，減小發動機（jī）的發熱，減（jiǎn）小電動機功率的損耗，提（tí）高效率；

（4）直（zhí）流主（zhǔ）軸驅動主回路采用的是晶閘三相全波整流，可以（yǐ）實現四象限的運行；

（5）采用直流驅動方式對（duì）主軸的控製性能好；

對於機（jī）床的進給運動的控製（zhì）采用直流伺服電動機，它的本質也（yě）就是勵式直流電動機，控製方式有兩種，一種是（shì）電樞控（kòng）製方式，另一（yī）種為磁場控製方式。

3、結語

對於我國製造業，機床（chuáng）的占有量是世界上最大的，普通機床的使用是最廣泛的（de），因為數（shù）控機床的價格昂貴，一般（bān）加工企業難以承擔。立（lì）式（shì）車床的設計（jì），在零部件的設計中（zhōng）本著經濟使用的原則（zé），電氣控製係統要求控製（zhì）精確，穩定，控（kòng）製速度要快，控製元件要單一，利於率和通用率要高，節省成（chéng）本，提高生產（chǎn）效率。

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