柏鵬春 岑陽

摘 要： 在金屬加工領(lǐng)域，加工設(shè)備的應(yīng)用非常廣泛，數(shù)控機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)90%以上的加工，但是一些特殊零件的加工需要加工中心來實(shí)現(xiàn)，VMC850E是立式加工中心的其中一種設(shè)備，本文通過立式加工中心介紹，了解加工中心的性能和發(fā)展，研究分析主要電氣元件，最終研究電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)加工中心的控制。

關(guān)鍵詞： 立式加工中心；主要電氣元件；電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.立式加工中心

機(jī)床的發(fā)展可以分為普通機(jī)床，數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是將普通機(jī)床與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的，加工中心是數(shù)控機(jī)床的一種，數(shù)控技術(shù)主要是依托于計(jì)算機(jī)，對(duì)于數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，是整個(gè)機(jī)床運(yùn)行的前提，圖1.1為數(shù)控機(jī)床電氣控制原理圖。

立式加工中心具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）高精度、高速度，加工中心的出現(xiàn)本身就是由于產(chǎn)品和零件的特殊，它可以實(shí)現(xiàn)精度和速度同時(shí)得到滿足；

（2）智能化，加工中心可以實(shí)現(xiàn)加工與監(jiān)控相結(jié)合的功能，通過CNC控制系統(tǒng)，可以針對(duì)于生產(chǎn)中加工環(huán)境和數(shù)據(jù)進(jìn)行自行調(diào)整；

（3）柔性化，加工中心可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全、可靠的無人生產(chǎn)情況，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，無加工零件時(shí)候?qū)崿F(xiàn)自行停車；

（4）多主軸，零件的復(fù)雜程度決定了機(jī)床的主軸個(gè)數(shù)，現(xiàn)在我國(guó)國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的數(shù)控加工設(shè)備是五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，這種機(jī)床就是加工中心的一種；

（5）網(wǎng)絡(luò)化，計(jì)算機(jī)與機(jī)床已經(jīng)結(jié)合，所以機(jī)床的發(fā)展需要向著網(wǎng)絡(luò)化方向進(jìn)程，現(xiàn)在新型加工中心的上市已經(jīng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。

VMC850E立式加工中心是沈陽機(jī)床股份有限公司基于市場(chǎng)需求，獨(dú)立自主研發(fā)的一款經(jīng)濟(jì)型機(jī)床，該機(jī)床的特點(diǎn)就是結(jié)合當(dāng)代加工特點(diǎn)和制造技術(shù)，優(yōu)勢(shì)就是集合銑床、鏜床、鉆床于一體，加工精度可以達(dá)到8μm級(jí)。

2.主要電氣元件

VMC850E 立式加工中心主要電氣元件如下：

（1）低壓斷路器，這種元件是電氣系統(tǒng)中最常見的，是對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)的，也被稱為空氣開關(guān)或者空氣開關(guān)，是非常普遍使用的保護(hù)電器。一般常見的有塑料外殼的空氣開關(guān)和小型的空氣開關(guān)，前一種能承載比較大的電流。

（2）接觸器，該元件常與繼電器聯(lián)合使用，以控制電路的分?jǐn)嗪烷]合。接觸器一般控制電機(jī)，具有較強(qiáng)的負(fù)載能力；

（3）繼電器，這種元件和接觸器相似，一般使用在控制電路中，一些小電流回路，繼電器的種類有很多，可以是壓力、時(shí)間、溫度、速度等等，一般都是根據(jù)設(shè)計(jì)的需求，自行選擇。

（4）變壓器，在電氣控制線路中就需要有變壓器， VMC850E加工中心有一個(gè)獨(dú)立的較大的變壓器，它的作用就是將三相380V的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿?20V的交流電壓。

3.電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

VMC850E 立式加工中心的電氣控制的設(shè)計(jì)需要先分析機(jī)床的加工原理，該機(jī)床的加工是由切屑的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一起完成的，所以電氣控制系統(tǒng)需要控制主運(yùn)動(dòng)，并且速度要合適，同時(shí)還要控制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以得到各種不同的加工表面。

立式加工中心的加工通過刀具和工件的分析，把刀具與工件的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)分割成最小位移量，控制系統(tǒng)中的加工程序會(huì)將一個(gè)個(gè)最小量疊加起來，最終的加工過程是刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過這種運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工零件，如圖3.1。

下圖是通過二維空間的曲線分析立式加工中心的加工過程，假設(shè)加工零件的表面是曲面，也就是圖中的L型曲線，如果加工出這樣的曲線需要將L 分割成一段一段的距離很小直線中L0、L1、L2 ，當(dāng)直線與曲線弧的誤差δ很小時(shí)，在誤差允許的情況下，可認(rèn)為此時(shí)加工的直線就接近了曲線。由數(shù)控系統(tǒng)控制，計(jì)算和分配，通過△ X 和△Y 的合成，不斷控制刀具連續(xù)運(yùn)動(dòng)，從而加工出所需要的曲線。

通過上圖進(jìn)行分析，當(dāng)外部380V強(qiáng)電進(jìn)入設(shè)備的時(shí)候，變壓器TC2進(jìn)行轉(zhuǎn)變，EL1是電氣柜指示燈，斷路器QF10控制電柜點(diǎn)電路，控制電路中接觸器KM1的常開觸點(diǎn)是對(duì)加工中心的控制冷卻電機(jī)進(jìn)行控制。QF2、QF3、QF4 這4個(gè)空開分別用來控制冷卻電機(jī)、排屑電機(jī)和液壓站電機(jī)，接觸器KM2的控制電機(jī)是實(shí)現(xiàn)控制刀具，接觸器KM3的線圈是保護(hù)的作用，當(dāng)失電或者伺服模塊出現(xiàn)故障時(shí)，KM3將不會(huì)閉合，這個(gè)時(shí)候互鎖，線路也不會(huì)得電，最終實(shí)現(xiàn)保護(hù)伺服模塊。QF6、QF7、QF8共3個(gè)空開控制主軸油冷電機(jī)、貫穿刀具冷卻電機(jī)和機(jī)床工作指示燈，并可以保護(hù)其電路的欠壓、過載和短路等。

結(jié)論

本文的設(shè)計(jì)與分析主要是通過對(duì)立式加工中心的自動(dòng)化系統(tǒng)和控制原理為起點(diǎn)，通過繪制立式加工中心的CNC控制系統(tǒng)電氣原理圖，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床軟件、系統(tǒng)調(diào)試與維修、安裝提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，本文的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)加工中心的控制系統(tǒng)、原件選擇、數(shù)控加工中心操作面板，并繪制電氣原理圖，在對(duì)加工中心進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，通過選取合理的元件，控制電氣系統(tǒng)的成本，同時(shí)選取最優(yōu)的元件可以實(shí)現(xiàn)電氣控制的精準(zhǔn)性，從而精準(zhǔn)的控制機(jī)床的加工，確保零件的精度。

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