用恒線速切削原理控制卡盤車床

辛鳳

卡盤是車床的重要功能部件，根據(jù)被加工工件的工藝要求，卡盤的結(jié)構(gòu)與尺寸大小都需要專門設(shè)計?？ūP車床就是為了加工工件直徑為2000mm的卡盤而設(shè)計研發(fā)的，加工精度要求在6級左右，且加工工件表面粗糙度一致，因此采用恒線速（CSS）切削功能來控制此機(jī)床。

1.恒線速切削功能

恒線速（CSS）切削是指在切削工件內(nèi)/外圓時，動態(tài)連續(xù)改變主軸轉(zhuǎn)速，使得工件表面線速度保持一致，達(dá)到恒速切削效果，從而保證工件表面粗糙度一致。如右圖所示，假設(shè)初始切削點(diǎn)在A點(diǎn)，初始線速度為，???則

（米/分）

（為初始角速度）

當(dāng)加工到B點(diǎn)時，線速度為

（米/分）

根據(jù)公式可知如果主軸轉(zhuǎn)速不變，線速度會隨著加工工件半徑的減小而減小，為了保持輸入時的切削線速度，則必須增大主軸的轉(zhuǎn)速。數(shù)顯表正是根據(jù)半徑的變化動態(tài)實(shí)時輸出對應(yīng)的模擬量來控制直流主軸調(diào)速器上的模擬量輸入值改變主軸轉(zhuǎn)速，以保證切削線速度的一致。恒速切削加工工件時，?由于線速度恒定，所以越接近圓心半徑越小，但為保證安全及電機(jī)控制機(jī)構(gòu)輸出功能的限制，轉(zhuǎn)速是不能無限制上升的，需要設(shè)定一個最高轉(zhuǎn)速度，大于該轉(zhuǎn)速就以該轉(zhuǎn)速運(yùn)動。

2.恒線速控制原理

卡盤車床的恒線速切削功能控制的上位機(jī)選用NEWALL.UK的E70-CSS數(shù)顯表，此數(shù)顯表帶有恒線速切削功能。此臺設(shè)備的主軸最低轉(zhuǎn)速要求為12.5r/min，因此選用直流電機(jī)來控制主軸，因為直流電機(jī)在低速時能輸出大扭矩，再由ETD?790直流調(diào)速器來控制主電機(jī)，就能夠均勻平滑地調(diào)節(jié)速度。主軸轉(zhuǎn)速由主軸端光電傳感器感應(yīng)主軸端的碼盤來計數(shù)，數(shù)值由轉(zhuǎn)數(shù)計讀出，光電傳感器還作為恒速控制器的編碼器輸入元件。

電位計上面有個開關(guān)量，當(dāng)電位計開關(guān)量由閉點(diǎn)斷開時，加工工件時就為恒速加工了。恒速切削控制器信號接口與原理控制線路如圖所示。

恒速切削控制器在工作前需要設(shè)定車床的最高轉(zhuǎn)速和實(shí)際恒速加工速度。這可以通過車床上的可調(diào)電位器來手動調(diào)節(jié)車床主軸轉(zhuǎn)速，讓控制器測量兩種設(shè)定時的電位器電壓獲得兩種速度值，并分別記錄下此時X軸向的半徑值。加工時，控制器根據(jù)X軸向球柵尺上的傳感器獲得此向的實(shí)際半徑值，通過轉(zhuǎn)速計獲得主軸轉(zhuǎn)速，再通過對比設(shè)定恒速加工時的半徑值獲得一個實(shí)際輸出電壓（此電壓為0～10V）來控制直流主軸調(diào)速器，從而獲得恒速加工。當(dāng)計算出的實(shí)際需要加工速度高于設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速時，控制器會以最高轉(zhuǎn)速值作為輸出。

雖然世界在向數(shù)字化發(fā)展，但模擬控制是永遠(yuǎn)取代不了的，特別是對于大型加工設(shè)備來說，例如龍門銑床，用直流電機(jī)來驅(qū)動工作臺進(jìn)給，能在較寬的范圍內(nèi)平滑地調(diào)節(jié)速度。對于加工大型卡盤端面的卡盤車床來說，這種控制原理既合理又經(jīng)濟(jì)。以上只是簡單介紹一下恒線速切削原理以及在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用與控制，恒線速切削功能的控制在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用相對簡單一些。

參考文獻(xiàn)：

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