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1、经济型数控车床主轴变速电路的改进设计 汪正东（黄山第一机床厂，245000）摘要：针对床头箱采用机械手柄+电磁离合器+双速电机变速的经济型数控机床，在实际使用中存在的不足之处进行电气线路上的改进设计，并扼要阐述了电路原理及其特点。关键词：双速三相异步电动机；能耗制动；时间继电器；数控系统 中图分类号：TG519 1 文献标识码：B 文章编号：1004-0420(2008)04-0009-02 0 前言 经济型数控车床以其价格低、功能强、效率高、操作简便而深受机床用户的欢迎，成为广大中小机床企业主导产品之一。目前，车床主轴变速的主要型式基本上有：变频电机直接变速、变频电机+机械手柄变速和双速三相
2、异步电动机+机械手柄变速三种。采用变频电机直接变速，其特点为无级变速，调速范围宽，运行平稳，无机械换挡撞击噪音，节能。但低速切削功率小、重载切削能力差，高速恒功率范围窄。而采用变频电机+机械手柄变速型式可弥补上述缺陷，但变频电机和变频器价格相对较高。所以大部分机床制造厂家除用户特殊定货外，一般均采用变极双速或多速三相异步电机+机械手柄变速直接起停主轴。在线路上电机和电磁离合器都采用同时动作控制方式。其特点为控制明了、线路简单、便于检修和排除故障，缺点为电机带主轴直接起动，由于电机固有特性原因，频繁起停主轴，特别是在主轴高速挡位上直接起动电机，使电机起动时间长，起动电流大，易引起保护电路过载热继
3、电器动作，另外由于床头箱齿轮间相互啮合齿轮都存在一定间隙，造成主轴起动运转时齿轮间有较大的撞击噪声，有时甚至损坏齿轮。为解决上述不足之处，本文对采用变极双速“/YY”接法三相异步电动机，床头箱采用三挡机械手柄+二挡电磁离合器自动换挡变速型式机床的电气线路作了改进设计。1 主轴电机电路 图 1 主电机电路图 2 主轴电机控制电路 图 2 主轴电机控制电路 3 数控系统控制线路 图 3 数控系统控制线路图 4 主轴转速挡位开关 S01S04 指令输出与控制电器元件组合关系见表 1。表 1 接口分配表 指令 电器元件 S01 S02 S03 S04 KM3/KM4 +KM5+YC1+YC2 +5 主
4、轴变速型式 三挡机械手柄四级自动变速=12 种有级转速（见表 2）。表 2 主轴变速级表 手动档位 自动档位 L M H S1 n1 n2 n3 S2 n4 n5 n6 S3 n7 n8 n9 S4 n10 n11 n12 6 电气线路原理 在主轴不转动的条件下,扳动床头箱手柄可以选择高、中、低三种挡位。在自动方式或MDI 方式下，用 S01S04 指令直接指定主轴级数 S1、S2、S3、S4，允许在主轴转动的情况下手动或自动变化主轴的级数，但严禁在主轴旋转时变挡（扳动变速机械手柄）。当数控系统在自动方式或 MDI 方式下输入（M03、M04）主轴正转或反转指令后，XS39：7 或 3 输出低
5、电平，使 KA3、KA4 继电器吸合，接通主轴正、反转交流接触器 KM1、KM2，对主轴实现正、反转控制。当数控系统通过 S01S04 指令输出控制主轴开关量 S1S4（对应主轴自动挡位），其各级转速控制如下：自动挡位 S1：X39：5 输出低电平，使 KA1 继电器吸合。主轴电机低速控制回路 KM5交流接触器吸合，主轴电机“”运转，KM5 附加触头 KT2 延时吸合，床头箱低速电磁离合器 YC1 接通，主轴在机械变速手柄对应的挡位上可获 n1，n2，n3 三挡不同转速。自动挡位 S2：XS39：1 输出低电平，使 KA2 继电器吸合。主轴电机高速控制回路 KM3，KM4 交流接触器吸合，主轴
6、电机“YY”运转，KM3 附加触头 KT1 延时吸合，床头箱低速离合器 YC1 接通，主轴在机械变速手柄对应的挡位上可获得 n4，n5，n6 三挡不同转速。自动挡位 S3：XS39：14 输出低电平，使 KA11 继电器吸合，接通主轴电机低速控制电路 KM5 交流接触器，主轴电机“”运转，KM5 附加触头 KT2 延时吸合，床头箱高速电磁离合器 YC2 吸合，主轴在机械变速手柄对应的挡位上可获得 n7，n8，n9 三挡不同转速。自动挡位 S4：X39：8 输出低电平，使 KA12 继电器吸合，接通主轴电机高速控制回路KM3，KM4 交流接触器，主轴电机“YY”运转，KM3 附加触头 KT1 延
7、时吸合，床头箱高速电磁离合器 YC2 吸合，主轴在机械变速手柄对应的挡位上可获得 n10，n11，n12 三挡不同转速。当系统指令 M05 信号输出后，主轴正转 M03，或主轴反转 M04 信号撤消。主轴电机主回路 KM1（或 KM2）失电，系统 XS39：17 输出低电平制动信号，使 KA5 继电器吸合，主轴电机制动交流接触器 KM6 吸合，通过 TC1，VC1 变换后的直流能耗制动电流输入主轴电机使之制动。制动力的强弱可通过调整 TC1 整流变压器次级抽头，改变直流输出电压配合调整主轴制动输出时间 089#参数来实现。因主轴停车时，系统主轴正反转信号撤消，床头箱离合器脱开，如仅主轴电机接入
8、能耗制动，主轴仍处于自由惯性运转状态，而达不到主轴及时停车目的。为此，在 KT1、KT2并联处再并入主轴制动交流接触器 KM6 的常开触点，使主轴通过电磁离合器 YC1 或 YC2与主轴电机相联，以达到主轴制动之目的。上述电路主要是通过对主轴电机控制电路与 S01S04 指令信号的合理组合，并在 KM3和 KM5 上仅须增加两只附加延时触头，并适当调整其延时值，待电机空载起动后，电磁离合器再吸合带动主轴运转，即可解决原先电路设计上的不足之处。7 结束语 经安装调试后检测，主电机起动电流明显减少，主轴起停平稳，无齿轮啮合撞击噪音。控制电路也更趋于完整、合理。参考文献：1潘成林.实用中小型电机手册M.上海:上海科技出版社,2007.2王振民.三相异步电动机的制动M.北京:机械工业出版社,1996.3广州数控设备有限公司.GSK980TD 车床 CNC 使用手册Z.4沈阳第一机床厂.CAK6140P 系列数控车床使用说明书Z.