談數控機床的電氣控制系統設計

摘 要：隨著社會科技的快速發展，數控機床電氣控制技術也在不斷的改進和完善。文章主要對數控機床的電氣控制系統設計進行了分析。

關鍵詞：數控機床； 電氣控制系統； 設計

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2015）04-173-001

數控系統是數控機床的核心，數控機床電氣控制系統直接影響著整個控制系統的性能。因此應按照電氣控制的原理來進行規范的設計，使得設計出的數控機床的電氣控制系統能夠保證數控機床安全可靠的運行。因此對數控機床的電氣控制系統設計進行分析是非常必要的。

一、控制系統中的硬件電路

控制系統的硬件電路主要包括電源電路、交流主傳動電路、交流進給傳動電路、刀具交換裝置傳動電路等。電源電路在設計時需要根據電氣控制系統的具體要求來進行，通過伺服變壓器輸出的交流電壓來伺服驅動風機及模塊，通過控制變壓器輸出的交流電來帶動接觸器，然后通過直流電壓來供給Z軸制動器及電磁閥。交流主傳動電路是控制系統中非常重要的組成部分，并且對主軸的控制要求較高。其中主軸電機的選型可根據車削功率來進行，其可以通過切削功率PC以及主傳動鏈的總效率？濁來進行估算，即P=PC/？濁0。根據數控機床的規格即可選擇所需要的電動機的型號。對主軸電機的電氣控制系統進行設計時應注意當系統長時間超負荷工作時，會使得電機出現過載或過熱的情況，因此，數控機床會有設定的過熱溫度閾值，超過設定的溫度兩分鐘就會輸出過熱的信號，系統會根據信號發出相應的報警。若出現其他的問題，如電動機內部出現功率失常、轉速不匹配等微小的問題，就會被變頻器檢測到然后發送給CNC系統，并通過相應的報警。若出現短路、斷電等外部因素，則由數控機床電氣控制系統進行解決。若出現突然的斷電情況，CNC、變頻器及PLC等的后備電源會及時存儲系統中的一些重要的程序和數據。若突然短路，漏電開關檢測到電流超過人體能夠承受的電流會自動斷開。并且主軸電機內置有編碼器，編碼器可以檢測主軸的位置及速度，并且能控制主軸閉環速度，同時可利用PLC向CNC發送主軸的運行狀況，可以完整的控制主軸的功能。

在電氣控制系統中，進給系統主要是定位加工中心的直線坐標軸，并進行切削進給，進給系統決定著機床的工作狀態及精度。進給軸的采用方式主要有線軌及硬軌，采用硬軌的進給軸的負載能力強，與機械的接觸面較大，阻力大，主要用于模具的加工。主要采用線軌的進給軸的負載能力弱，與機械接觸面較小、阻力小，主要用于輕載切削。急停、監控保護電路主要需要設定電機過載檢測、機床緊急停止等功能，并在機床的工作狀況出現問題時進行報警，保證機床運行的可靠性。至于刀具交換裝置傳動電路，刀庫的運行由電動機驅動凸輪機構來實現，同時通過接近開關進行技術結合凸輪機械手來獲得準確定位、快速換刀的效果。換刀時應根據刀具的直徑來確定換刀的方式，避免產生相互干涉的現象發生，小直徑的刀具采用隨機的換刀方式，大直徑的換刀方式采用固定套換刀的方式。

二、PLC程序及參數的設定

PLC是數控機床電氣控制的重要組成部分，在數控機床的運行中發揮著不可忽視的作用，PLC程序在處理數控機床的信息時，需要的處理時間一般在幾十到幾百毫秒之間，這種處理速度能夠完成大多數信息的處理，但仍存在少量的信息需要更高的響應速度。因此在進行數控機床的電氣控制系統的設計中，會將PLC程序設計為高級程序和低級程序兩部分，高級的部分用來處理系統中的一些緊急信號，低級的部分用來處理系統中的普通信息以及進行程序的控制工作。參數是指完成數控機床電氣控制系統及機床功能需要設定的數值，在設計時應詳細考慮加工中心對機構功能的需求，充分發揮出數控機床的性能，設定出合理的參數，保證數控機床的安全運行。

三、數控機床的電氣布局和安裝

數控機床的電氣布局及安裝直接影響著電氣系統的安全運行，因此在進行布局和安裝時應考慮全面，規范操作。在進行電氣的布局時應注意便于電氣操作人員的維修和安裝，布局時需要分散強干擾源，將強電與弱電隔開，并保證容易受到干擾的器件和干擾源之間有足夠的距離。在進行電氣控制系統的安裝時要科學、有序的進行，安裝時應根據實際的情況、器件的特性科學安排好其走線及連線，合理布局接口端子。并仔細檢查接口是否牢固，保證所有的電線聯結都符合要求。套線碼時若接線的方式是豎向，線碼的讀數從上向下，若接線的方式是橫向，讀數的方式則是從左向右。在給元器件上緊螺絲后需要標記紅點。交流控制線及動力線用線的顏色是黑色或紅色，直流電源線用線的顏色是藍色。安裝元件時要按照一定的層次進行，應先在底板上安裝已經做好的內部線的模塊，然后將元器件間的細線安裝好，最后進行粗線的元器件的安裝。連線的安裝應注意原本沒有裝好線的元件在安裝到底板之后，需要根據電氣圖來進行接線，并對照對應的萬能端子排列接線，裝線的元件只需安裝相應的萬能端子排列來進行接線。最后做好控制系統各電路的檢測，保證數控機床能夠更加安全穩定的運行。

綜上所述，數控機床的電氣控制系統設計優劣直接影響著控制系統的性能，并且對于提高數控機床的生產效率及質量有著非常重要的作用。合理科學的設計出完善的電氣控制系統，降低機床工作的故障率，提高數控機床的加工效率和工作質量，有效提高數控機床運行的安全性和可靠性，使數控機床能夠更好的滿足加工中心的生產需要。

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