數控機床的電氣控制系統設計分析

于福來

摘 要：隨著工業自動化的不斷發展，數控機床的應用越來越普遍。電氣控制系統作為數控機床的重要組成部分，對機床的整體性能有著決定性的影響。因此，對數控機床的電氣控制系統設計進行研究探討是十分必要的。為了滿足工業生產的實際需要，提高數控機床的經濟性以及穩定性，應該有效結合先進技術，不斷對電氣控制系統進行優化與完善。本文將以電氣控制系統為切入點，對數控機床的電氣控制系統設計進行闡述分析。

關鍵詞：數控機床 電氣控制 系統設計

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0010-02

1 數控機床

數控機床是一種自動化設備，通過程序控制系統來控制機床動作，按照加工圖紙的具體要求，自動對零部件進行加工處理。數控機床是機電一體化最具代表性的產品，其種類繁多，按照不同的工藝用途，可以分為數控車床、數控銑床、數控鉆床、數控鏜床以及數控齒輪加工中心等；按照不同的控制方式，可以分為開環控制數控機床、半閉環控制數控機床以及閉環控制數控機床三類。與常規加工機床相比較，數控機床具有以下優勢：（1）加工精度教高，加工質量比較穩定，加工零件的結構標準化、具有一定的互換性；（2）適應性較強，可加工各種不規則形狀的零部件；（3）生產流程規范化，有益于生產管理；（4）生產效率較高，只需變更數控程序即可加工不同零件，有效減少零件加工和輔助時間；（5）自動化水平較高，在很大程度上減少了工作量，削減了勞動強度。

2 數控機床電氣控制系統的重要性分析

隨著國民經濟的飛速發展，科學技術的不斷進步，工業產業對產品質量以及生產效率也提出了更高的要求。為了滿足工業市場需求，傳統的機械加工機床逐漸被數控機床所替代?，F如今，數控機床已被廣泛應用于機械加工的各個領域當中，操作人員只需調取事先錄入的加工程序就可以直接進行零部件加工，大幅度提高了加工效率的同時，還有效避免了因人為失誤所造成的成本浪費。近些年，市場經濟不斷向國際化發展，世界各國之間的經濟以及技術交流愈發頻繁，這在創造發展機遇、開拓營銷市場的同時，也為工業產業帶來不小的挑戰。數控加工技術是工業生產水平的重要體現，是產品加工質量和生產效益的有力保障，是推助我國工業產業長期發展的根本動力。而電氣控制系統對數控機床的性能有著決定性作用，因此，深入研發數控技術，不斷優化數控機床的電氣控制系統設計，是提高國際市場競爭實力、促進經濟增長的有效途徑，相關研發人員應吸取國外的先進經驗，結合自身特點，對電氣控制系統設計進行合理規劃，從而提高數控加工的質量和效率。同時，要加大在數控專業人才培養方面的投入，采取相關必要措施，有效防止乃至避免人才流失，進而為我國工業產業的穩定、可持續發展提供人才保障。

3 數控機床的電氣控制系統設計

數控機床的電氣控制系統設計專業性較強，涉及的內容也相對比較廣泛，基于模塊化設計的理念基礎，可以將數控機床的電氣控制系統分為硬件電路、PLC程序以及參數設置三個重要組成部分。

3.1 硬件電路設計

3.1.1 監控和急停保護電路設計

數控機床工作時具有一定風險，為了保證操作人員的人身安全，監控和急停保護裝置是必不可少的。監控和急停保護電路主要有高溫檢測、油位檢測、壓力檢測以及過載檢測等職能。一旦出現異常情況，保護電路會及時報警，必要時會緊急停車，為數控機床安全、可靠的運行提供有力保障。

3.1.2 電源電路

電源電路是直接影響數控機床運行狀態的重要因素，必須嚴格遵守相關電氣標準要求，充分考慮機床的實際需求，對其進行優化設計。當供電中斷之后，數控機床信號將會歸零；供電正常之后，信號能夠得以自動恢復，進而保障數控機床運行的連續性以及穩定性。同時，電源電路設計還需對電壓設置的合理性進行充分考量。比如說，接觸器類一般選擇的控制變壓器為110V，而電磁閥以及Z軸制動器的24V供電電壓則是由27V的電壓通過整流之后得到的。數控機床的電氣控制系統有兩條220V電路，一條直接供電于潤滑電機、電氣箱冷氣機；另一條經開關電源變為24V電壓后，供電于直流繼電器以及伺服模塊等。

3.1.3 交流進給傳動電路設計

交流進給傳動電路設計對數控機床的加工精度有著非常重要的影響。在實踐生產過程中，數控機床的進給傳動系統一方面為切削加工提供動力，另一方面用于定位中心直線坐標軸。設計交流進給傳動電路時，大多數選用半閉環控制系統，進而精確反饋機床的具體操作位置以及運行速度。再有，數控機床的伺服電機與滾珠絲杠之間選用副直聯驅動的連接方式，而對于非線性模塊，如傳動裝置間隙、絲杠剛度等則采用閉環控制模式，以便進一步提高電氣控制系統的安全、穩定性能。

3.1.4 交流主傳動電路設計

進行主傳動電路設計時，在滿足相關電氣控制設計標準、保證穩定性的同時，要盡可能提高數控機床的工作效率。同時，需要配備刀具自動裝卸裝置，實現自動換刀功能，確保數控機床在停/啟動、正/反轉等過程中的刀具動作的精確性和高效性。此外，不論數控機床的運行速度如何，運行功率和轉矩都需要充分供應。

3.2 參數設置設計

參數設置設計，簡單來說，就是在滿足相關規范要求的前提下，基于客戶的實際需求，通過對數據參數進行科學、合理的規劃，確保數控機床的高效性與穩定性，進而實現數控機床的功能最大化。對數控機床而言，其參數設置主要是由PLC控制系統完成的，因此，在參數設置的實際設計過程中，應該充分考慮數控機床的結構功能特性，對電氣控制參數進行合理設置；同時，還需在滿足電氣控制系統的結構功能等相關需求的前提下，進行系統參數以及驅動參數的設置，進而保證數控機床能夠依照生產所需正常運行。

3.3 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中最為關鍵的環節。一般來說，PLC程序處理信息的時間大致在10～100ms之間，基本上能夠滿足常規生產需求。然而，隨著科技的不斷發展，市場競爭趨于白熱化，相應的工業生產效率要求也越來越嚴格，這就要求PLC程序要有高級程序、低級程序兩種模式。同時，按照控制功能不同，還可以對低級程序進一步細分。比如說冷卻電機、控制面板以及主軸定向等的PLC程序設計過程并不復雜，通過低級程序就可以完成。設計適當的PLC程序，對各級別的PLC程序進行有效整合，進而保證數控機床的電氣控制系統的精確性。

4 結語

總而言之，由于數控機床種類繁多，不同用途的數控機床的結構和功能也不盡相同。而電氣控制系統作為數控機床的核心組成部分，對機床的整體性能有著決定性的影響。因此，為了滿足實際生產過程中的不同需求，應對數控機床的電氣控制系統進行優化設計。在滿足相關電氣設計標準的前提下，合理設置系統參數，有效整合各級PLC程序，提高數控機床的高效性、穩定性和可行性，為我國的工業產業化建設提供推助力，從而增強我國工業產業在國際市場上的競爭實力。

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