用恒線速切削原理控制卡盤車床

辛鳳

卡盤是車床的重要功能部件，根據被加工工件的工藝要求，卡盤的結構與尺寸大小都需要專門設計。卡盤車床就是為了加工工件直徑為2000mm的卡盤而設計研發的，加工精度要求在6級左右，且加工工件表面粗糙度一致，因此采用恒線速（CSS）切削功能來控制此機床。

1.恒線速切削功能

恒線速（CSS）切削是指在切削工件內/外圓時，動態連續改變主軸轉速，使得工件表面線速度保持一致，達到恒速切削效果，從而保證工件表面粗糙度一致。如右圖所示，假設初始切削點在A點，初始線速度為，???則

（米/分）

（為初始角速度）

當加工到B點時，線速度為

（米/分）

根據公式可知如果主軸轉速不變，線速度會隨著加工工件半徑的減小而減小，為了保持輸入時的切削線速度，則必須增大主軸的轉速。數顯表正是根據半徑的變化動態實時輸出對應的模擬量來控制直流主軸調速器上的模擬量輸入值改變主軸轉速，以保證切削線速度的一致。恒速切削加工工件時，?由于線速度恒定，所以越接近圓心半徑越小，但為保證安全及電機控制機構輸出功能的限制，轉速是不能無限制上升的，需要設定一個最高轉速度，大于該轉速就以該轉速運動。

2.恒線速控制原理

卡盤車床的恒線速切削功能控制的上位機選用NEWALL.UK的E70-CSS數顯表，此數顯表帶有恒線速切削功能。此臺設備的主軸最低轉速要求為12.5r/min，因此選用直流電機來控制主軸，因為直流電機在低速時能輸出大扭矩，再由ETD?790直流調速器來控制主電機，就能夠均勻平滑地調節速度。主軸轉速由主軸端光電傳感器感應主軸端的碼盤來計數，數值由轉數計讀出，光電傳感器還作為恒速控制器的編碼器輸入元件。

電位計上面有個開關量，當電位計開關量由閉點斷開時，加工工件時就為恒速加工了。恒速切削控制器信號接口與原理控制線路如圖所示。

恒速切削控制器在工作前需要設定車床的最高轉速和實際恒速加工速度。這可以通過車床上的可調電位器來手動調節車床主軸轉速，讓控制器測量兩種設定時的電位器電壓獲得兩種速度值，并分別記錄下此時X軸向的半徑值。加工時，控制器根據X軸向球柵尺上的傳感器獲得此向的實際半徑值，通過轉速計獲得主軸轉速，再通過對比設定恒速加工時的半徑值獲得一個實際輸出電壓（此電壓為0～10V）來控制直流主軸調速器，從而獲得恒速加工。當計算出的實際需要加工速度高于設定的最高轉速時，控制器會以最高轉速值作為輸出。

雖然世界在向數字化發展，但模擬控制是永遠取代不了的，特別是對于大型加工設備來說，例如龍門銑床，用直流電機來驅動工作臺進給，能在較寬的范圍內平滑地調節速度。對于加工大型卡盤端面的卡盤車床來說，這種控制原理既合理又經濟。以上只是簡單介紹一下恒線速切削原理以及在實際生產中的應用與控制，恒線速切削功能的控制在數控系統中的應用相對簡單一些。

參考文獻：

[1]魯遠棟.《機床電氣控制技術》北京：電子工業出版社，2007

[2]鞠傳賢等.《工廠常用設備電氣控制》.四川人民出版社，1982