五軸數(shù)控加工中心電氣控制原理的分析與研究

景歡+孫忠雨

摘 要：在我國(guó)國(guó)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展非常迅速，機(jī)床也向著更高的層次發(fā)展，加工范圍也在不斷擴(kuò)大，加工精度也隨之提升，對(duì)于機(jī)床電氣控制系統(tǒng)方面的要求也變得非常嚴(yán)格、高標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)床的種類(lèi)和用途也變得多元化，五軸數(shù)控加工中心也開(kāi)始涉及，避免了國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我們的限制，而在五軸數(shù)控加工中心結(jié)構(gòu)中，五軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及主軸控制系統(tǒng)是重要的研究對(duì)象，是技術(shù)人員不斷完善和提高的環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)；電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制；主軸控制系統(tǒng)

1 五軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)

五軸數(shù)控加工中心的特點(diǎn)就是具有自動(dòng)交換刀具的功能，同時(shí)機(jī)床本身加工范圍變廣，實(shí)現(xiàn)對(duì)異性零件的加工，主軸可以實(shí)現(xiàn)多角度，多形式的加工，如圖1。

而對(duì)于五軸數(shù)控加工中心實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)，是通過(guò)電氣控制系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)控機(jī)床CNC控制系統(tǒng)，控制五軸之間的加工，在同主軸上的檢測(cè)元件，通過(guò)控制線路圖反饋回來(lái)，最終實(shí)現(xiàn)零件加工。

2 電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制

對(duì)于機(jī)床電動(dòng)機(jī)的選擇有兩種，一種是直流電動(dòng)機(jī)，另一種是交流電動(dòng)機(jī)，這兩種電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。

對(duì)于這種五軸數(shù)控加工中心來(lái)說(shuō)，機(jī)床要實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，同時(shí)主軸還要實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，同時(shí)機(jī)床的切削效率還要得到保證，主軸的正、反轉(zhuǎn)需要迅速實(shí)現(xiàn)，所以實(shí)現(xiàn)這種控制一般采用可逆調(diào)速系統(tǒng)，如圖3。

在主電路中，有12只晶閘管組成，在簡(jiǎn)化電路圖中，它們分出V1、V2，每組按照三相橋式連接的方法連接成交流橋，這兩組交流橋在通過(guò)反極性并聯(lián)，通過(guò)交流電供電，最終實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制。

3 主軸控制系統(tǒng)

主軸電動(dòng)機(jī)采用交流主軸電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)是一種具有籠式轉(zhuǎn)子的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)價(jià)格便宜，過(guò)載能力強(qiáng)，同時(shí)后期的維護(hù)保養(yǎng)方便，而采用交流驅(qū)動(dòng)主軸，在某一時(shí)間內(nèi)扭矩恒定狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速的提升，功率變大，見(jiàn)圖4。

交流主軸驅(qū)動(dòng)的工作原理為CNC發(fā)出轉(zhuǎn)速指令和測(cè)速信號(hào)后，比較器將兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)生機(jī)床轉(zhuǎn)速信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過(guò)比例積分調(diào)節(jié)器進(jìn)行放大，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩指令，轉(zhuǎn)矩指令再經(jīng)過(guò)絕對(duì)值回路轉(zhuǎn)化成為單極性信號(hào)，通過(guò)發(fā)生器和轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)換成為轉(zhuǎn)矩脈沖信號(hào)，再經(jīng)過(guò)微處理器和四倍頻回路輸出的反饋脈沖進(jìn)行運(yùn)算，預(yù)先存儲(chǔ)在微處理器內(nèi)的信號(hào)給出副值和相位信號(hào)，再產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)定子信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)自主研發(fā)五軸數(shù)控加工中心，通過(guò)現(xiàn)在的研發(fā)技術(shù)，在通過(guò)國(guó)外的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)采用有限元分析計(jì)算，將五軸數(shù)控加工中心的硬件設(shè)施完善，底座、工作臺(tái)等基礎(chǔ)件的動(dòng)力學(xué)分析，機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的原理與控制系統(tǒng)需要不斷的去更新和注入新元素，通過(guò)設(shè)計(jì)者們不斷的努力，已經(jīng)將我國(guó)國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)推向高精密、高性能的領(lǐng)域。

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