數(shù)控機(jī)床改造中的電氣設(shè)計(jì)分析

和延斌

天津精誠機(jī)床股份有限公司

數(shù)控機(jī)床改造中的電氣設(shè)計(jì)分析

和延斌

天津精誠機(jī)床股份有限公司

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化水平有了明顯提高。當(dāng)前的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)還有一定的優(yōu)化空間。為了更好地滿足市場需求，進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的可操控性和加工精度，推動(dòng)生產(chǎn)工藝的轉(zhuǎn)型升級、更新?lián)Q代，相關(guān)研究人員應(yīng)從多方面考慮，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合電氣控制理論知識(shí)，做好數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。簡要分析了數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，以供參考。

數(shù)控機(jī)床；電氣控制系統(tǒng)；微電子技術(shù)；加工精度

數(shù)控系統(tǒng)已成為我國機(jī)械制造工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的重要裝備，其非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是目前數(shù)控化改造工作中普遍存在的問題。我國很多企業(yè)中普通機(jī)床的占有量巨大，機(jī)床的數(shù)控化改造電氣控制設(shè)計(jì)的方案也存在諸多問題。許多機(jī)床已經(jīng)使用20年以上，還會(huì)出現(xiàn)應(yīng)用與維修技術(shù)工作的復(fù)雜性、多樣性和多變性以及一些客觀環(huán)境因索的制約。因此對普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造成為一個(gè)很好的出路，對該學(xué)科理論的發(fā)展及工程技術(shù)人員的實(shí)踐有所裨益。其發(fā)展也直接關(guān)系到我國的多個(gè)領(lǐng)域，使之在當(dāng)今日益競爭的社會(huì)中處于優(yōu)勢。

1 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的重要性分析

伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對電能的需求也在逐漸增大，特別是電氣工程行業(yè)，其主要是通過電能帶動(dòng)生產(chǎn)，促進(jìn)我國的社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展。對于我國的工業(yè)生產(chǎn)，其中的數(shù)控機(jī)床推廣和使用使得我國的工業(yè)生產(chǎn)效率不斷增大，相比于傳統(tǒng)的手工機(jī)械加工行業(yè)，數(shù)控機(jī)床能夠準(zhǔn)確的控制產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)，保證生產(chǎn)質(zhì)量。隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床正在逐漸取代傳統(tǒng)的機(jī)床控制系統(tǒng)，其應(yīng)用越來越廣泛。對于數(shù)控機(jī)床，其在使用時(shí)能夠根據(jù)技術(shù)人員提前編制的各項(xiàng)參數(shù)和程度進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，在這一過程中，產(chǎn)品的質(zhì)量能夠得到有效的控制。隨著我國同世界各國的經(jīng)濟(jì)和科技交流越來越多，數(shù)控機(jī)床的高質(zhì)量加工正在逐漸使我國在國際上的地位逐漸提升，數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用，我國的工業(yè)生產(chǎn)能力也在逐漸提升。對于數(shù)控機(jī)床的質(zhì)量控制，其是保證我國工業(yè)生產(chǎn)效益的根本，同時(shí)也是促進(jìn)我國工業(yè)加工效益的有效途徑。在數(shù)控機(jī)床中，最為主要的就是電氣控制系統(tǒng)，這是保證數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行的核心，對于大部分的發(fā)達(dá)國家，其對數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)保密性是非常強(qiáng)的，甚至一些國家將其列為國家的戰(zhàn)略性資源，使得我國的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)得不到有效的參考。

2 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常專業(yè)的工作。為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢，基于模塊化的設(shè)計(jì)理念，合理地將數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)劃分為了3個(gè)模塊，即硬件電路、PLC程序和參數(shù)設(shè)置。從數(shù)控機(jī)床的控制管理角度，可將這3個(gè)模塊劃分為多個(gè)小模塊，從而提高數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平。

2.1 電源電路

電源電路是保證數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行的根本，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行要求，結(jié)合電氣控制設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對電源進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體的設(shè)計(jì)指的是在設(shè)計(jì)過程中一般采用380V伺服變壓器，然后通過對風(fēng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行科學(xué)的設(shè)置來保證數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中的正常電能供應(yīng)。此外，對于電源電路的設(shè)計(jì)，其中的電壓也需要進(jìn)行合理的設(shè)置，像接觸器供電采用的是220V控制變壓器，而對于電磁閥和Z軸的制動(dòng)器供電，其采用的是直流24V控制電壓。對于電氣控制系統(tǒng)，其220V的電路主要用來對數(shù)控機(jī)床的電機(jī)、電氣箱冷卻機(jī)供電，直流24V控制電壓對直流繼電器等進(jìn)行供電。

2.2 交流進(jìn)給傳動(dòng)電路設(shè)計(jì)

對于交流進(jìn)給傳動(dòng)電路，其在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要采取精確的指標(biāo)控制，保證數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行。但在進(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)時(shí)，其主要是為切削供給和中心直線坐標(biāo)中進(jìn)行科學(xué)合理的定位，因此，在進(jìn)行這一交流進(jìn)給傳動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí)采用的往往是半閉環(huán)控制模式，通過這種模式能夠?qū)?shù)控機(jī)床的操作位置以及速度進(jìn)行準(zhǔn)確有效的反饋。此外，對于數(shù)控機(jī)床中的伺服電機(jī)和滾珠絲杠，兩者之間主要是通過副直聯(lián)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行連接，而對于電氣控制系統(tǒng)中的絲杠剛度等，由于其屬于非線性模塊，在進(jìn)行控制方式的選擇是主要選擇的是閉環(huán)控制，這樣能夠?qū)毢汶姎饪刂葡到y(tǒng)運(yùn)行過程中的可靠性。

2.3 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC程序設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。PLC程序的處理時(shí)間為10～100 ms，可滿足數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行要求。但對于某些需要較快響應(yīng)速度的數(shù)控機(jī)床而言，PLC的程序設(shè)計(jì)應(yīng)包括高級程序和低級程序。根據(jù)不同的控制功能，又可以將低級程序合理地劃分為多個(gè)不同的小模塊，比如操作面板、潤滑和冷卻電動(dòng)機(jī)、主軸定向、換刀、正反轉(zhuǎn)、變檔、回參考點(diǎn)和進(jìn)給等。通過編制合理的PLC程序，可實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的精確控制。

2.4 監(jiān)控和急停保護(hù)電路

數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行具有一定的危險(xiǎn)性，因此，監(jiān)控和急停保護(hù)電路的設(shè)計(jì)非常重要。監(jiān)控和急停保護(hù)電路包括伺服變壓器過熱檢測、機(jī)床壓力和潤滑油位檢測、數(shù)控機(jī)床急停以及機(jī)械電機(jī)、冷卻電機(jī)、潤滑電機(jī)和刀庫電機(jī)等的過載檢測。如果數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過程中存在問題或異常情況，則監(jiān)控和急停保護(hù)電路會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。因此，應(yīng)做好電氣控制系統(tǒng)的保護(hù)工作，從而確保數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行可靠、穩(wěn)定、安全。

綜合上述所說，對于數(shù)控機(jī)床來說，其在運(yùn)行的過程中最為重要的組成部分就是電氣控制系統(tǒng)，通過電氣控制系統(tǒng)能夠保證數(shù)控機(jī)床的科學(xué)高效運(yùn)行。但在進(jìn)行實(shí)際的生產(chǎn)時(shí)，由于不同的生產(chǎn)過程對數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)需求不同，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)的模塊需要進(jìn)行不同的調(diào)整，為了保證數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率，需要對電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，并通過 PLC 程序的編制實(shí)現(xiàn)不同的控制功能需求，這是數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的。

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