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

摘 要：隨著社會(huì)科技的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床電氣控制技術(shù)也在不斷的改進(jìn)和完善。文章主要對(duì)數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

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)：1006-3315（2015）04-173-001

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)直接影響著整個(gè)控制系統(tǒng)的性能。因此應(yīng)按照電氣控制的原理來進(jìn)行規(guī)范的設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)出的數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)能夠保證數(shù)控機(jī)床安全可靠的運(yùn)行。因此對(duì)數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析是非常必要的。

一、控制系統(tǒng)中的硬件電路

控制系統(tǒng)的硬件電路主要包括電源電路、交流主傳動(dòng)電路、交流進(jìn)給傳動(dòng)電路、刀具交換裝置傳動(dòng)電路等。電源電路在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的具體要求來進(jìn)行，通過伺服變壓器輸出的交流電壓來伺服驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)及模塊，通過控制變壓器輸出的交流電來帶動(dòng)接觸器，然后通過直流電壓來供給Z軸制動(dòng)器及電磁閥。交流主傳動(dòng)電路是控制系統(tǒng)中非常重要的組成部分，并且對(duì)主軸的控制要求較高。其中主軸電機(jī)的選型可根據(jù)車削功率來進(jìn)行，其可以通過切削功率PC以及主傳動(dòng)鏈的總效率？濁來進(jìn)行估算，即P=PC/？濁0。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的規(guī)格即可選擇所需要的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。對(duì)主軸電機(jī)的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意當(dāng)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷工作時(shí)，會(huì)使得電機(jī)出現(xiàn)過載或過熱的情況，因此，數(shù)控機(jī)床會(huì)有設(shè)定的過熱溫度閾值，超過設(shè)定的溫度兩分鐘就會(huì)輸出過熱的信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)信號(hào)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警。若出現(xiàn)其他的問題，如電動(dòng)機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)功率失常、轉(zhuǎn)速不匹配等微小的問題，就會(huì)被變頻器檢測(cè)到然后發(fā)送給CNC系統(tǒng)，并通過相應(yīng)的報(bào)警。若出現(xiàn)短路、斷電等外部因素，則由數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行解決。若出現(xiàn)突然的斷電情況，CNC、變頻器及PLC等的后備電源會(huì)及時(shí)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的一些重要的程序和數(shù)據(jù)。若突然短路，漏電開關(guān)檢測(cè)到電流超過人體能夠承受的電流會(huì)自動(dòng)斷開。并且主軸電機(jī)內(nèi)置有編碼器，編碼器可以檢測(cè)主軸的位置及速度，并且能控制主軸閉環(huán)速度，同時(shí)可利用PLC向CNC發(fā)送主軸的運(yùn)行狀況，可以完整的控制主軸的功能。

在電氣控制系統(tǒng)中，進(jìn)給系統(tǒng)主要是定位加工中心的直線坐標(biāo)軸，并進(jìn)行切削進(jìn)給，進(jìn)給系統(tǒng)決定著機(jī)床的工作狀態(tài)及精度。進(jìn)給軸的采用方式主要有線軌及硬軌，采用硬軌的進(jìn)給軸的負(fù)載能力強(qiáng)，與機(jī)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(jìn)給軸的負(fù)載能力弱，與機(jī)械接觸面較小、阻力小，主要用于輕載切削。急停、監(jiān)控保護(hù)電路主要需要設(shè)定電機(jī)過載檢測(cè)、機(jī)床緊急停止等功能，并在機(jī)床的工作狀況出現(xiàn)問題時(shí)進(jìn)行報(bào)警，保證機(jī)床運(yùn)行的可靠性。至于刀具交換裝置傳動(dòng)電路，刀庫(kù)的運(yùn)行由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過接近開關(guān)進(jìn)行技術(shù)結(jié)合凸輪機(jī)械手來獲得準(zhǔn)確定位、快速換刀的效果。換刀時(shí)應(yīng)根據(jù)刀具的直徑來確定換刀的方式，避免產(chǎn)生相互干涉的現(xiàn)象發(fā)生，小直徑的刀具采用隨機(jī)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(shù)的設(shè)定

PLC是數(shù)控機(jī)床電氣控制的重要組成部分，在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行中發(fā)揮著不可忽視的作用，PLC程序在處理數(shù)控機(jī)床的信息時(shí)，需要的處理時(shí)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(shù)信息的處理，但仍存在少量的信息需要更高的響應(yīng)速度。因此在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，會(huì)將PLC程序設(shè)計(jì)為高級(jí)程序和低級(jí)程序兩部分，高級(jí)的部分用來處理系統(tǒng)中的一些緊急信號(hào)，低級(jí)的部分用來處理系統(tǒng)中的普通信息以及進(jìn)行程序的控制工作。參數(shù)是指完成數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)及機(jī)床功能需要設(shè)定的數(shù)值，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)詳細(xì)考慮加工中心對(duì)機(jī)構(gòu)功能的需求，充分發(fā)揮出數(shù)控機(jī)床的性能，設(shè)定出合理的參數(shù)，保證數(shù)控機(jī)床的安全運(yùn)行。

三、數(shù)控機(jī)床的電氣布局和安裝

數(shù)控機(jī)床的電氣布局及安裝直接影響著電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此在進(jìn)行布局和安裝時(shí)應(yīng)考慮全面，規(guī)范操作。在進(jìn)行電氣的布局時(shí)應(yīng)注意便于電氣操作人員的維修和安裝，布局時(shí)需要分散強(qiáng)干擾源，將強(qiáng)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(jìn)行電氣控制系統(tǒng)的安裝時(shí)要科學(xué)、有序的進(jìn)行，安裝時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際的情況、器件的特性科學(xué)安排好其走線及連線，合理布局接口端子。并仔細(xì)檢查接口是否牢固，保證所有的電線聯(lián)結(jié)都符合要求。套線碼時(shí)若接線的方式是豎向，線碼的讀數(shù)從上向下，若接線的方式是橫向，讀數(shù)的方式則是從左向右。在給元器件上緊螺絲后需要標(biāo)記紅點(diǎn)。交流控制線及動(dòng)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(lán)色。安裝元件時(shí)要按照一定的層次進(jìn)行，應(yīng)先在底板上安裝已經(jīng)做好的內(nèi)部線的模塊，然后將元器件間的細(xì)線安裝好，最后進(jìn)行粗線的元器件的安裝。連線的安裝應(yīng)注意原本沒有裝好線的元件在安裝到底板之后，需要根據(jù)電氣圖來進(jìn)行接線，并對(duì)照對(duì)應(yīng)的萬能端子排列接線，裝線的元件只需安裝相應(yīng)的萬能端子排列來進(jìn)行接線。最后做好控制系統(tǒng)各電路的檢測(cè)，保證數(shù)控機(jī)床能夠更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

綜上所述，數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)劣直接影響著控制系統(tǒng)的性能，并且對(duì)于提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率及質(zhì)量有著非常重要的作用。合理科學(xué)的設(shè)計(jì)出完善的電氣控制系統(tǒng)，降低機(jī)床工作的故障率，提高數(shù)控機(jī)床的加工效率和工作質(zhì)量，有效提高數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的安全性和可靠性，使數(shù)控機(jī)床能夠更好的滿足加工中心的生產(chǎn)需要。

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