一种自主切屑的机床电气控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种自主切屑的机床电气控制系统，其特征在于：包括频变比控制器、第一变频器、第二变频器、主电机和振动电机，频变比控制器与第一变频器、第二变频器相连接，第一变频器输出端与主电机连接，第二变频器输出端与振动电机连接，频变比控制器的频转比率在0.00-5.00之间无级可调。本实用新型专利技术结合振动钻孔技术和交流变频调速技术，对普通机床进行改造，通过变频器对电机进行直接变速传动，可实现无级平滑调速，减小了大电机启动时对电网的冲击；提高了功率因数，节能效果显著；提高了加工效率和精度；简化了刀具结构，降低对切削液系统的要求，保证加工的稳定性和质量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机床电气控制
，尤其是涉及一种自主切肩的机床电气控制系统。
技术介绍
在难加工材料上加工精密深孔，历来都是机械加工中的难点之一。长期以来，较为普遍的方式为采用钻原扩原铰的工艺。以后虽有枪钻、BTA钻、喷吸钻等深孔加工工具和方法，在加工效率和加工质量上有所进步，但是如断肩、排肩、刀具磨损过快等问题仍然存在。就我国目前所使用的机床来看，主要采用变级多速三相异步电动机和在机床床头箱内用电磁离合器来变换齿轮达到变速的目的，无法实施精度较高的恒线性控制，还不能适应那些要求主轴转速高低跨度大，高，中，低速兼有的零件加工需要。而对于一些采用直流调速拖动的数控机床，虽然可以实现无级调速，但必须经常维护换流电刷，使用成本较高，且电机最高转速受限制。不能满足高精度、高质量、高效率、低消耗的现代化工业生产要求。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种自主切肩的机床电气控制系统，本技术结合振动钻孔技术和交流变频调速技术，对普通机床进行改造，通过变频器对电机进行直接变速传动，可实现无级平滑调速，减小了大电机启动时对电网的冲击；提高了功率因数，节能效果显著；提高了加工效率和精度。这种复合加工技术还能有效地解决深孔加工中的断肩、排肩这一主要问题，因而可简化刀具结构，降低对切削液系统的要求，可相对缩小排肩空间而提高钻杆强度和深孔钻削系统的刚性，保证加工的稳定性和质量。尤其对难加工材料的深孔钻削，效果更为明显，是在难加工材料上进行深孔加工的最有效工艺措施。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是:一种自主切肩的机床电气控制系统，其特征在于:包括频变比控制器、第一变频器、第二变频器、主电机和振动电机，所述频变比控制器与第一变频器、第二变频器相连接，所述第一变频器输出端与主电机连接，所述第二变频器输出端与振动电机连接。上述的一种自主切肩的机床电气控制系统，其特征在于:所述频变比控制器为80196KC单片机。上述的一种自主切肩的机床电气控制系统，其特征在于:所述第一变频器、第二变频器选用通用型V/F控制的KVFC系列通用变频器。上述的一种自主切肩的机床电气控制系统，其特征在于:所述主电机为IlKW的KVFC-4110 电机。上述的一种自主切肩的机床电气控制系统，其特征在于:所述振动电机为1.5KW的KVFC-417电机。上述的一种自主切肩的机床电气控制系统，其特征在于:所述频变比控制器频转比率在0.00-5.00之间无级可调。本技术与现有技术相比具有以下优点:本技术结合振动钻孔技术和交流变频调速技术，对普通机床进行改造，通过变频器对电机进行直接变速传动，可实现无级平滑调速，减小了大电机启动时对电网的冲击；提高了功率因数，节能效果显著；提高了加工效率和精度。这种复合加工技术还能有效地解决深孔加工中的断肩、排肩这一主要问题，因而可简化刀具结构，降低对切削液系统的要求，可相对缩小排肩空间而提高钻杆强度和深孔钻削系统的刚性，保证加工的稳定性和质量。尤其对难加工材料的深孔钻削，效果更为明显，是在难加工材料上进行深孔加工的最有效工艺措施。下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。【附图说明】图1为本技术的控制系统结构示意图；图2为本技术的控制系统工作原理图。【具体实施方式】如图1所示，一种自主切肩的机床电气控制系统，其特征在于:包括频变比控制器1、第一变频器2、第二变频器3、主电机4和振动电机5，所述频变比控制器I与第一变频器2、第二变频器3相连接，所述第一变频器2输出端与主电机4连接，所述第二变频器3输出端与振动电机5连接。振动切削深孔加工也就是通常说的振动钻削，它是把振动切削技术应用于钻孔加工，在传统深孔加工的基础上，给刀具附加一定频率和振幅的有规律振动，刀具一边进给、一边振动的同时完成钻削作业，将使切削厚度产生周期变化，达到控制切削形状和大小的目的，从而有效地解决了深孔加工中的断排肩难题，是改善深孔加工质量，提高加工效率的一种先进的工艺方法。该方法针对加工材料和不同钻孔规格，只要对主轴转速n、进给量S、振动振幅a和频率f进行适当的选择和匹配，既可有效地控制切肩的形状和大小，满足断续切削的要求。理论断肩公式如式(I)所列，即:2a/S>l/Sin(60f/n)*3i (I)式中:η为主轴转速；s为进给量；d为振动振幅为振动频率。根据这一理论，对机床进行振动深孔钻镗床的改造，把先进的振动切削深孔加工技术与交流变频调速技术有效地结合起来，形成一种专用的精密深孔加工系统，解决孔径小于60_、孔深达到4000_、长径比L/D大于70的非回转类零件深孔加工中存在的问题。要采用振动深孔钻削，就需要对深孔钻镗床或者对普通机床进行适当的改造才能得以实现。若对普通车床进行改造，就需要在原车床的基础上增加振动装置、授油器、供油系统、电气控制系统等四大部件。若对深孔钻镗机床进行改造时，则只需增加振动装置和控制系统，其它部位稍作改动即可。其中，电气控制系统是实现振动深孔钻削的核心部件。根据振动切削理论断肩公式，在进给量s和振动振幅a为定值时，要使式(I)成立，必须使振动频率f和主轴转速η保持特定的比例，频转比的控制是整个控制系统的核心，它的性能直接决定着断肩效果和加工过程的平稳性。为了满足振动切削深孔加工的高精度要求，确保加工过程中频转比保持相对稳定，必须采用以主轴电机的转速作为给定量，使振动轴的转速作为反馈量的电动机闭环调速控制系统。一般情况下，调速系统都采用转速、电流双闭环系统，但是通用变频器本身有限流保护，所以采用速度单闭环控制，不但结构简单，而且可取得良好的综合性能指标。本系统采用如图2所示的控制方案，通过测速传感器检测主轴转速η和振动转速f，与事先设定好的速度比率(即频转比参数)k = f/n进行比较，通过PI调节，再将比较的差值转换成PWM电压信号发送给变频器，通过变频器对振动电机转速进行控制，使其跟随主轴电机在不同的切削负荷下转速的变化，从而使f/n维持设定比例k，保证数控车床的加工精度和稳定性。整个控制系统采用80196KC单片机作为频转比控制器以及变频器和交流电机三个重要部分组成，如图1所示。在该系统中，频转比控制器通过检测主轴转速和振动转速，按设定的频率转速比，通过控制交流电机变频调速器的外部电压控制端来调节振动电机速度，从而保证维持设定的频转比值。其中主电机带动一级同步齿形带传动，带动主轴(刀具)旋转，振动电机驱动连杆机构实现主轴(刀具)的轴向振动，当主电机运转时，主轴电机与振动电机均由变频器控制实现主轴转速和振动频率的无级调节，且振动电机与主轴电机之间运转为闭环控制，即通过控制器设定比率控制振动电机频率；振动振幅采用双偏心机构来实现，可根据所选进给量的大小来调节。根据主轴电机最大转速1000r/s的要求，该控制系统频转比率应在0.00-5.00之间无级可调。在电机传动中，为了保持调速时电机的最大转矩不变，该系统必须保持频率和电压之比为常数。变频器的选择，必须根据应用场合及负载特性的具体情况，并从容量、输出电压、输出频率、保护构造、V/F(电压/频率)模式、电网一逆变器的切换、瞬停再启动等诸方面进行综合考虑，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自主切屑的机床电气控制系统，其特征在于：包括频变比控制器(1)、第一变频器(2)、第二变频器(3)、主电机(4)和振动电机(5)，所述频变比控制器(1)与第一变频器(2)、第二变频器(3)相连接，所述第一变频器(2)输出端与主电机(4)连接，所述第二变频器(3)输出端与振动电机(5)连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱霞，王勇，马玲，徐丹燕，
申请(专利权)人：湖北理工学院，
类型：新型
国别省市：湖北;42