數控機床的電氣控制系統設計

王川

摘 要：隨著經濟和科技的不斷發展，制造業也在不斷發展，并且取得了前所未有的成績。然而在制造業中，數控機床可以被稱為核心母機，占有十分重要的地位，對于數控機床來說，數控系統又占據著核心地位，因此保障數控系統的性能直接關系著電氣控制系統的運行和穩定。這也就意味著數控機床的電氣控制系統的優選程度直接決定著控制系統的性能。因此對數控機床的電器控制系統設計來說是整個工作的重中之重。筆者根據多年經驗，隨著長期的調查研究，撰寫本論文，主要對數控機床的電器控制系統設計進行了分析，介紹了幾種數控機床的電氣控制系統的設計以及相關的各種問題，希望對數控機床電氣控制系統的設計行業有積極的啟發作用。

關鍵詞：數控機床；電氣控制系統；設計

在制造行業中，數控機床占有很重要的地位，特別是數控機床的電氣設計系統，是整個運營過程的重點。我們所說的數控機床其實就是一種機電一體化的裝備，其特點就是，它囊括了機電、液、氣于一身，在這一系統化的裝備中，數控機床電氣控制系統是最重要的部分，居于核心地位，可以說，數控機床電氣控制系統，它的可靠運行直接關系到整個設備運行和正常的工作。本文主要介紹了這一系統的具體的工作原理和設計方面的相關問題。

一、數控機床的電氣控制系統的基本運作模式

數字控制（Numerical Control），英文簡稱NC，數字控制技術就是指整個技術的控制，都是采用數字化的信息來進行的，也就是通過具體的數字化信息，對機床的加工過程和其整體的運作進行必要的控制，這種控制被我們稱作數控機床。它是一種高自動化的現代化設備，主要從事機械加工，是與機床結合的產物。

數控機床的組成部分與一般性的機電一體化的結構是相同，都是由機械的本體、不間斷的動力源以及必要的電子控制單元和檢測傳感等部分以及執行機器這幾部分共同構成。其中，數控機床的主體是機械本體，主要是用來完成各種切割加工工作的；而不間斷的動力源則是主控機床的主要的動力源，用于提供主要的動力，一般都是電能作為動力源；計算機數控裝置簡稱CNC，是電子控制單元最為核心的部分，其主要作用就是將它把接收到的各種數字信息接收到的各種必要的數字信息進行運作和處理，同時輸出指令，傳遞給伺服系統，能夠讓機床按照秩序正常工作；檢測傳感部分的主要工作任務是對于工作臺的位移進行必要的檢測，同時，它可以將檢測所得到的結果進行反饋控制，主要通過輸入計算機和具體的位置顯示；執行器也就是上文提到過的伺服系統，主要作用是驅動機床上的各個部分的移動的零部件，同時可以做相應的運動動作，可以對定位精度和速度進行相應的控制操作。

一般來說，操作者根據圖紙的具體要求，在在普通機床上進行操作，并且加工零件，并因此而達到不斷改變刀具與工件這二者之間的相對運動的軌跡，從而加工出符合要求的零部件。當然，在數控機床上進行加工零件的相關操作的時候，具體的要求是將被加工零部件的具體的加工順序和精準的工藝參數以及機床運動等各方面都需要用標準的數控語言編制出專業化的加工程序，然后，才可以將這種程序輸入到 CNC 裝置中，從而進行下一步的工序，同時進行一系列的處理，然后向伺服系統發放相應的執行指令，一步一步完成最終的零部件的加工，以上這一過程就是數控機床的整個工作過程和工作原理。

二、電氣控制系統設計

電氣設計系統的設計相對比較復雜，本節主要介紹主要的設備的電氣控制系統設計。

1.主軸電機的電氣控制系統

在制造業的具體工作過程中，如果電氣控制系統總是處于長時間的、超負荷的高壓力工作，那么，必然會導致許多問題，主要有電機過熱或者是承載量過大，這些都會影響系統的正常運作，影響極為不好。

而有些型號的數控機床，比如我們所說的主軸電機的電氣控制系統，其溫度的設定是有限制的，他的最大承載溫度值為110攝氏度，一旦超過了110攝氏度，那么，系統將會在2分鐘之內像系統輸出一個超出溫度、溫度過熱的信號，系統在接收到這一信號以后，家就會發出過熱或者承載量超額的警報，提醒問題存在的現象；如果在正常的運行過程中，出現了其他的有威脅的、危險的異常情況，比如是電機的內部的，相對來說較為微小、細微的功能性的異常情況，類似于功率不匹配、發生失常現象，轉速過快或者過慢，不符合整體要求，電流過大或者過小，不達到標準值，這些問題都是可以通過變頻器進行檢測，同時通過變頻器，立即將報警輸送給CNC系統，而CNC系統經過相應的處理以后，就可以顯示出相應的警報，是具有針對性的警報；正常的工作過程中，如果突然就發生了斷電、電壓不穩、短路等一系列的問題，對于工作進展實施的干擾程度比較大，這些問題都可以由機床電氣控制系統來解決。事實上，突然斷電這種現象如果發生，那么CNC、PLC以及變頻器等各個部件的備用電源就可以將在系統運作過程中較為重要的參數和具體的程序都儲存起來，方便與隨后的恢復供電后的操作控制，特別是對于一些參數的保存，是十分重要的；突然地短路這種情況，在較短的時間里就會造成電流突然過大，這種情況發生的時候，我們的漏電開關就可以發揮其應該發揮的作用了，一般來說，漏電開關是檢測電流的很好地工具，一旦電流超過了30mA，立即就會發生自動斷開，從而可以保護工作人員和一些較為重要的設備的安全，因為，正常人能夠承受的電流是30Am。

2.進給軸電氣控制系統設計

理論上來說，進給軸電氣控制系統設計的型號的數控機床是半線軌機床，日常生活中，我們用 X軸、Y 軸來采用線軌，硬軌則是采用Z軸。

采用線軌進行操作的進給軸的最大特點就是其本身與機械的本體的接觸面積較小、同時，摩擦力小，也就是相對阻力也小，但是，其負載能力卻相對來說較為輕小，向來只是用于切割、切削輕載，常用于加工五金零部件，汽車配件等相對來說比較輕小的產品。采用Z軸的硬軌方式就大不相同的，兩者差距比較大，即進給軸與機械本體的接觸面積大、摩擦力大、因此阻力也大，而其負載能力相對于主軸電機的電氣控制系統要強一些，因此，這種系統是可以重載切削、切割的，主要的用途就是加工模具等一系列較大的產品。進給軸有比較詳細的要求，主要有以下幾個方面。

首先，它要求有精確地精度，一般來說，其定位的要求是比較詳細的，例如，重復定位的精準度是一般是在0.005mm；，而定位的精準度則更為精細，是在0.001mm。除了在精準度方面的具體要求外，還在速度方面有著絕對的要求，必須做到加減速要好，同時要保持著X、Y、Z三個軸的聯動的順暢、而跟隨性必須要好，一般的要求是加工進度為20cm/min，最快可以達到 1m/min。在穩定性方面的具體要求要控制其振動性要小，抗干擾能力要強等。

另外，有一種產品是介乎于前兩者之間的產品，即采用半線軌的產品，這一款機床的主要用途是加工日常生活中的小型的五金零部件的加工以及汽車中小型配件的加工和小型的模具的加工。

3.數控機床的電氣布局和安裝方面的具體要求

在具體的實踐過程和分析調查中，我們知道，數控機床的電氣布局以及數控機床的電氣的安裝決定著整個電氣系統的平穩運行，因此，這對于整個工作是至關重要的，也正是這個原因的存在，我們對于電氣的具體分布和安裝都要進行詳細、周密、謹慎的策劃、操作、實施。

一般來說，電氣布局需要遵循著這樣一個原則，即強電和弱電需要分開，同時要注意有較強干擾的干擾源也要布局分散，而那些相對來說，易受干擾的器件就需要遠離上述的強干擾源，以防止發生危險。當然，在注意這些問題的同時也要注意人身安全和維修安裝便利等方面。

在安裝方面，電氣控制系統的安裝有其自身的準則：在電氣控制系統進行科學、穩定、有層次、有條理的安裝基礎上，還要注意先后順序，例如，對于送電方面，需要先弱電，后強電等。同時也要根據現場的實際情況來進行安裝，各個器件的特性要掌握清楚，以便于順利安排線路和對接。最終的目的都是要安全的完成工作任務。在安裝方面也是要注意原則的，例如安裝順序、檢測等各個方面，都需要工作人員有著較熟練的操作技術和專業技術。

三、結語

制造是人類歷史不斷發展和文明的不斷進步的動力源泉，可以說，小到我們的日常生活，大到國家工業、科技的發展，都離不開制造業。間接地說，制造業的發展水平的能夠明顯的證明一個國家的重工業的發展程度。近年來，傳統的機電工業為代表的制造業隨著信息化和商業化的不斷發展，不斷地發展、變革。當前形勢下，經濟不斷發展，社會不斷進步，科學技術也不斷在創新，因此，在制造業方面，需要更為專業、精準的技術和設備，筆者根據多年經驗，隨著長期的調查研究，撰寫本論文，介紹了幾種數控機床的電氣控制系統的設計及其工作原理等相關問題，希望對相關工作者有所啟示。