數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的控制電路

劉順起　郎巖梅（哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的控制電路

劉順起郎巖梅
（哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使人類步入了信息化社會(huì)，數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)作為信息技術(shù)在裝備制造領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)裝備制造工業(yè)的自動(dòng)化、智能化和現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)具有重要作用。本文針對(duì)數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的控制電路進(jìn)行分析，為我國(guó)數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展提供資料參考。

數(shù)控；電動(dòng)平臺(tái)；控制電路

數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)就是裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，又被稱作數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制編碼和符號(hào)指令程序的邏輯處理并解讀程序指令，通過數(shù)控裝置放大，指揮數(shù)控機(jī)床各部分按照程序設(shè)計(jì)進(jìn)行加工工作。數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，代表著設(shè)備制造業(yè)步入了數(shù)字化化的時(shí)代，隨著我國(guó)設(shè)備制造業(yè)智能化、自動(dòng)化和現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)正在給我國(guó)機(jī)械制造業(yè)帶來一場(chǎng)前所未有的技術(shù)革命。

1 數(shù)控平臺(tái)控制電路設(shè)計(jì)原則

數(shù)控平臺(tái)控制電路的設(shè)計(jì)，是數(shù)控平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化自動(dòng)控制的前提，如何做好數(shù)控平臺(tái)的控制電路設(shè)計(jì)，不僅是數(shù)控平臺(tái)能夠推廣和發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，而且數(shù)控平臺(tái)控制電路的設(shè)計(jì)還影響著數(shù)控平臺(tái)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率，概括來說，數(shù)控平臺(tái)的控制電路設(shè)計(jì)有如下幾個(gè)原則。

（1）最大限度的實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)和工藝的要求。數(shù)控機(jī)床的機(jī)械與電一體化產(chǎn)品，因此數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的主軸和進(jìn)給軸等伺服控制系統(tǒng)絕大多數(shù)都是機(jī)電式的，數(shù)控平臺(tái)是機(jī)數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化產(chǎn)品，數(shù)控機(jī)床的主軸、進(jìn)給軸伺服控制系統(tǒng)絕大多數(shù)是機(jī)電式的，其輸出都包括含有某種類型的機(jī)械環(huán)節(jié)和元件，它們是控制系統(tǒng)的重要組成部分，其性能直接影響數(shù)控機(jī)床的品質(zhì)。

（2）保證數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)能穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)作為機(jī)電一體化設(shè)備，其結(jié)構(gòu)中不僅包含著傳統(tǒng)機(jī)床的加工系統(tǒng)，還含有一系列由精密的電子元件構(gòu)成的伺服系統(tǒng)。數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)是為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的，因此數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響著設(shè)備的加工效率。由于數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)在工業(yè)生產(chǎn)中工作環(huán)境是比較差的，而且生產(chǎn)環(huán)境中電磁干擾現(xiàn)象也比較嚴(yán)重，因此，在數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的控制電路設(shè)計(jì)時(shí)，一定要保證電路設(shè)計(jì)不僅能夠滿足數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)各設(shè)備和系統(tǒng)的工作需求，還能夠有效的抵御環(huán)境中的電磁干擾，保證數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

（3）便于組織生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)械制造行業(yè)實(shí)現(xiàn)盈利的基礎(chǔ)就是在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下通過各種不同的手段和措施降低生產(chǎn)成本。數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的控制電路設(shè)計(jì)中我們也應(yīng)該時(shí)刻注意遵守這一原則。在進(jìn)行數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的控制電路設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要根據(jù)電動(dòng)平臺(tái)的生產(chǎn)需要進(jìn)行合理的材料選擇。要求盡量選擇性價(jià)比高的材料，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下降低生產(chǎn)成本。為了提高生產(chǎn)效率，我們還需要對(duì)控制電路進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)應(yīng)該以元器件的產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)為前提，并以便于安裝、調(diào)試和維修為目標(biāo)，方便企業(yè)組織生產(chǎn)。

（4）數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)控制電路設(shè)計(jì)的安全原則。數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)控制電路設(shè)計(jì)的安全原則，不僅是對(duì)數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)安全的要求，也是對(duì)數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)在為來運(yùn)行安全的要求。為了滿足數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)控制電路的安全原則，我們首先要在控制電路安裝時(shí)保證安裝質(zhì)量。在控制電路架設(shè)時(shí)，我們還要經(jīng)過進(jìn)一步檢驗(yàn)，確定控制電路設(shè)計(jì)和安裝符合數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求，避免因?yàn)榭刂齐娐吩O(shè)計(jì)安裝質(zhì)量問題導(dǎo)致數(shù)控平臺(tái)投入使用后發(fā)生故障威脅用戶的人身安全。

2 數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的控制電路

（1）數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)主電路的設(shè)計(jì)和安裝。一般來說，數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的主軸電路驅(qū)動(dòng)裝置均采用三相橋式設(shè)計(jì)，并采取反并聯(lián)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)不僅能夠有效的縮短數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的制動(dòng)時(shí)間，還能夠?qū)⒅鬏S旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能傳回電網(wǎng)。邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)是利用邏輯電路，當(dāng)一組晶閘被切斷一組工作時(shí)，由邏輯控制單元自動(dòng)切斷兩組晶閘管之間流通環(huán)流。相比于普通機(jī)械工作平臺(tái)，數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)會(huì)在電流調(diào)節(jié)器輸入端添加一個(gè)邏輯電路來的電壓，實(shí)現(xiàn)反組一開始就是發(fā)電制動(dòng)，避免了反制動(dòng)帶來的電流沖擊，保證了電動(dòng)機(jī)由正轉(zhuǎn)切換為反轉(zhuǎn)過程中，電樞電流正向評(píng)委下降至零再反向的平穩(wěn)上升。當(dāng)主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，晶閘管一個(gè)起到整流器作用，另外一個(gè)座位逆變器，能夠有效的的防治正反兩組晶閘連通導(dǎo)致?lián)p壞。一般來說，數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)邏輯電路需要滿足只允許向一組晶閘提供觸發(fā)脈沖并且當(dāng)工作晶閘斷流后才撤銷其觸發(fā)脈沖，防治逆變顛覆導(dǎo)致故障。當(dāng)原來一組晶閘切斷時(shí)，才能向另一組晶閘提供觸發(fā)脈沖，預(yù)防過大電流的出現(xiàn)。

（2）控制回路。數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的控制回路采用電流反饋和速度反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，外環(huán)是速度環(huán)。一般來說主軸電動(dòng)機(jī)為他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，勵(lì)磁繞組由另一路直流電源供電。雙閉合調(diào)速系統(tǒng)能夠通過模擬電壓信號(hào)與實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋差值，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，避免超調(diào)，保證轉(zhuǎn)速能夠在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。電流環(huán)能夠?qū)ο到y(tǒng)外來一直干擾及時(shí)作出相應(yīng)，保證系統(tǒng)的加速和制度速度，對(duì)主軸的快速啟停和穩(wěn)定運(yùn)行具有重要影響。磁場(chǎng)控制回路能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)壓變速、恒轉(zhuǎn)矩控制并實(shí)現(xiàn)恒功率控制等功能。直流主軸驅(qū)動(dòng)裝置一般具有速度到達(dá)、零速檢測(cè)等輔助信號(hào)輸出，同時(shí)還具有速度反饋消失、速度偏差過大、過載及失磁等多項(xiàng)報(bào)警保護(hù)措施，以確保系統(tǒng)安全可靠工作。

結(jié)語

綜上所述，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，裝備制造業(yè)已經(jīng)逐漸步入了自動(dòng)化、機(jī)械化和智能化，我國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，雖然裝備制造業(yè)近年來得到了較快的發(fā)展，但由于我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步時(shí)間較晚，不僅與國(guó)外數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)技術(shù)差距較大，而且我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的迫切需求。由于進(jìn)口數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)價(jià)格較貴，國(guó)外數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)廠家對(duì)我國(guó)施行嚴(yán)格的技術(shù)壁壘政策，進(jìn)口平臺(tái)的維修和使用都面臨著很大困難。因此我國(guó)裝備制造工業(yè)仍舊以傳統(tǒng)的人力加機(jī)械的制造模式為主，這嚴(yán)重的影響了我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展速度。為了滿足我國(guó)設(shè)備制造工業(yè)對(duì)數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)的迫切需求，對(duì)數(shù)控電動(dòng)平臺(tái)控制電路這一重要技術(shù)的研究和分析，對(duì)我國(guó)數(shù)控機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展具有積極影響。

[1]魯國(guó)軍.數(shù)控車床更新的歷史性技術(shù)研究以及應(yīng)用[J].硅谷，2013（11）.

TM921

A

本論文受國(guó)家重大科學(xué)儀器專項(xiàng)《高端表面形貌測(cè)量系列儀器研究與開發(fā)》資助，項(xiàng)目編號(hào)（2011YQ160013）。