樓京京，黎云漢

(義烏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電信息分院，義烏 322000 )

0 引言

實(shí)訓(xùn)是職業(yè)技能實(shí)際操作的簡(jiǎn)稱，是指在學(xué)校就讀期間，按照教學(xué)大綱及人才培養(yǎng)的目標(biāo)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行職業(yè)技術(shù)的能力訓(xùn)練的教學(xué)過(guò)程。實(shí)訓(xùn)是高職院校教學(xué)的必經(jīng)之路，實(shí)訓(xùn)設(shè)備的先進(jìn)性是衡量教學(xué)條件優(yōu)劣的必要條件之一，因此，教師都希望實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程使用的設(shè)備與工廠企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的設(shè)備一致或相似。但對(duì)于工科專業(yè)，特別是機(jī)電類專業(yè)，涉及的工作崗位面很大，而且設(shè)備價(jià)格高、體積龐大，學(xué)校的經(jīng)費(fèi)及場(chǎng)地有限，在教學(xué)過(guò)程中完全使用與實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備相同的設(shè)備并不現(xiàn)實(shí)。為了克服這一難題，很多設(shè)備廠商及高職院校將生產(chǎn)設(shè)備的被控對(duì)象按一定比例縮小，開發(fā)出半實(shí)物的實(shí)訓(xùn)設(shè)備用于教學(xué)，使學(xué)生能夠更直觀的學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)和技能。如天煌教儀生產(chǎn)的KHS-M1432A型萬(wàn)能外圓磨床電氣技能實(shí)訓(xùn)考核裝置(半實(shí)物)被控對(duì)象參照實(shí)物進(jìn)行縮小，能夠模擬M1432A型萬(wàn)能外圓磨的各種動(dòng)作[1]；上海頂邦生產(chǎn)的DBS-M7120平面磨床電氣技能實(shí)訓(xùn)考核裝置（半實(shí)物）、上海碩博科教有限公司的SBBS-M7120平面磨床電氣技能實(shí)訓(xùn)考核裝置（半實(shí)物）和上海華育教學(xué)設(shè)備公司的HYBS-M7120 平面磨床電氣技能實(shí)訓(xùn)考核裝置（半實(shí)物）均由電源控制部分、機(jī)床電氣控制部分、半仿真機(jī)床實(shí)物部分構(gòu)成，能模擬M7120平面磨床的各種動(dòng)作[2,4]。但能夠模擬MGB1420型磨床的半實(shí)物實(shí)訓(xùn)裝置鮮有研究。

本文參照MGB1420型磨床的基本功能設(shè)計(jì)了一套半實(shí)物磨床實(shí)訓(xùn)設(shè)備工作臺(tái)電氣控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能控制半實(shí)物半自動(dòng)磨床工作臺(tái)自動(dòng)變速直線往返進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、工件的縱向運(yùn)動(dòng)、砂輪的橫向移動(dòng)、砂輪的垂直移動(dòng)以及輔助運(yùn)動(dòng)等相關(guān)動(dòng)作，并能夠設(shè)置30個(gè)相應(yīng)的故障點(diǎn)。設(shè)備可用于機(jī)電類專業(yè)的磨床排故教學(xué)及相應(yīng)的技能考評(píng)。

1 磨床的結(jié)構(gòu)及控制要求

磨床是用磨具或磨料加工工件表面的精密機(jī)床。磨床的種類很多，主要由外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床、刀具刃具磨床和專門化磨床等。本文設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)參照MGB1420型磨床的控制要求。

1.1 主運(yùn)動(dòng)

主運(yùn)動(dòng)是砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。磨削加工一般不要求調(diào)速，因要求砂輪轉(zhuǎn)速高，所以通常采用三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。同時(shí)為提高砂輪主軸的剛度，提高磨削加工精度，一般采用裝入式電機(jī)直接拖動(dòng)，這樣砂輪主軸就是電動(dòng)機(jī)的軸。對(duì)內(nèi)、外圓磨床，磨外圓時(shí)砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和磨內(nèi)圓時(shí)砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，分別由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，而且應(yīng)設(shè)有互鎖環(huán)節(jié)。

1.2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)包括工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、工件的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)、砂輪的橫向運(yùn)動(dòng)和垂直移動(dòng)。

1）工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是內(nèi)、外圓磨削時(shí)，工件相對(duì)砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為滿足不同加工精度對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，工件電動(dòng)機(jī)一般采用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，采用晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。

2）工件的縱向運(yùn)動(dòng)

工件的縱向運(yùn)動(dòng)是工件相對(duì)砂輪的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于磨床的進(jìn)給要求有較寬的調(diào)速范圍，所以磨床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用液壓拖動(dòng)，并通過(guò)控制環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

3）砂輪的橫向移動(dòng)

砂輪的橫向移動(dòng)是橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。

4）砂輪的垂直移動(dòng)

砂輪的垂直移動(dòng)是砂輪切入工件的運(yùn)動(dòng)，其磨削量由人工給定。

1.3 輔助運(yùn)動(dòng)

輔助運(yùn)動(dòng)是指砂輪快速進(jìn)退時(shí)，工作臺(tái)手動(dòng)移動(dòng)及尾座套筒的退回。

2 半實(shí)物磨床實(shí)訓(xùn)設(shè)備控制電路設(shè)計(jì)

根據(jù)以上MGB1420型磨床基本動(dòng)作要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于MGB1420型萬(wàn)能磨床由多臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，即液壓泵電動(dòng)機(jī)M1、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2、外磨電動(dòng)機(jī)M3、變頻發(fā)電機(jī)G的原動(dòng)機(jī)M5、內(nèi)磨電動(dòng)機(jī)M4/M6和工件直流電動(dòng)機(jī)M，其主電路原理圖如圖1所示。

2.1 主電路

1）液壓泵電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM1控制，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2用轉(zhuǎn)換開關(guān)QS2控制。熔斷器FU1作短路保護(hù)，熱繼電器FR1和FR2作過(guò)載保護(hù)。

2）內(nèi)、外磨砂輪電動(dòng)機(jī)由接觸器KM2和插頭XS1控制。熔斷器FU2作短路保護(hù)，熱繼電器FR3作過(guò)載保護(hù)。為了防止內(nèi)、外磨砂輪電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，采用插座互鎖，其電源插座XS1固定在床身上，磨削過(guò)程中，外磨電動(dòng)機(jī)插頭或內(nèi)磨變頻機(jī)組電動(dòng)機(jī)插頭只能有一個(gè)插在此插座上。為了提高內(nèi)磨電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，采用變頻機(jī)組供電，M5為變頻機(jī)組原動(dòng)機(jī)，G為變頻發(fā)電機(jī)，它可以把50Hz的工頻電源提高到150Hz，供內(nèi)磨電動(dòng)機(jī)M4或M6使用。

3）工件無(wú)級(jí)變速直流電動(dòng)機(jī)M由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1（SA1有試、停、開3擋）控制，用晶閘管直流調(diào)速電源對(duì)其供電。

2.2 控制電路

控制電路原理圖如圖2所示。

1）液壓、冷卻泵電動(dòng)機(jī)（M1、M2）控制

接通電源開關(guān)QS1，由控制變壓器TC提供220V控制電源，通過(guò)開關(guān)SA2和接觸器KM1，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓泵電動(dòng)機(jī)M1和冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2的控制。

圖1 主電路電氣原理圖

圖2 控制電路電氣原理圖

2）內(nèi)、外磨砂輪電動(dòng)機(jī)（M4/M6、M3）的控制

接通電源開關(guān)QS1和開關(guān)SA3，通過(guò)接觸器KM2對(duì)內(nèi)、外磨砂輪電動(dòng)機(jī)控制。

3）工件電動(dòng)機(jī)（M）的控制

由晶閘管直流裝置FD提供電動(dòng)機(jī)M所需要的直流電源。220V交流電源由U7、N兩點(diǎn)引入，M的啟動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)及停止由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1控制中間繼電器KA1、KA2來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（1）SA1在“試”擋時(shí)，KA1線圈通電，KA1常開觸點(diǎn)閉合，從電位器RP6引出給定信號(hào)電壓；同時(shí)KA1常閉觸點(diǎn)斷開，切斷制動(dòng)電路，直流電動(dòng)機(jī)M處于低速點(diǎn)動(dòng)狀態(tài)。

（2）SA1在“開”擋時(shí)，KA2線圈通電，KA2常開觸點(diǎn)閉合，從電位器RP1引出給定信號(hào)電壓；同時(shí)KA2常閉觸點(diǎn)斷開，切斷制動(dòng)電路，直流電動(dòng)機(jī)M處于工作狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速（SP為油壓繼電器）。

（3）SA1在“?！睋鯐r(shí)，切斷KA1、KA2線圈回路，其常閉觸點(diǎn)閉合，能耗制動(dòng)電阻R2接入M電樞回路，M被制動(dòng)停車。

4）自動(dòng)循環(huán)磨削控制

通過(guò)微動(dòng)開關(guān)SQ1、SQ2，行程開關(guān)SQ3，轉(zhuǎn)換開關(guān)SA4，時(shí)間繼電器KT和電磁閥YT與油路、機(jī)械方面的配合，實(shí)現(xiàn)磨削自動(dòng)循環(huán)工作。

2.3 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)

晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)中，工件電動(dòng)機(jī)采用它勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，功率為0.55kW，0～2300r/min，通過(guò)改變其電樞電壓實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，其電氣原理圖如3所示。

1）主電路

主電路采用單相橋式半控整流電路，V31、V32和V25、V26采用阻容保護(hù)。V31和V32由脈沖變壓器TA輸出的控制信號(hào)觸發(fā)，最高輸出電壓為190V左右。直流電動(dòng)機(jī)M的勵(lì)磁，由220V交流電源經(jīng)二極管V21～V24整流供給190V左右的直流電壓。

2）控制電路

（1）基本控制環(huán)節(jié)

基本控制環(huán)節(jié)為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，由晶體管V33、V35、V37，單結(jié)晶體管V34，電容器C3和脈沖變壓器TA等組成。V37為一級(jí)放大，V35可視為一個(gè)可變電阻，V34為移相觸發(fā)器，V33為功率放大器。調(diào)速給定信號(hào)由電位器RP1上取得，經(jīng)V37、V35由V34產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，再經(jīng)V33放大后由脈沖變壓器YA輸出，以觸發(fā)晶閘管V31和V32。

（2）輔助控制環(huán)節(jié)

輔助控制環(huán)節(jié)由以下控制環(huán)節(jié)組成。

圖3 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)電路電氣原理圖

電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)：由運(yùn)算放大器AJ、V38、V39、V29和RP2等組成，當(dāng)負(fù)載電流大于額定電流的1.4倍時(shí)，V39飽和導(dǎo)通，輸出截止。

電流正反饋環(huán)節(jié)：由V19、R26組成。

電壓微分負(fù)反饋環(huán)節(jié)：由C16、R37、R27和RP5等組成，以改善電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性，調(diào)節(jié)RP5阻值大小，可以調(diào)節(jié)反饋量的大小，以穩(wěn)定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)：由R29、R39和R38等組成。

積分校正環(huán)節(jié)：由C2、C5、C10和R11等組成。

同步信號(hào)輸入環(huán)節(jié)：由控制變壓器TC1的二次繞組（5V、5V）經(jīng)整流二極管V6、V12和晶體管V36等組成。V36的基極加有通過(guò)R19、V13的正向直流電壓和由變壓器TC1的二次繞組經(jīng)6V、V12整流后的反向直流電壓。在控制電路交流電源電壓過(guò)零的瞬間反向電壓為0時(shí)，V36瞬時(shí)導(dǎo)通旁路電容C3，以消除殘余脈沖電壓。

3）控制電路電源

控制電路電源主要是運(yùn)算放大器和觸發(fā)電路的工作電源。

運(yùn)算放大器AJ電源：由控制變壓器TC1的二次繞組（18V）經(jīng)整流二極管V14～V17整流、穩(wěn)壓、濾波后供給-15V電壓。

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路電源：由控制變壓器TC1的二次繞組（30V）經(jīng)整流二極管V1～V4整流、V27穩(wěn)壓，再經(jīng)V5、C1濾波后供給+20V電壓。

給定信號(hào)電壓和電流截止負(fù)反饋等電路電源：由V9經(jīng)R20、V30穩(wěn)壓后取得+15V電壓，以供給給定信號(hào)電壓和電流截止負(fù)反饋等電路使用。

3 結(jié)束語(yǔ)

論文設(shè)計(jì)了一套半實(shí)物磨床工作臺(tái)電氣控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能控制半實(shí)物半自動(dòng)磨床工作臺(tái)自動(dòng)變速直線往返進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、工件的縱向運(yùn)動(dòng)、砂輪的橫向移動(dòng)、砂輪的垂直移動(dòng)以及輔助運(yùn)動(dòng)等相關(guān)運(yùn)動(dòng)，用于機(jī)電類專業(yè)的機(jī)床排故教學(xué)及維修電工的考評(píng)。

[1] 浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司.KHS-M1432A型 萬(wàn)能外圓磨床電氣技能實(shí)訓(xùn)考核裝置(半實(shí)物) [EB/OL].http://www.tianhuang.cn/products/products_show.aspx?title=zjsxcpxl.

[2] 上海頂邦教育設(shè)備有限公司.平面磨床電氣技能實(shí)訓(xùn)考核裝置（半實(shí)物）[EB/OL]. http://www.aiav.com.cn/jcbsw/DBS-M7120.html.

[3] 上海碩博科教有限公司.SBBS-M7120平面磨床電氣技能實(shí)訓(xùn)考核裝置（半實(shí)物）[EB/OL]. http://www.sobojxyq.com/css/sk3.htm.

[4] 上海華育教學(xué)設(shè)備公司. HYBS-M7120 平面磨床電氣技能實(shí)訓(xùn)考核裝置（半實(shí)物）[EB/OL]. http://www.jd37.com/price/info.asp?id=771362.