立式车床的电气控制与机械部分电气的设计
2020-5-26 来源： 沈机（上海）智能系统研发设计有限公司 作者：徐广乐，赵志宏
摘要：在机械加工中，经济型设备越来越受到人们的欢迎，一些客户采购的都是小型专用机床，但是市场怎样改变，对车床的需求是不会改变的，可以说车床是机加工基础设备，而立式车床的应用备受客户的喜欢，加工精度和加工范围都能满足客户的需求，同时机床本身结构和经济性非常好，立式车床的这些优点，除了机床本身的原因，第一个原因就是机床的控制系统比较完善，机械部分电气设计已经成型，能保证机床在加工中的运作平稳。
关键词：电气控制设计；机械部分电气设计
1、 电气控制设计
立式车床的机床结构和外形够比较小，从经济的角度出发，机床的伺服系统采用开环系统，如图 1。
图 1 开环伺服系统示意图
这个伺服系统主要的位置是机床的步进电机和驱动电路，操作指令发出后，驱动电路对电机进行控制，电动机带动传动机构，最终实现机床的切削，由于机床的机构紧凑，所以工作台的位移比较小，这样产生的误差会小一些，不需要位置检测装置也可以，采用开环伺服系统就是这个原因，简单便于维修，制造成本低。
步进电机在机床中是最重要的，没有它机床是不可能运动的，它的另一个名称叫脉冲电机，它是将脉冲信号转换成线位移或角位移的电动机，立式车床的电动机可以采用三相六拍的反应式电动机，驱动原理如图 2。
图 2 步进电机驱动原理图
电动机的旋转是在各绕组按照一定的顺序进行节拍通电实现的，所以驱动原理是驱动控制系统产生信号，经过脉冲分配器、光隔离电路，在经过功率放大器，最终实现电动机的转动。
驱动电路也是非常重要的，一般包含单电源驱动电路和高低压双电源驱动电路以及恒流驱动电路，这些驱动电路的控制原理都不同，立式车床驱动电路采用高低压双电源驱动电路，原因是驱动电流波形上升快，这样就会使电动机的力矩和运行频率得到改善，同时电路简单，经济实用。在控制电路中还需要有一些辅助电路对立式车床的运转进行监控，例如复位电路（如图 3）、报警电路，这些都是在操作人员在操作时候的警示。
图 3 复位电路
复位电路一般是在外电路中的，通常是以单片机作为基础，采用自动复位的方式和操作人员按钮复位的方式，电路图中只需要保持RESET保持10ms以上高电平，就可以实现复位。报警装置的使用位置有很多，机床的工作台的限位就是一种，机床在加工时候，工作台的移动不能出现越位现象，防止对工件损伤，所以对工作台的最大位移方向做限处理，可以添加声控报警，也可以添加指示灯报警。
2 、机械部分电气设计
机床的主体是机械部分，对于它的设计可以从很多方面出发，主轴的控制，工作台的快速控制等，这些都离不开步进电动机，对于电动机的选择，需要进行传动比计算，计算公式如下。
式中：i—传动比；
θ—步进电机步距角；
δ—脉冲当量；
L—滚珠丝杠导程。
对立式车床主轴的驱动是具有一定的要求的，要保证机床主轴的选择速度，同时还要控制选择精度，保证高效性，采用直流驱动方式驱动主轴，特点如下：
（1）调速范围广，采用直流驱动方式只需要设置高、低两级速度的机械变速机构，这样就可以实现无级变速；
（2）驱动系统采用的是全封闭结构，可以避免机床在工作时候的切削影响；
（3）电动机的冷却系统突出，能够将转子产生的热量排放出去，减小发动机的发热，减小电动机功率的损耗，提高效率；
（4）直流主轴驱动主回路采用的是晶闸三相全波整流，可以实现四象限的运行；
（5）采用直流驱动方式对主轴的控制性能好；
对于机床的进给运动的控制采用直流伺服电动机，它的本质也就是励式直流电动机，控制方式有两种，一种是电枢控制方式，另一种为磁场控制方式。
3、 结语
对于我国制造业，机床的占有量是世界上最大的，普通机床的使用是最广泛的，因为数控机床的价格昂贵，一般加工企业难以承担。立式车床的设计，在零部件的设计中本着经济使用的原则，电气控制系统要求控制精确，稳定，控制速度要快，控制元件要单一，利于率和通用率要高，节省成本，提高生产效率。
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