數字化技術在數控機床電氣設計中的應用

趙振維 李會國

摘要：數控機床是制造業的核心，數控系統是數控機床的核心，數控系統的性能保證是數控機床的電氣控制系統。機床電氣控制系統—數控工具的優缺點決定了控制系統的性能。本文主要研究數控機床電氣設計的數字化應用。我希望給我在這個行業的同事們一些建議和意見。

關鍵詞：數控機床;電氣控制;數字化技術;應用分析

前言

伴隨著生產技術的更新和數字控制技術與計算機技術的深入發展，電氣控制技術逐漸形成了一個完整的系統在機器應用中，成為數字控制技術的重要組成部分。在機電一體化背景下，數控機床廣泛應用于機械制造。作為計算機、自動控制和伺服驅動技術的產品，鏈中的所有環節都起著不可替代的作用。電源故障可能會影響設備的運行效率，如果故障嚴重，可能會對設備造成損壞。因此，電氣故障排除和維修是數控機床的研究和管理的重要組成部分。需要在實際應用方面積累經驗，采取可靠措施應對這些挑戰，并充分利用其技術優勢。

一、數控機床電氣設計概述

1.數字化設計技術的概念

隨著信息軟件的不斷發展，計算機技術逐漸從最初的圖形和文字處理階段過渡到高端聲音、動畫和圖像處理階段。要描述設計對象，不僅要描述其幾何，還要描述其功能特征、材料特征和組件關系。在計算機應用程序中，這些信息統稱為數字信息。我們調用數字模型中的數字信息所描述的對象，并使用這些數字模型處理特定信息。數字模型和數字處理方法的這種結合稱為數字設計，也是數字設計的基本概念。

2.數控機床運行原理

使用數控機床進行加工時，必須根據加工零件的尺寸和形狀選取圓弧或直路徑以完成加工。首先，根據坐標方向將刀具運動路徑和工件分割為最小運動。然后，使用數字計算單位或微分補償軟件，將相應的多段線調整為最小運動。第三，結合調整后的線性軌跡，數控系統將脈沖連續分布到機床-刀具坐標軸上，伺服驅動系統驅動機床來完成相應的加工操作。在加工過程中，刀具路徑基于坐標軸，具有等效的沖力，遵循缺省零件工藝，并驅動刀具沿坐標移動方向移動多個最小偏移，以獲得刀具相對于工件的相對運動。

二、數控機床電氣系統概述

1.數控機床的組成

數字控制技術是指使用數字信息的控制技術。機器-使用數字信息控制其運動和加工過程的工具稱為機器-數控刀具，是數控技術與機器-刀具相結合的產物。數控機床是一種典型的機電產品，是一種結合現代機械制造技術、自動控制技術、檢測技術和計算機技術的高效、高精度、靈活和高度自動化的現代加工設備。與其他機電產品一樣，它由機械體、電源、電子控制單元、檢測部分和執行機制（伺服系統）組成。機械本體是CNC機器的本體，是用于執行各種切割作業的機械零件。供電是給機器供電的部分，主要使用電能。電子控制單元的核心是計算機數字控制（CNC）裝置，它對收到的數字信息進行解碼、計算和邏輯處理，生成各種指令信息并將其輸出到伺服系統，從而使機器按規定動作進行處理。本節還包括適當的設備，例如顯示器和打印機。檢測部分主要檢測車間線性位移和旋轉車間角度位移，并將檢測結果發送到計算機進行位置顯示或反饋控制。執行機構（伺服系統）用于驅動機床運動組件并控制其位置精度和速度。例如，許多機床-數控刀具使用伺服電動機驅動球棍。

2.數控機床電氣系統的基本特性

在正常情況下，可靠的數字控制工具運行時間較長，生產任務較重，對機器穩定性的要求較高。因此，提高機床穩定性的各種技術，廣泛用于數控電氣系統的設計，機床動力部分的零件選擇更加嚴格。通常采用符合國家標準的高質量零件。系統維護必須系統化。在電氣系統中，某些零件是脆弱的。因此，為了考慮到這些零件的更換，這些零件必須盡可能設計成易于更換的零件，并且這些零件的工作鏈必須盡可能簡單和穩定，以避免出現錯誤。此外，電力系統的穩定需要不斷改進技術、使用新的電力部件和采用先進的操作系統。

三、數控機床電氣控制數字化應用

1.硬件電路

（1）電源電路

電源電路設計應按照控制裝置的要求進行電源設計，即伺服驅動模塊和模塊風扇由220V伺服變壓器供電;控制電路接觸器由控制變壓器輸出的110伏電壓供電;電磁閥和z軸執行器由整流器輸出的24V電流供電。控制變壓器220伏輸出分為兩路，數控機床中的床潤滑馬達和電動箱式空調由其他電路直接供電，直流電源伺服模塊由直流母線24V輸出供電。

（2）主要通信訓練

垂直加工中心對主軸的控制要求如下：相關速度必須在廣泛范圍內連續調節;無論速度如何，它都能提供足夠的扭矩和功率來滿足切削需求;可多次實現前行走、起動行走、后行走、制動速度和準停速度;它能有效地實現刀具的自動操作，響應刀的自動換檔。此外，主軸電機的內部編碼器可以檢測主軸轉速和主軸位置，主軸的閉合環速度主要由銷的控制部分控制，但在接近停機時需要閉合環位置。同時，通過數字控制集成，PLC可以將主軸的實際工作狀態傳遞給數字控制，以實現對主軸所有功能的控制。

（3）交流進給傳動

回路供料系統在整機的運行狀態和精確指標方面起著關鍵作用，可實現立式加工中心右軸的定位和切削供給。在垂直系統加工中，主要采用半閉環控制模式，電機和脈沖編碼器位于同一軸上，可精確反饋位置和速度，X/Y/Z球棒和伺服電機由輔助直接連接驅動，從而閉合。雖然上述電氣控制保護措施可以有效、及時地實施，但機床-數控機床-數控機床的運行效率和安全性可以大大提高，對機床-數控機床的運行具有重要意義。

2.控制柜的設計應用

機械的電氣布置和安裝——數控工具與整個電氣系統的安全可靠運行有關，因此，我們在電氣布置和安裝方面非常謹慎。電氣布置的一般原則是強、弱電分離、強干擾源分散、干擾敏感設備遠離強干擾源。與此同時，它滿足了人力資源部的要求，即在考慮到電力運營者的安全和習慣的情況下，便利維修和安裝。電氣控制系統安裝標準：電氣控制系統的安裝必須有組織、分級和科學性。首先是弱電，然后是強電。并組織布線、連接、布局、接口、端子等。根據現場實際情況和每個組件的電氣特性。嵌套代碼原理：對于水平布線，布線代碼從左向右讀取。垂直連接，讀取自下而上的行代碼;緊固裝配螺釘時必須用紅點標出;制造過程結束后，道路外的電氣負荷應絕緣。在地面上制造冷壓力端子;ot1.5-4;;ut1.5-3;;RV2-6和RV2-8適用于方形線材。OT2.5-4，適用于2.5平方米和4平方米的規范;OT3.5-45和OT5.5-65分別適用于2、5、4和6平方米;直流電源線為藍色，交流電源線和交流電源線為紅色或黑色。安裝元件：安裝先前在底板上具有內部配線的模組，然后在元件之間安裝細配線，并安裝粗配線組合（層）。安裝順序：a板：萬科端子、主控制面板、中間繼電器、12V開關電源、濾波器、電涌保護器、保險絲、交流接觸器、相位誤差電涌保護器、變頻器、制動電阻;b板：萬科端子、伺服單元、DSP板、行程開關板、中間繼電器、開關電源i0-48.5v（b）、開關電源24V。

結束語

綜上所述可知，數字化是先進制造技術的核心，具有高度的靈活性、快速響應能力、高質量和低成本。因此，大力發展數字設計和制造技術的研究和開發，利用數字設計和制造技術加快制造閥門總成的改造是很有必要的。

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