立式車床的電氣控制與機械部分電氣的設計
2020-5-26 來源： 沈機（上海）智能系統研發設計有限公司 作者：徐廣樂，趙志宏
摘要：在機械加工中，經濟型設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床，但是市場怎樣改變，對車床的需求是不會改變的，可以說車床是機加工基礎設備，而立式車床的應用備受客戶的喜歡，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，除了機床本身的原因，第一個原因就是機床的控制系統比較完善，機械部分電氣設計已經成型，能保證機床在加工中的運作平穩。
關鍵詞：電氣控制設計；機械部分電氣設計
1、 電氣控制設計
立式車床的機床結構和外形夠比較小，從經濟的角度出發，機床的伺服系統采用開環系統，如圖 1。
圖 1 開環伺服系統示意圖
這個伺服系統主要的位置是機床的步進電機和驅動電路，操作指令發出后，驅動電路對電機進行控制，電動機帶動傳動機構，最終實現機床的切削，由于機床的機構緊湊，所以工作臺的位移比較小，這樣產生的誤差會小一些，不需要位置檢測裝置也可以，采用開環伺服系統就是這個原因，簡單便于維修，制造成本低。
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，它的另一個名稱叫脈沖電機，它是將脈沖信號轉換成線位移或角位移的電動機，立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，所以驅動原理是驅動控制系統產生信號，經過脈沖分配器、光隔離電路，在經過功率放大器，最終實現電動機的轉動。
驅動電路也是非常重要的，一般包含單電源驅動電路和高低壓雙電源驅動電路以及恒流驅動電路，這些驅動電路的控制原理都不同，立式車床驅動電路采用高低壓雙電源驅動電路，原因是驅動電流波形上升快，這樣就會使電動機的力矩和運行頻率得到改善，同時電路簡單，經濟實用。在控制電路中還需要有一些輔助電路對立式車床的運轉進行監控，例如復位電路（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 復位電路
復位電路一般是在外電路中的，通常是以單片機作為基礎，采用自動復位的方式和操作人員按鈕復位的方式，電路圖中只需要保持RESET保持10ms以上高電平，就可以實現復位。報警裝置的使用位置有很多，機床的工作臺的限位就是一種，機床在加工時候，工作臺的移動不能出現越位現象，防止對工件損傷，所以對工作臺的最大位移方向做限處理，可以添加聲控報警，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，對于它的設計可以從很多方面出發，主軸的控制，工作臺的快速控制等，這些都離不開步進電動機，對于電動機的選擇，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—脈沖當量；
L—滾珠絲杠導程。
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，同時還要控制選擇精度，保證高效性，采用直流驅動方式驅動主軸，特點如下：
（1）調速范圍廣，采用直流驅動方式只需要設置高、低兩級速度的機械變速機構，這樣就可以實現無級變速；
（2）驅動系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）電動機的冷卻系統突出，能夠將轉子產生的熱量排放出去，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波整流，可以實現四象限的運行；
（5）采用直流驅動方式對主軸的控制性能好；
對于機床的進給運動的控制采用直流伺服電動機，它的本質也就是勵式直流電動機，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、 結語
對于我國制造業，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，一般加工企業難以承擔。立式車床的設計，在零部件的設計中本著經濟使用的原則，電氣控制系統要求控制精確，穩定，控制速度要快，控制元件要單一，利于率和通用率要高，節省成本，提高生產效率。
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