用恒线速切削原理控制卡盘车床

辛凤

卡盘是车床的重要功能部件，根据被加工工件的工艺要求，卡盘的结构与尺寸大小都需要专门设计。卡盘车床就是为了加工工件直径为2000mm的卡盘而设计研发的，加工精度要求在6级左右，且加工工件表面粗糙度一致，因此采用恒线速（CSS）切削功能来控制此机床。

1.恒线速切削功能

恒线速（CSS）切削是指在切削工件内/外圆时，动态连续改变主轴转速，使得工件表面线速度保持一致，达到恒速切削效果，从而保证工件表面粗糙度一致。如右图所示，假设初始切削点在A点，初始线速度为，   则

（米/分）

（为初始角速度）

当加工到B点时，线速度为

（米/分）

根据公式可知如果主轴转速不变，线速度会随着加工工件半径的减小而减小，为了保持输入时的切削线速度，则必须增大主轴的转速。数显表正是根据半径的变化动态实时输出对应的模拟量来控制直流主轴调速器上的模拟量输入值改变主轴转速，以保证切削线速度的一致。恒速切削加工工件时， 由于线速度恒定，所以越接近圆心半径越小，但为保证安全及电机控制机构输出功能的限制，转速是不能无限制上升的，需要设定一个最高转速度，大于该转速就以该转速运动。

2.恒线速控制原理

卡盘车床的恒线速切削功能控制的上位机选用NEWALL.UK的E70-CSS数显表，此数显表带有恒线速切削功能。此台设备的主轴最低转速要求为12.5r/min，因此选用直流电机来控制主轴，因为直流电机在低速时能输出大扭矩，再由ETD 790直流调速器来控制主电机，就能够均匀平滑地调节速度。主轴转速由主轴端光电传感器感应主轴端的码盘来计数，数值由转数计读出，光电传感器还作为恒速控制器的编码器输入元件。

电位计上面有个开关量，当电位计开关量由闭点断开时，加工工件时就为恒速加工了。恒速切削控制器信号接口与原理控制线路如图所示。

恒速切削控制器在工作前需要设定车床的最高转速和实际恒速加工速度。这可以通过车床上的可调电位器来手动调节车床主轴转速，让控制器测量两种设定时的电位器电压获得两种速度值，并分别记录下此时X轴向的半径值。加工时，控制器根据X轴向球栅尺上的传感器获得此向的实际半径值，通过转速计获得主轴转速，再通过对比设定恒速加工时的半径值获得一个实际输出电压（此电压为0～10V）来控制直流主轴调速器，从而获得恒速加工。当计算出的实际需要加工速度高于设定的最高转速时，控制器会以最高转速值作为输出。

虽然世界在向数字化发展，但模拟控制是永远取代不了的，特别是对于大型加工设备来说，例如龙门铣床，用直流电机来驱动工作台进给，能在较宽的范围内平滑地调节速度。对于加工大型卡盘端面的卡盘车床来说，这种控制原理既合理又经济。以上只是简单介绍一下恒线速切削原理以及在实际生产中的应用与控制，恒线速切削功能的控制在数控系统中的应用相对简单一些。

参考文献：

[1]鲁远栋.《机床电气控制技术》北京：电子工业出版社，2007

[2]鞠传贤等.《工厂常用设备电气控制》.四川人民出版社，1982