数控车床控制对象的选择及其要求的实现

一、数控车床控制对象的选择

    数控车床系统对车床的控制对象：主轴、进给轴、刀架、润滑及冷却液。

二、数控车床对其各控制对象要求

    数控车床对其各控制对象要求为：
1、主轴——转速在0~1500r/min内实现无级变速，并能实现正、反转，在任意时刻都可以急停，加、减速时间短，并能保证运动过程中车床的稳定性。
2、进给轴——能控制X、Z两轴的动作，最小指令单位为：0.001mm，能使X、Z轴进行高低速的转换以实现快速进给和工进。
3、刀架——能实现四工位的自动换刀和锁紧，电动机控制，换刀必须准确无误。
4、冷却液——能控制冷却液的开、关。
5、润滑——能实现自动润滑。

三、数控车床对各控制对象要求的实现

1、数控车床主轴的实现

   数控车床的主运动通常是旋转运动，无需丝杠或其他直线的装置。随着生产力的不断提高、机床结构的改进、加工范围的扩大，要求机床主轴的速度和功率不断提高；要求主轴的转速范围不断的扩大；要求主轴的恒功率恒转速范围要大，另外还要求数控机床的螺纹切削功能。主轴采用了三相异步电动机进行主轴的驱动，并用DC0~10V单极性的模拟电压通过变频器来进行变速。机床上电后，按下主轴正转按钮，系统向输出接口X7的22号管脚输入一个低电平，使得继电器KA3吸合，进而继电器KA3的常开触点闭合，变频器的S1、SC端口接通使主轴电动机实现正转。按下反转按钮，系统向输出接口X7的9号管脚输入一个低电平，使得继电器KA4吸合，进而继电器KA4的常开触点闭合，同时接口X7的22号管脚变位高电平使KA3的常开触点打开，变频器的S2、SC端口接通使主轴电动机实现反转。主轴电动机的轴上还装有脉冲编码器作为转速和位置的检测元件。

2、数控车床进给轴的实现

   数控车床进给驱动系统包括进给轴的伺服电动机和驱动器。进给运动是根据被加工工件的形状，保持工件与刀具的相对位置。进给运动驱动动力源的功率要求较小，为了保证生成被加工工件所需要的型线和一定的加工精度，进给轴采用了半闭环系统的伺服电动机来进行控制，在交流伺服电动机的半闭环系统中驱动器接收到系统发出的位置指令，驱动电机动作位置反馈系统将其与机床上位置检测元件测得的实际位置相比较，经过调节，输出相应的位置和速度控制信号，控制各轴伺服系统驱动机床的轴运动，使刀具完成相对工件的正确运动，加工出要求的工件轮廓。数控机床进给系统是由伺服电动机通过齿轮传至滚珠丝杠带动刀架做直线运动。

3、数控车床自动换刀的实现

   刀架的自动换刀用单相电机控制。数控的自动换刀系统是机床的一个重要的组成部分。刀架为四工位分别为：1号位、2号位、3号位、4号位、每个工位对应一个刀位到位信号。当系统发出换刀信号后,数控系统向刀架接口X4的1号管脚输入一个低电平，使得继电器KA1得电吸合，其常开触点KA1闭合，常闭触点KA1打开,刀架正转控制接触器ＫＭ2接通110Ｖ交流电源,ＫＭ2吸合,换刀电机通入电后正向旋转,驱动蜗杆减速机构,螺杆升降机构使上刀体上升。当上刀体上升到一定高度时,离合转盘起作用,带动上刀体旋转。刀架上端的发信盘对应每个刀位都安装一个霍尔元件SQ9、SQ10、SQ11、SQ12，当上刀体旋转到某一刀位时,该刀位上的霍尔元件与刀架上的磁钢感应向系统反馈刀位信号，数控系统将反馈的刀位信号与指令输入的刀位信号进行比较，当两信号相同时，说明上刀体已旋到所选刀位,否则继续旋转。转到所选刀号后,数控系统立即向接口X4的1号管脚输入一个高电平使KA1断开进而使得刀架停止旋转，并向接口X4的9号管脚输入一个低电平，使得KA2得电吸合，其常开触点KA2闭合，常闭触点KA2打开,刀架反转控制接触器ＫＭ3接通110Ｖ交流电源,ＫＭ3吸合,换刀电机通入电后反向旋转,在活动销的反靠作用下，蜗杆带动上刀体下降，直至齿轮盘啮合完成精定位。刀架电动机反转锁紧的时间是由数控系统中所存在参数所决定的。