數控機床改造中的電氣設計分析

和延斌

天津精誠機床股份有限公司

數控機床改造中的電氣設計分析

和延斌

天津精誠機床股份有限公司

隨著計算機技術、微電子技術的快速發展，數控機床的自動化水平有了明顯提高。當前的數控機床電氣控制系統還有一定的優化空間。為了更好地滿足市場需求，進一步提高數控機床的可操控性和加工精度，推動生產工藝的轉型升級、更新換代，相關研究人員應從多方面考慮，采用先進的設計方法，結合電氣控制理論知識，做好數控機床電氣控制系統的設計工作。簡要分析了數控機床電氣控制系統的設計方案，以供參考。

數控機床；電氣控制系統；微電子技術；加工精度

數控系統已成為我國機械制造工業和國民經濟的重要裝備，其非標準化設計是目前數控化改造工作中普遍存在的問題。我國很多企業中普通機床的占有量巨大，機床的數控化改造電氣控制設計的方案也存在諸多問題。許多機床已經使用20年以上，還會出現應用與維修技術工作的復雜性、多樣性和多變性以及一些客觀環境因索的制約。因此對普通機床進行數控改造成為一個很好的出路，對該學科理論的發展及工程技術人員的實踐有所裨益。其發展也直接關系到我國的多個領域，使之在當今日益競爭的社會中處于優勢。

1 數控機床電氣控制系統的重要性分析

伴隨著經濟的快速發展，人們對電能的需求也在逐漸增大，特別是電氣工程行業，其主要是通過電能帶動生產，促進我國的社會主義經濟發展。對于我國的工業生產，其中的數控機床推廣和使用使得我國的工業生產效率不斷增大，相比于傳統的手工機械加工行業，數控機床能夠準確的控制產品的各項參數，保證生產質量。隨著科技的進步和社會的發展，數控機床正在逐漸取代傳統的機床控制系統，其應用越來越廣泛。對于數控機床，其在使用時能夠根據技術人員提前編制的各項參數和程度進行自動化生產，在這一過程中，產品的質量能夠得到有效的控制。隨著我國同世界各國的經濟和科技交流越來越多，數控機床的高質量加工正在逐漸使我國在國際上的地位逐漸提升，數控機床廣泛應用，我國的工業生產能力也在逐漸提升。對于數控機床的質量控制，其是保證我國工業生產效益的根本，同時也是促進我國工業加工效益的有效途徑。在數控機床中，最為主要的就是電氣控制系統，這是保證數控機床正常運行的核心，對于大部分的發達國家，其對數控機床的電氣控制系統設計技術保密性是非常強的，甚至一些國家將其列為國家的戰略性資源，使得我國的數控機床電氣控制系統設計得不到有效的參考。

2 數控機床電氣控制系統的設計

數控機床電氣控制系統的設計是一項非常專業的工作。為了充分發揮數控機床電氣控制系統的應用優勢，基于模塊化的設計理念，合理地將數控機床電氣控制系統劃分為了3個模塊，即硬件電路、PLC程序和參數設置。從數控機床的控制管理角度，可將這3個模塊劃分為多個小模塊，從而提高數控機床電氣控制系統的設計水平。

2.1 電源電路

電源電路是保證數控機床正常運行的根本，在進行設計時需要根據數控機床的運行要求，結合電氣控制設計的相關標準對電源進行優化設計。具體的設計指的是在設計過程中一般采用380V伺服變壓器，然后通過對風機和伺服驅動模塊進行科學的設置來保證數控機床運行過程中的正常電能供應。此外，對于電源電路的設計，其中的電壓也需要進行合理的設置，像接觸器供電采用的是220V控制變壓器，而對于電磁閥和Z軸的制動器供電，其采用的是直流24V控制電壓。對于電氣控制系統，其220V的電路主要用來對數控機床的電機、電氣箱冷卻機供電，直流24V控制電壓對直流繼電器等進行供電。

2.2 交流進給傳動電路設計

對于交流進給傳動電路，其在進行設計時需要采取精確的指標控制，保證數控機床的正常運行。但在進行實際的設計時，其主要是為切削供給和中心直線坐標中進行科學合理的定位，因此，在進行這一交流進給傳動電路設計時采用的往往是半閉環控制模式，通過這種模式能夠對數控機床的操作位置以及速度進行準確有效的反饋。此外，對于數控機床中的伺服電機和滾珠絲杠，兩者之間主要是通過副直聯驅動進行連接，而對于電氣控制系統中的絲杠剛度等，由于其屬于非線性模塊，在進行控制方式的選擇是主要選擇的是閉環控制，這樣能夠寶恒電氣控制系統運行過程中的可靠性。

2.3 PLC程序設計

PLC程序設計是整個數控機床電氣控制系統設計的核心。PLC程序的處理時間為10～100 ms，可滿足數控機床的運行要求。但對于某些需要較快響應速度的數控機床而言，PLC的程序設計應包括高級程序和低級程序。根據不同的控制功能，又可以將低級程序合理地劃分為多個不同的小模塊，比如操作面板、潤滑和冷卻電動機、主軸定向、換刀、正反轉、變檔、回參考點和進給等。通過編制合理的PLC程序，可實現對數控機床電氣控制系統的精確控制。

2.4 監控和急停保護電路

數控機床的運行具有一定的危險性，因此，監控和急停保護電路的設計非常重要。監控和急停保護電路包括伺服變壓器過熱檢測、機床壓力和潤滑油位檢測、數控機床急停以及機械電機、冷卻電機、潤滑電機和刀庫電機等的過載檢測。如果數控機床在運行過程中存在問題或異常情況，則監控和急停保護電路會及時發出報警信息。因此，應做好電氣控制系統的保護工作，從而確保數控機床的運行可靠、穩定、安全。

綜合上述所說，對于數控機床來說，其在運行的過程中最為重要的組成部分就是電氣控制系統，通過電氣控制系統能夠保證數控機床的科學高效運行。但在進行實際的生產時，由于不同的生產過程對數控機床的電氣控制系統需求不同，導致其設計的模塊需要進行不同的調整，為了保證數控機床的正常運行，提高生產效率，需要對電氣控制系統進行科學合理的設計，并通過 PLC 程序的編制實現不同的控制功能需求，這是數控機床電氣控制系統的設計目的。

[1]王浩.基于PLC的數控機床電氣控制系統研究[J].中國高新技術企業，2014(21).

[2]劉彩霞，楊春.數控機床電氣控制系統的PLC設計[J].煤礦機械.2014(2)：213-214.

[3]管懷蓉.數控機床改造的實踐性探索[J].裝備制造技術，2010年12期.