數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

于福來(lái)

摘 要：隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越普遍。電氣控制系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，對(duì)機(jī)床的整體性能有著決定性的影響。因此，對(duì)數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究探討是十分必要的。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要，提高數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)性以及穩(wěn)定性，應(yīng)該有效結(jié)合先進(jìn)技術(shù)，不斷對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與完善。本文將以電氣控制系統(tǒng)為切入點(diǎn)，對(duì)數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 電氣控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（a）-0010-02

1 數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床是一種自動(dòng)化設(shè)備，通過(guò)程序控制系統(tǒng)來(lái)控制機(jī)床動(dòng)作，按照加工圖紙的具體要求，自動(dòng)對(duì)零部件進(jìn)行加工處理。數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化最具代表性的產(chǎn)品，其種類繁多，按照不同的工藝用途，可以分為數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床以及數(shù)控齒輪加工中心等；按照不同的控制方式，可以分為開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床、半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床以及閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床三類。與常規(guī)加工機(jī)床相比較，數(shù)控機(jī)床具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）加工精度教高，加工質(zhì)量比較穩(wěn)定，加工零件的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、具有一定的互換性；（2）適應(yīng)性較強(qiáng)，可加工各種不規(guī)則形狀的零部件；（3）生產(chǎn)流程規(guī)范化，有益于生產(chǎn)管理；（4）生產(chǎn)效率較高，只需變更數(shù)控程序即可加工不同零件，有效減少零件加工和輔助時(shí)間；（5）自動(dòng)化水平較高，在很大程度上減少了工作量，削減了勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的重要性分析

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)產(chǎn)業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)效率也提出了更高的要求。為了滿足工業(yè)市場(chǎng)需求，傳統(tǒng)的機(jī)械加工機(jī)床逐漸被數(shù)控機(jī)床所替代。現(xiàn)如今，數(shù)控機(jī)床已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工的各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，操作人員只需調(diào)取事先錄入的加工程序就可以直接進(jìn)行零部件加工，大幅度提高了加工效率的同時(shí)，還有效避免了因人為失誤所造成的成本浪費(fèi)。近些年，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不斷向國(guó)際化發(fā)展，世界各國(guó)之間的經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)交流愈發(fā)頻繁，這在創(chuàng)造發(fā)展機(jī)遇、開(kāi)拓營(yíng)銷市場(chǎng)的同時(shí)，也為工業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)不小的挑戰(zhàn)。數(shù)控加工技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)水平的重要體現(xiàn)，是產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)效益的有力保障，是推助我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的根本動(dòng)力。而電氣控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的性能有著決定性作用，因此，深入研發(fā)數(shù)控技術(shù)，不斷優(yōu)化數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是提高國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的有效途徑，相關(guān)研發(fā)人員應(yīng)吸取國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身特點(diǎn)，對(duì)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理規(guī)劃，從而提高數(shù)控加工的質(zhì)量和效率。同時(shí)，要加大在數(shù)控專業(yè)人才培養(yǎng)方面的投入，采取相關(guān)必要措施，有效防止乃至避免人才流失，進(jìn)而為我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展提供人才保障。

3 數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)性較強(qiáng)，涉及的內(nèi)容也相對(duì)比較廣泛，基于模塊化設(shè)計(jì)的理念基礎(chǔ)，可以將數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)分為硬件電路、PLC程序以及參數(shù)設(shè)置三個(gè)重要組成部分。

3.1 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1.1 監(jiān)控和急停保護(hù)電路設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床工作時(shí)具有一定風(fēng)險(xiǎn)，為了保證操作人員的人身安全，監(jiān)控和急停保護(hù)裝置是必不可少的。監(jiān)控和急停保護(hù)電路主要有高溫檢測(cè)、油位檢測(cè)、壓力檢測(cè)以及過(guò)載檢測(cè)等職能。一旦出現(xiàn)異常情況，保護(hù)電路會(huì)及時(shí)報(bào)警，必要時(shí)會(huì)緊急停車，為數(shù)控機(jī)床安全、可靠的運(yùn)行提供有力保障。

3.1.2 電源電路

電源電路是直接影響數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)的重要因素，必須嚴(yán)格遵守相關(guān)電氣標(biāo)準(zhǔn)要求，充分考慮機(jī)床的實(shí)際需求，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)供電中斷之后，數(shù)控機(jī)床信號(hào)將會(huì)歸零；供電正常之后，信號(hào)能夠得以自動(dòng)恢復(fù)，進(jìn)而保障數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的連續(xù)性以及穩(wěn)定性。同時(shí)，電源電路設(shè)計(jì)還需對(duì)電壓設(shè)置的合理性進(jìn)行充分考量。比如說(shuō)，接觸器類一般選擇的控制變壓器為110V，而電磁閥以及Z軸制動(dòng)器的24V供電電壓則是由27V的電壓通過(guò)整流之后得到的。數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)有兩條220V電路，一條直接供電于潤(rùn)滑電機(jī)、電氣箱冷氣機(jī)；另一條經(jīng)開(kāi)關(guān)電源變?yōu)?4V電壓后，供電于直流繼電器以及伺服模塊等。

3.1.3 交流進(jìn)給傳動(dòng)電路設(shè)計(jì)

交流進(jìn)給傳動(dòng)電路設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度有著非常重要的影響。在實(shí)踐生產(chǎn)過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一方面為切削加工提供動(dòng)力，另一方面用于定位中心直線坐標(biāo)軸。設(shè)計(jì)交流進(jìn)給傳動(dòng)電路時(shí)，大多數(shù)選用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，進(jìn)而精確反饋機(jī)床的具體操作位置以及運(yùn)行速度。再有，數(shù)控機(jī)床的伺服電機(jī)與滾珠絲杠之間選用副直聯(lián)驅(qū)動(dòng)的連接方式，而對(duì)于非線性模塊，如傳動(dòng)裝置間隙、絲杠剛度等則采用閉環(huán)控制模式，以便進(jìn)一步提高電氣控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性能。

3.1.4 交流主傳動(dòng)電路設(shè)計(jì)

進(jìn)行主傳動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足相關(guān)電氣控制設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、保證穩(wěn)定性的同時(shí)，要盡可能提高數(shù)控機(jī)床的工作效率。同時(shí)，需要配備刀具自動(dòng)裝卸裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀功能，確保數(shù)控機(jī)床在停/啟動(dòng)、正/反轉(zhuǎn)等過(guò)程中的刀具動(dòng)作的精確性和高效性。此外，不論數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行速度如何，運(yùn)行功率和轉(zhuǎn)矩都需要充分供應(yīng)。

3.2 參數(shù)設(shè)置設(shè)計(jì)

參數(shù)設(shè)置設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在滿足相關(guān)規(guī)范要求的前提下，基于客戶的實(shí)際需求，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)、合理的規(guī)劃，確保數(shù)控機(jī)床的高效性與穩(wěn)定性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的功能最大化。對(duì)數(shù)控機(jī)床而言，其參數(shù)設(shè)置主要是由PLC控制系統(tǒng)完成的，因此，在參數(shù)設(shè)置的實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該充分考慮數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)功能特性，對(duì)電氣控制參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置；同時(shí)，還需在滿足電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能等相關(guān)需求的前提下，進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)以及驅(qū)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置，進(jìn)而保證數(shù)控機(jī)床能夠依照生產(chǎn)所需正常運(yùn)行。

3.3 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)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，PLC程序處理信息的時(shí)間大致在10～100ms之間，基本上能夠滿足常規(guī)生產(chǎn)需求。然而，隨著科技的不斷發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)趨于白熱化，相應(yīng)的工業(yè)生產(chǎn)效率要求也越來(lái)越嚴(yán)格，這就要求PLC程序要有高級(jí)程序、低級(jí)程序兩種模式。同時(shí)，按照控制功能不同，還可以對(duì)低級(jí)程序進(jìn)一步細(xì)分。比如說(shuō)冷卻電機(jī)、控制面板以及主軸定向等的PLC程序設(shè)計(jì)過(guò)程并不復(fù)雜，通過(guò)低級(jí)程序就可以完成。設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)腜LC程序，對(duì)各級(jí)別的PLC程序進(jìn)行有效整合，進(jìn)而保證數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)的精確性。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，由于數(shù)控機(jī)床種類繁多，不同用途的數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和功能也不盡相同。而電氣控制系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的核心組成部分，對(duì)機(jī)床的整體性能有著決定性的影響。因此，為了滿足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的不同需求，應(yīng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在滿足相關(guān)電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，合理設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，有效整合各級(jí)PLC程序，提高數(shù)控機(jī)床的高效性、穩(wěn)定性和可行性，為我國(guó)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)化建設(shè)提供推助力，從而增強(qiáng)我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

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