關于數控機床的電氣控制改進組合式機床電氣控制設計

王 哲，于福來

沈陽機床集團中捷鉆鏜床廠，遼寧沈陽 110142

組合式加工機床由于具有較高的靈敏性，經常用來在工業生產中加工大型工件，比如軋鋼機的大型部件，組合式加工機床的優勢之一是可以靈活的進行移動移位加工，因此組合式加工機床比目前市面上存在的固定機床更加適合加工大型的工件，主要原因是由于越大越沉重的工件加工時越不容易翻轉或移動，因此導致加工效率降低，而是用組合式加工機床可以有效解決上述問題，提供工作效率和工作質量。組合式加工機床的主要部件包括主軸箱、床身導軌以及立柱等構成，而且需要根據實際生產情況，設計組合式加工機床的電氣控制系統，然后進行分析、改進以及完善等工作，以保證組合式加工機床的工作效率。

1 電氣控制柜的設計

在本設計中，組合式加工機床的電氣柜中裝配的電子設備主要包括：LG變頻器（兩個），歐姆龍CQM1H型可編程邏輯控制器（PLC）一個。主軸電機使用18.5kw容量的變頻器進行控制，而主軸箱走刀電機和主軸箱快速電機以及立柱行走電機使用5.5kW容量的變頻器控制。而且在操作站與組合式加工機床的電器柜之間的傳輸方式使用了總線式傳輸方式，并且使用插頭連接手控操作站、床身分線盒和控制柜，因此不但大量的減少了控制電纜的數量，而且方便工作人員進行維護、檢修和移動等工作。電器柜的柜門上分別安裝了電源啟動/停止控制按鈕以及兩個電機轉速顯示表，方便工作人員對主回路電源進行控制。在電器柜的內部，通過空氣開關、變壓器、繼電器以及接觸器等大量電器設備進行多級保護。為了防止PLC被電路故障或其他原因損壞，因此，接觸器需要通過繼電器對PLC進行控制。

2 可編程邏輯控制器（PLC）程序設計

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC），是一種通過進行數字運算實現具體操作的電子系統，是現代工業的核心控制部件。本設計采用可編程邏輯控制器是OMRON（歐姆龍）公司的CQM1H型PLC控制器，可編程邏輯控制器（PLC）在組合式加工機床控制電路中，主要不但需要接收來自限位開關的信號、按鈕控制信號、空氣開關監控信號、電機過載信號、變頻器保護信號等來自外部的信號，還需要接受指示信號、輸入變頻器控制信號以及輸出變頻器控制信號等。因為按鈕控制信號以及指示信號在實際生產中，與組合式加工機床的控制柜距離比較遠，因此本設計對控制柜進行連接控制時，采用了歐姆龍總線鏈接模塊（B7A）實現，并且將操作站模塊通過兩芯電纜或者三芯電纜連接到PLC鏈接模塊。本設計使用OMRON（歐姆龍）公司的CX-programmer軟件實現編程功能，這樣可以方便工作人員或技術人員對所有的點進行實時監控，幫助工作人員準確的了解每個點的運行狀態，以便在實際生產工作中根據情況進行實時調試。

3 組合式加工機床變頻器參數調整

本設計中，組合式加工機床的電器柜里面的需要配置兩臺變頻器，其中一臺變頻器單獨對主軸進行控制，另外一臺變頻器連接接觸器，對主軸箱走刀、速度電機以及立柱行走電機進行控制，LC變頻器根據需要設置分為“功能組1、功能組2、驅動組、輸入＼輸出組（I/O組）、通訊組（選項組）、外部組、應用組”，并且將這七組參數設置成出廠缺省參數設置，并且提供相關功能，方便工作人員根據具體工作需求對部分參數進行更改。

3.1 變頻器基本參數的設置

LG變頻器是組合式數控加工機床電氣控制系統的核心部件，因此變頻器的參數設置將直接影響組合式數控加工機床的工作性能。在對變頻器的基本參數進行設置時，應該首先對電機功率進行設置和選擇，或者參考變頻器的型號對電機功率進行選擇。

3.2 特定功能的應用

組合式加工機床工作臺（立柱）的傳動軸以及主軸箱是不同的傳動軸分別是不同的軸，在實際工作中，為了實現電機可以滿足所選定的軸的工作狀態和需求，因此需要應用第二電機功能參數，根據不同的情況或需求設置相關的參數，實現對所選軸的控制。第二參數功能具體的配置和使用方法如下：工作人員首先任意選擇一個多功能端口，并且設置對應的輸入/輸出參數（I/O參數），將這個設置好的端口保持在激活狀態下，然后進行啟用第二電機功能操作。在對參數進行設置時，具體的參數包括：“第二電機加速時間、第二電機減速時間、第二電機轉折頻率、第二電機V/F方式、第二電機正轉矩補償、第二電機反轉矩補償、電子熱保護等級（一分鐘）、電子熱保護等級（連續）、第二電機額定電機電流”。因為主要由加工軸控制工作臺（立柱）的行走，因此在低速動作階段時，需要較高的轉矩，所以在工作中采用用戶V/F方式進行控制，工作人員可以最大頻率與0的范圍內，對四個點進行設置，根據具體需要設置不同電壓，通常情況下，會將較高輸出電壓設置為第一個點，這樣可以保證較高的輸出轉矩。

4 結論

在本文設計的組合式數控加工機床電氣控制設計中，電氣控制系統中的核心部件是兩臺LG變頻器。因此，這兩臺LG變頻器的具體參數設置和相關參數調整，將對合式數控加工機床的工作效率、加工精度和整體性能產生直接影響。其中一臺LG變頻器主要負責控制三臺電機，這三臺電機分別作用于兩個軸。而且在該設計中，為了讀一不同的電機進行有效的保護，采用了第二電機的相關功能，根據具體情況設置了相應的參數，實現了對不同的電機的進行分別保護的功能。在組合式數控加工機床的工作臺（立柱）控制中，本設計采取的控制方式為用戶V/F控制方式，使組合式數控加工機床在實際生產加工時操作更加方便靈活，可以很好的滿足單位的生產需要。另外，在本設計中的傳輸方式采用了總線式傳輸方式，使用一根10芯的通訊電纜實現控制信號的傳輸，因此大量的減少了連接在電器柜與控制臺之間的電纜數量，這樣可以方便單位根據具體的情況和生產需求移動，不但減少了成本，而且方便工作人員進行調整和維護，有效的提高了組合式數控加工機床的整體工作性能和實用性。通過實驗分析和實際應用反饋，該設計有效的提高了組合式數控加工機床的工作效率，完全達到了設計要求，可以為工作人員和設計人員在以后的組合式數控加工機床電氣控制設計工作中提供參考和幫助。

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