一種自主切屑的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)床電氣控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在難加工材料上加工精密深孔，歷來(lái)都是機(jī)械加工中的難點(diǎn)之一。長(zhǎng)期以來(lái)，較為普遍的方式為采用鉆原擴(kuò)原鉸的工藝。以后雖有槍鉆、BTA鉆、噴吸鉆等深孔加工工具和方法，在加工效率和加工質(zhì)量上有所進(jìn)步，但是如斷肩、排肩、刀具磨損過(guò)快等問(wèn)題仍然存在。就我國(guó)目前所使用的機(jī)床來(lái)看，主要采用變級(jí)多速三相異步電動(dòng)機(jī)和在機(jī)床床頭箱內(nèi)用電磁離合器來(lái)變換齒輪達(dá)到變速的目的，無(wú)法實(shí)施精度較高的恒線(xiàn)性控制，還不能適應(yīng)那些要求主軸轉(zhuǎn)速高低跨度大，高，中，低速兼有的零件加工需要。而對(duì)于一些采用直流調(diào)速拖動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，雖然可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，但必須經(jīng)常維護(hù)換流電刷，使用成本較高，且電機(jī)最高轉(zhuǎn)速受限制。不能滿(mǎn)足高精度、高質(zhì)量、高效率、低消耗的現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，本實(shí)用新型結(jié)合振動(dòng)鉆孔技術(shù)和交流變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行改造，通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行直接變速傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，減小了大電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；提高了功率因數(shù)，節(jié)能效果顯著；提高了加工效率和精度。這種復(fù)合加工技術(shù)還能有效地解決深孔加工中的斷肩、排肩這一主要問(wèn)題，因而可簡(jiǎn)化刀具結(jié)構(gòu)，降低對(duì)切削液系統(tǒng)的要求，可相對(duì)縮小排肩空間而提高鉆桿強(qiáng)度和深孔鉆削系統(tǒng)的剛性，保證加工的穩(wěn)定性和質(zhì)量。尤其對(duì)難加工材料的深孔鉆削，效果更為明顯，是在難加工材料上進(jìn)行深孔加工的最有效工藝措施。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:包括頻變比控制器、第一變頻器、第二變頻器、主電機(jī)和振動(dòng)電機(jī)，所述頻變比控制器與第一變頻器、第二變頻器相連接，所述第一變頻器輸出端與主電機(jī)連接，所述第二變頻器輸出端與振動(dòng)電機(jī)連接。
[0005]上述的一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述頻變比控制器為80196KC單片機(jī)。
[0006]上述的一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述第一變頻器、第二變頻器選用通用型V/F控制的KVFC系列通用變頻器。
[0007]上述的一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述主電機(jī)為IlKW的KVFC-4110 電機(jī)。
[0008]上述的一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述振動(dòng)電機(jī)為1.5KW的KVFC-417電機(jī)。
[0009]上述的一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述頻變比控制器頻轉(zhuǎn)比率在0.00-5.00之間無(wú)級(jí)可調(diào)。
[0010]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011]本實(shí)用新型結(jié)合振動(dòng)鉆孔技術(shù)和交流變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行改造，通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行直接變速傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，減小了大電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；提高了功率因數(shù)，節(jié)能效果顯著；提高了加工效率和精度。這種復(fù)合加工技術(shù)還能有效地解決深孔加工中的斷肩、排肩這一主要問(wèn)題，因而可簡(jiǎn)化刀具結(jié)構(gòu)，降低對(duì)切削液系統(tǒng)的要求，可相對(duì)縮小排肩空間而提高鉆桿強(qiáng)度和深孔鉆削系統(tǒng)的剛性，保證加工的穩(wěn)定性和質(zhì)量。尤其對(duì)難加工材料的深孔鉆削，效果更為明顯，是在難加工材料上進(jìn)行深孔加工的最有效工藝措施。
[0012]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)工作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:包括頻變比控制器
1、第一變頻器2、第二變頻器3、主電機(jī)4和振動(dòng)電機(jī)5，所述頻變比控制器I與第一變頻器
2、第二變頻器3相連接，所述第一變頻器2輸出端與主電機(jī)4連接，所述第二變頻器3輸出端與振動(dòng)電機(jī)5連接。
[0016]振動(dòng)切削深孔加工也就是通常說(shuō)的振動(dòng)鉆削，它是把振動(dòng)切削技術(shù)應(yīng)用于鉆孔加工，在傳統(tǒng)深孔加工的基礎(chǔ)上，給刀具附加一定頻率和振幅的有規(guī)律振動(dòng)，刀具一邊進(jìn)給、一邊振動(dòng)的同時(shí)完成鉆削作業(yè)，將使切削厚度產(chǎn)生周期變化，達(dá)到控制切削形狀和大小的目的，從而有效地解決了深孔加工中的斷排肩難題，是改善深孔加工質(zhì)量，提高加工效率的一種先進(jìn)的工藝方法。該方法針對(duì)加工材料和不同鉆孔規(guī)格，只要對(duì)主軸轉(zhuǎn)速n、進(jìn)給量S、振動(dòng)振幅a和頻率f進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇和匹配，既可有效地控制切肩的形狀和大小，滿(mǎn)足斷續(xù)切削的要求。理論斷肩公式如式(I)所列，即:2a/S>l/Sin(60f/n)*3i (I)
[0017]式中:η為主軸轉(zhuǎn)速；s為進(jìn)給量；d為振動(dòng)振幅為振動(dòng)頻率。
[0018]根據(jù)這一理論，對(duì)機(jī)床進(jìn)行振動(dòng)深孔鉆鏜床的改造，把先進(jìn)的振動(dòng)切削深孔加工技術(shù)與交流變頻調(diào)速技術(shù)有效地結(jié)合起來(lái)，形成一種專(zhuān)用的精密深孔加工系統(tǒng)，解決孔徑小于60_、孔深達(dá)到4000_、長(zhǎng)徑比L/D大于70的非回轉(zhuǎn)類(lèi)零件深孔加工中存在的問(wèn)題。
[0019]要采用振動(dòng)深孔鉆削，就需要對(duì)深孔鉆鏜床或者對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑觳拍艿靡詫?shí)現(xiàn)。若對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行改造，就需要在原車(chē)床的基礎(chǔ)上增加振動(dòng)裝置、授油器、供油系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等四大部件。若對(duì)深孔鉆鏜機(jī)床進(jìn)行改造時(shí)，則只需增加振動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)，其它部位稍作改動(dòng)即可。其中，電氣控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)振動(dòng)深孔鉆削的核心部件。
[0020]根據(jù)振動(dòng)切削理論斷肩公式，在進(jìn)給量s和振動(dòng)振幅a為定值時(shí)，要使式(I)成立，必須使振動(dòng)頻率f和主軸轉(zhuǎn)速η保持特定的比例，頻轉(zhuǎn)比的控制是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它的性能直接決定著斷肩效果和加工過(guò)程的平穩(wěn)性。為了滿(mǎn)足振動(dòng)切削深孔加工的高精度要求，確保加工過(guò)程中頻轉(zhuǎn)比保持相對(duì)穩(wěn)定，必須采用以主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速作為給定量，使振動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速作為反饋量的電動(dòng)機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)。一般情況下，調(diào)速系統(tǒng)都采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，但是通用變頻器本身有限流保護(hù)，所以采用速度單閉環(huán)控制，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且可取得良好的綜合性能指標(biāo)。
[0021]本系統(tǒng)采用如圖2所示的控制方案，通過(guò)測(cè)速傳感器檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)速η和振動(dòng)轉(zhuǎn)速f，與事先設(shè)定好的速度比率(即頻轉(zhuǎn)比參數(shù))k = f/n進(jìn)行比較，通過(guò)PI調(diào)節(jié)，再將比較的差值轉(zhuǎn)換成PWM電壓信號(hào)發(fā)送給變頻器，通過(guò)變頻器對(duì)振動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使其跟隨主軸電機(jī)在不同的切削負(fù)荷下轉(zhuǎn)速的變化，從而使f/n維持設(shè)定比例k，保證數(shù)控車(chē)床的加工精度和穩(wěn)定性。
[0022]整個(gè)控制系統(tǒng)采用80196KC單片機(jī)作為頻轉(zhuǎn)比控制器以及變頻器和交流電機(jī)三個(gè)重要部分組成，如圖1所示。在該系統(tǒng)中，頻轉(zhuǎn)比控制器通過(guò)檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)速和振動(dòng)轉(zhuǎn)速，按設(shè)定的頻率轉(zhuǎn)速比，通過(guò)控制交流電機(jī)變頻調(diào)速器的外部電壓控制端來(lái)調(diào)節(jié)振動(dòng)電機(jī)速度，從而保證維持設(shè)定的頻轉(zhuǎn)比值。其中主電機(jī)帶動(dòng)一級(jí)同步齒形帶傳動(dòng)，帶動(dòng)主軸(刀具)旋轉(zhuǎn)，振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸(刀具)的軸向振動(dòng)，當(dāng)主電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主軸電機(jī)與振動(dòng)電機(jī)均由變頻器控制實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速和振動(dòng)頻率的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，且振動(dòng)電機(jī)與主軸電機(jī)之間運(yùn)轉(zhuǎn)為閉環(huán)控制，即通過(guò)控制器設(shè)定比率控制振動(dòng)電機(jī)頻率；振動(dòng)振幅采用雙偏心機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)所選進(jìn)給量的大小來(lái)調(diào)節(jié)。
[0023]根據(jù)主軸電機(jī)最大轉(zhuǎn)速1000r/s的要求，該控制系統(tǒng)頻轉(zhuǎn)比率應(yīng)在0.00-5.00之間無(wú)級(jí)可調(diào)。在電機(jī)傳動(dòng)中，為了保持調(diào)速時(shí)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不變，該系統(tǒng)必須保持頻率和電壓之比為常數(shù)。
[0024]變頻器的選擇，必須根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合及負(fù)載特性的具體情況，并從容量、輸出電壓、輸出頻率、保護(hù)構(gòu)造、V/F(電壓/頻率)模式、電網(wǎng)一逆變器的切換、瞬停再啟動(dòng)等諸方面進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)而選擇滿(mǎn)足要求的機(jī)種、機(jī)型。一般通用型V/F控制方式的變頻器，主要考慮輸出功率和電流，選擇必須等于或大于被驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)的功率和電流的變頻器。我們選擇了西安春日電器有限公司的KVFC系列通用變頻器，其中IlkW的主軸電機(jī)選用KVFC-4110 (llkff/400V)，1.5kff 的振動(dòng)電機(jī)選用 KVFC-417 (1.7kff/400V)。
[0025]變頻器設(shè)計(jì)了充分的頻率設(shè)定功能和頻率控制接口。由于我們采用單片機(jī)作為控制器，其工作電壓為5V。因此，使用單片機(jī)輸出0-5V連續(xù)變化的模擬信號(hào)，通過(guò)變頻器VCR端子控制變頻器實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)和振動(dòng)電機(jī)的變頻無(wú)級(jí)調(diào)速。
[0026]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:包括頻變比控制器(1)、第一變頻器(2)、第二變頻器(3)、主電機(jī)(4)和振動(dòng)電機(jī)(5)，所述頻變比控制器(I)與第一變頻器(2)、第二變頻器(3)相連接，所述第一變頻器(2)輸出端與主電機(jī)(4)連接，所述第二變頻器⑶輸出端與振動(dòng)電機(jī)(5)連接。2.按照權(quán)利要求1所述的一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述頻變比控制器(I)為80196KC單片機(jī)。3.按照權(quán)利要求1所述的一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述第一變頻器(2)、第二變頻器(3)選用通用型V/F控制的KVFC系列通用變頻器。4.按照權(quán)利要求1所述的一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述主電機(jī)(4)為 IlKff 的 KVFC-4110 電機(jī)。5.按照權(quán)利要求1所述的一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述振動(dòng)電機(jī)(5)為1.5KW的KVFC-417電機(jī)。6.按照權(quán)利要求1所述的一種自主切肩的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述頻變比控制器(I)頻轉(zhuǎn)比率在0.00-5.00之間無(wú)級(jí)可調(diào)。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種自主切屑的機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，其特征在于：包括頻變比控制器、第一變頻器、第二變頻器、主電機(jī)和振動(dòng)電機(jī)，頻變比控制器與第一變頻器、第二變頻器相連接，第一變頻器輸出端與主電機(jī)連接，第二變頻器輸出端與振動(dòng)電機(jī)連接，頻變比控制器的頻轉(zhuǎn)比率在0.00-5.00之間無(wú)級(jí)可調(diào)。本實(shí)用新型結(jié)合振動(dòng)鉆孔技術(shù)和交流變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行改造，通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行直接變速傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，減小了大電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；提高了功率因數(shù)，節(jié)能效果顯著；提高了加工效率和精度；簡(jiǎn)化了刀具結(jié)構(gòu)，降低對(duì)切削液系統(tǒng)的要求，保證加工的穩(wěn)定性和質(zhì)量。
【IPC分類(lèi)】B23B47/00, B23Q11/00, B23B41/02
【公開(kāi)號(hào)】CN204686555
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520421258
【發(fā)明人】邱霞, 王勇, 馬玲, 徐丹燕
【申請(qǐng)人】湖北理工學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2015年6月17日