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立（lì）式車床的電氣控製與機械部分電（diàn）氣的設計

2020-5-26 來源：沈機（上（shàng）海（hǎi））智能係統研發設計（jì）有限公司作者：徐廣樂，趙誌宏

摘要：在機械加工中，經濟型設備（bèi）越來越（yuè）受到人們的歡迎，一些客（kè）戶（hù）采購的都是小型專用（yòng）機床，但是市場怎樣（yàng）改變，對（duì）車（chē）床的需（xū）求是不會改（gǎi）變（biàn）的，可以說車床（chuáng）是機加工基礎設備，而立式車床的（de）應用備受客戶的喜歡，加工精度和加工（gōng）範圍都（dōu）能滿足客戶的需求，同時機床本身結構和經濟性非常好，立式車（chē）床（chuáng）的這些優點，除了機床本身的原因，第一個原因就是（shì）機床的控製係統比較完善（shàn），機械部分電氣設計已經成型，能保證機床在加（jiā）工中的運（yùn）作平（píng）穩。

關鍵（jiàn）詞：電氣控製設計；機械部分電氣設計

1、電氣控製設計

立式車床的機床結構和外形（xíng）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 開環伺服係統示意圖

這個伺服係統（tǒng）主要（yào）的位（wèi）置是機床的步進電機和驅動電路（lù），操作指令（lìng）發出後，驅動電（diàn）路（lù）對電機進行控製，電動（dòng）機帶動傳動機構，最終實現（xiàn）機床的切削，由於機床的機構（gòu）緊湊（còu），所以工作台的（de）位移比較小，這樣（yàng）產生（shēng）的誤差會小一些，不（bú）需（xū）要位置檢測（cè）裝置也可以，采用開環伺服係統就是這個原因，簡單（dān）便（biàn）於（yú）維（wéi）修，製造成（chéng）本低。

步（bù）進電（diàn）機在機（jī）床中是最（zuì）重要的，沒有它機床是不可能運動的，它的另一個（gè）名稱叫脈衝電機，它（tā）是將脈衝信號轉換成線位移或角位（wèi）移的電動機，立（lì）式車床（chuáng）的電動機可以（yǐ）采用三相六拍的反應式（shì）電動機，驅（qū）動原理如圖 2。

圖 2 步進電（diàn）機（jī）驅動（dòng）原理圖

電（diàn）動機（jī）的旋轉是在（zài）各繞組按（àn）照一定的順序進行節拍通電實現的，所以（yǐ）驅動原理是驅動控製係統產（chǎn）生信號，經過脈衝分配器、光隔離電路，在經過功率放大器，最終實現電動機的轉動。

驅動電（diàn）路（lù）也是非常重要的，一般包含單電源驅動電路和（hé）高低壓雙電源驅動電路以及（jí）恒（héng）流驅動電路，這些（xiē）驅動電路的控製原理都不同，立式車床驅動（dòng）電路采用高低壓雙電源驅動電路，原（yuán）因是驅動電流波形上（shàng）升快，這樣就會使電動機的力矩和運行頻率得到（dào）改善，同時電路簡單，經濟實用（yòng）。在控製電路（lù）中（zhōng）還（hái）需要有一些（xiē）輔助電路對立式車床（chuáng）的運轉進行監控，例如複位電路（如圖（tú） 3）、報警（jǐng）電路，這些（xiē）都是在操作人員在操作時候的警（jǐng）示。

圖 3 複位電路

複位電路（lù）一般是在外電路中的，通常是（shì）以單（dān）片機作為基礎，采用自動複位的方式和操作人（rén）員按鈕複位的方式，電路圖中隻需（xū）要保（bǎo）持RESET保（bǎo）持10ms以上高電平（píng），就（jiù）可以實現複位。報警（jǐng）裝（zhuāng）置的使用位置有很多，機（jī）床的工作台的（de）限位就是一（yī）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（tái）的最大位移方向做限處理，可（kě）以添加聲控報警（jǐng），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（xiè）部分，對於它的設計可（kě）以（yǐ）從很多方麵出發，主軸的控製，工作台的快速控（kòng）製等，這些都離不開步進電動機，對於電動機的選擇，需要（yào）進行傳動比計算，計算公式如下。

式中：i—傳動比；

θ—步進電機（jī）步距角；

δ—脈衝當量；

L—滾珠絲（sī）杠導程。

對立式車床主軸的驅動是具有一定的要求的，要保證機床主軸的選擇速度，同（tóng）時還要控製選擇精度，保證高（gāo）效性，采用直（zhí）流（liú）驅動方式驅動主軸，特點如下（xià）：

（1）調速（sù）範圍（wéi）廣，采用直流驅動方式隻（zhī）需要設置高、低（dī）兩級速度的機械變速（sù）機構，這樣就（jiù）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（de）切（qiē）削影（yǐng）響；

（3）電動機的冷卻係統突出，能夠將轉（zhuǎn）子產生的熱量排放出去，減小發動機的發熱（rè），減小電動機功率的損耗，提高效率；

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

（5）采用直流驅動方式對主軸的控製性能好；

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

3、結語

對於（yú）我國製造（zào）業，機床的占有量是世界上最（zuì）大的，普通機床的使用是最廣泛（fàn）的，因為數控機床的價格昂（áng）貴，一般加工企業難（nán）以承擔。立式車床的（de）設計，在零部件的設計中本著經（jīng）濟使（shǐ）用的原則，電氣控製係統要求（qiú）控製精確，穩定，控製速度（dù）要快，控製元件要單一，利於（yú）率和通用率要高，節（jiē）省成本，提高生產效率。

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