机床主轴电气定位的快速垂直控制
专利汇可以提供机床主轴电气定位的快速垂直控制专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且为使机床 主轴 快速电气 定位 (定位也叫做准确停车),在控制过程中采用切断主 电路 电源,利用主轴鼠笼 电动机 转子 的剩磁,在 定子 绕组上产生感应电势,再以定子绕组中接电容器,使转子 磁场 增强,定子感应电势增加,然后再接以 电阻 ,使转子的机械能0.5Jω2很快以 电能 形式大部分消耗在电阻上,由于转速降低, 电压 幅值和 频率 也下降,电容的增磁作用随转速的下降而急剧消失,再以与转速平方成反比的大电容量电容器接入定子回路,使定子电压再升高,转 角 到达确定 位置 时,快速短接三相定子绕组,使剩余的机械能立即消耗在定子绕组的电阻上,转子转速嘎然而止,迅速完成定位控制。，下面是机床主轴电气定位的快速垂直控制专利的具体信息内容。
1、采用先接电容电阻，而后再切断电源。预先给出励磁电流的方法可以省去 定子电压的恢复时间。
2、以大容量的直流电介电容取代难以在市场上买到的大容量交流电容器；交 流正半周和负半周各用一个直流电容器，以负极串联连接，并各反向并联 二极管。再各正向并联晶闸管以控制电容放电。
3、以外接电阻中吸收机械能的方法，先使转速降低，再由低速接入大容量电 容器使之再次升压后采用短接定子实现制动定位的方法，这是第一种方 法。
4、降为低速后，改为有电源的限制电流的单相运转，转角到位时再接入垂直 的第三相，以限流限时的反接制动实现定位，这是方法二。或者以限流的 单相运转维持较低的转速，到位后采用断电停车这是方法之三。
5、调节电阻值，而使之降速不使其制动停车。电容电流应大于电动机的额定 空载电流，所加电阻值越大则降速越不明显，电阻小到一定程度，则转速 会制动停车。
6、三相快速短路器的接线原理：电动机定子接三相桥式整流输入端，直流输 出端接晶闸管，晶闸管导通则为三相短接，其触发条件为：①电动机的电 源接触器释放，常闭触点闭合；②电动机低速，增磁，定位阶段，中间继 电器释放，常闭触点闭合；③定子电压增高到足够值，定位用舌簧继电器 线圈得电，有了定位的磁信号；④主轴转角到位，干簧管得到磁信号导通， 实行定位控制。
7、定位用的舌簧继电器。
平行等距离的两导磁铁板随主轴旋转，舌簧继电器线圈通电，在铁芯上产 生磁场，通过两个气隙传至导磁板上，导磁板转到定位设定点，再通过另 外两气隙把磁场传导到干簧管，干簧管触点闭合触发导通晶闸管或接通接 触器线圈，使定子短接制动定位。
8、在要求定位精度不高的情况下，也可采用接触器使主电机定子短接定位。 但定位的位置要加上适当的提前量。
9、采用晶闸管(可控硅)的三相快速短路器，为防止大电容急剧放电而损坏 晶闸管，可与大容量电容器串联适当的空心电感。它可以使电容电流增加， 但电感量不宜过大而使电容器电压过高而击穿。或因电感过大使主电机转 子非旦不能增磁而会减磁。
10、使转速降为额定值的1/2至1/4时，即增加电容量的极快速短接制动定位控 制。并且定位提前量也要稍大一些。
11、电容增磁，电阻减速，低速再增磁，短接定子实现定位的方法。
金属切削加工的机床，其中有些在加工完毕，停车退刀时，需要主轴准确 停留在一个确定的转角位置，以保证退刀时刀具和加工件不碰撞，如组合机床 中的镗削加工就是如此。否则主轴箱后退时，刀具和加工件要发生碰撞。
目前，此种定位控制在国内大致有二种控制方法，一是机械式的定位方法： 它是在加工完毕时，由一个小电动机把主轴拖动到固定的角度，此方法虽然可 靠，但是机械结构复杂，不能快速定位。另一种是国内用得最多的是在主轴电 动机(都是鼠笼电动机)的定子绕组中串接二级管并倒换相序，使电动机强烈 反接制动，很快降速，最后慢速反转，转至需要的位置，断去电源实现停车定 位。这种方法的缺点是定位控制时的电动机的电流很大，常有烧坏电动机的情 况发生。另外，制动时机械冲击很大，易损坏齿轮，在控制时间上很难在三秒 钟以内完成。
另有一种专利控制方法“机床主轴电气定位的限流垂直控制”也是本人96 年2月15日提出的专利申请，98年7月10日颁发专利证书，专利号ZL96205916.1。 但“限流垂直控制”虽然比“半波反接制动控制”大有改进，但实现时，不够 方便，还不很理想。
因此，积本人三年多的进一步研究，特提出“快速垂直控制”的原理与方 法：
一、运行于电动机状态下的鼠笼电动机在切断电源后的自由停车阶段，转子仍 有剩磁，于是只要转子转动，定子绕组端就有输出电压，一般在额定转速 下线电压不低于2伏。
二、在转子剩磁发电的状态下，定子接三相交流电容器，这样定子绕组中就有 电容电流，由于交流的电容电流在相位上超前电压90°，因此定子电容电流 所产生的磁场与转子剩磁的极性方向是完全一致的，这样就加强了转子剩 磁，只要电容电流足够大，转子的磁场强度完全可以达到额定值，甚至达 到磁饱和程度，这时的剩磁电压就远远地大于2伏了，额定电压是380伏的 电动机，这时的电动机在额定转速下，输出电压不小于220伏。
三、利用转子剩磁，再利用电容增磁，使定子电压增加到较高值，定子绕组再 接以电阻负载，定子绕组中出现的电阻性电流，既不增磁，也不消磁，但 是电磁转矩则必然是阻止继续转动的阻转矩，也就是转动的机械能0.5Jω2 (J是转动惯量，ω是转子角速度)变为电能消耗在电阻回路上(I2R)，如 果机械惯性不很大，电容量适当，电阻值小到适当，电动机能很快制动到 转速为零。
四、由于是定位控制，而不是制动停车。所以我们控制的第一步，是使其减速， 使大部分的机械能量0.5Jω2消耗在外接电阻上，可以使转子速度下降到初 始的1/10左右；第二步：由于转子转速为额定值的1/10，此时定子电压下 降为原来的1/10，定子电压的频率也下降为原来的1/10，所以电容电流就 远远地小于1/10×1/10＝1/100，实际上就根本没有增磁效果，若要使电容 仍能发挥增磁效果，其电容量必须与转速的平方成反比，即转速下降为原 来的1/10，则电容量必须增大一百倍，7.5KW的电动机、三相电容接成三 角形联接，每相电容不能小于1万微法，这只有采取技术措施，以直流电 解电容器来代替交流电容器才能比较方便地实现。
采取措施实现慢速运行，到了确定的转角位置，立即使定子绕组中三相短 接，短接电流的大小取决于定子绕组电压和电阻，这个电流一般很大，使剩余 的机械能立即消耗在定子绕组的电阻上，转子就以极快的速度得到定位控制。
以上两个过程控制时间总共在2秒钟以内，所以称其为“快速垂直控制”。
其优点：
一、线路简单，容易实现：二组三相电容器，一个中间继电器，一个交流接触 器，一个快速三相短路开关，还有电阻等。
定位控制过程中主电路切断了电源。只是机械能与电能的转换，不会使电 机发热，更不会烧毁，既节约电能，电动机又绝对安全。
三、控制快速：即不需要制动停车后再反转，只是转速降到额定值的1/10，实 验中总共在1秒钟内就实现定位。
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