【摘要】數(shù)控機床是實現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)的重要基礎(chǔ)裝備，關(guān)系到國家發(fā)展的戰(zhàn)略地位。本文針對數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)特點、數(shù)控系統(tǒng)、主軸伺服系統(tǒng)及進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)行了研究。依據(jù)數(shù)控機床的性能要求提出了一套完整的電氣設(shè)計方案，該方案具有快速響應(yīng)、高可靠性和長壽命的特點，對其他機床的電氣設(shè)計具有一定的意義。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控車床；電氣設(shè)計

1.數(shù)控車床

數(shù)控車床適合于盤、套、短軸類零件高效、精密加工，其主要功能為可進(jìn)行直線和圓弧插補，螺紋和可變螺紋的切削以及剛性攻絲，刀具偏置、補償和快速切換，可在各種坐標(biāo)系之間進(jìn)行切換以及反向間隙和螺距誤差的補償?shù)裙δ堋?/p>

本文中所涉及的數(shù)控機床其主傳動和進(jìn)給系統(tǒng)均采用無間隙聯(lián)接方式。機床夾盤采用液壓或氣動形式，機床尾坐的定位夾緊及套筒移動均采用自動方式。機床設(shè)置德國產(chǎn)六工位或八工位電動刀架。本機床采用交流全數(shù)字式伺服系統(tǒng)，提高響應(yīng)時間和抗干擾能力，主軸驅(qū)動采用交流全數(shù)字驅(qū)動器和交流無刷伺服電機，可實現(xiàn)了機床的恒線速切削。該數(shù)控機床在結(jié)構(gòu)和配置上可以滿足快速響應(yīng)，高轉(zhuǎn)速，切削精度高的特點。

2.機床電氣系統(tǒng)設(shè)計方案

機床電氣系統(tǒng)作為機床的重要組成部分，不僅提供機床各部分電力而且還要協(xié)調(diào)控制機床各系統(tǒng)的運行。機床電氣系統(tǒng)中設(shè)置有大量繼電器構(gòu)成復(fù)雜的邏輯控制電路，主要通過接收由操作面板及機床各部分位置開關(guān)傳來的信號硬件進(jìn)行邏輯運算，進(jìn)而確定機床的運行狀態(tài)并加以控制。其具有如下的功能：主軸運動的控制、各坐標(biāo)軸上所設(shè)有的伺服電機控制、電動刀架，同時具有對潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的輔助控制功能。

本文中所設(shè)計的數(shù)控機床其數(shù)控系統(tǒng)采用目前較為常見的Fanuc數(shù)控系統(tǒng)，主軸部分選取了伺服主軸。在進(jìn)給伺服系統(tǒng)方面驅(qū)動器采用全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器以提高響應(yīng)時間避免干擾；電機上選用交流無刷伺服電機，降低其故障率。選用德國六工位或八工位的電動刀架。

2.1 數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)的選擇

數(shù)控機床在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，自動地按給定的程序進(jìn)行指定的運動進(jìn)而實現(xiàn)對機械零件的自動化加工。數(shù)控系統(tǒng)主要由程序I/O設(shè)備、計算機控制裝置、可編程序控制器（PLC）、主軸和進(jìn)給驅(qū)動裝置等組成的一個復(fù)雜的系統(tǒng)即CNC系統(tǒng)。其主要進(jìn)行對輸入程序進(jìn)行譯碼、實現(xiàn)自主刀具補償、對進(jìn)給速度進(jìn)行處理、插補、位置控制、I/O處理、顯示機床運行狀態(tài)和故障的診斷等工作?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)采用了高速微處理器、高速專用PLC和大容量高速存儲器等優(yōu)質(zhì)硬件，并且通過其內(nèi)嵌的專用軟件實現(xiàn)了對復(fù)雜零部件的加工。

2.2 機床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選擇與控制原理

設(shè)計中選用全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器和交流伺服電機以實現(xiàn)快速響應(yīng)精確加工的要求。設(shè)計上采用成本相對低廉的半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)來滿足兩向插補的進(jìn)給運動。下圖2.1為半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)原理圖。

速度環(huán)中旋轉(zhuǎn)編碼器為速度反饋的檢測裝置。由電流調(diào)節(jié)器和功率驅(qū)動放大器等部分組成電流環(huán)。由速度控制單元、CNC中的位置控制模塊、位置檢測及反饋控制單元等部分組成位置環(huán)。CNC系統(tǒng)直接對信號進(jìn)行取樣、分析、處理和控制；直接對電機的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制，實現(xiàn)對電機的高響應(yīng)速度、高位置精度控制。

2.3 機床主軸伺服系統(tǒng)

數(shù)控機床主軸的伺服系統(tǒng)通常具有以下特點：

（1）采用微處理器和適合的控制理論進(jìn)行控制，以達(dá)到系統(tǒng)的運行平穩(wěn)。（2）驅(qū)動器采用全數(shù)字控制無需D/A轉(zhuǎn)換，控制精度高抗干擾性強。（3）系統(tǒng)人機界面設(shè)置靈活便于調(diào)整設(shè)置參數(shù)。（4）交流主軸伺服電動機采用無刷結(jié)構(gòu)，避免了因電刷帶來的故障。

3.機床強電回路電氣設(shè)計

3.1電器元件的分類

機床中采用的電器元件按照不同的用途大致可分為三類：（1）控制類電器元件：在控制系統(tǒng)中用對電動機運行狀態(tài)進(jìn)行控制的器件，如交流接觸器，中間繼電器等。（2）保護(hù)類電器元件：用來對某些系統(tǒng)或機構(gòu)起到保護(hù)作用的器件，如電機溫控器、熔斷器和斷路器等。（3）執(zhí)行類電器元件：給機械機構(gòu)提供動作所需的動力或使機械裝置保持在固定位置的一種電器元件，如電磁離合器。

3.2電動刀塔部分的連接電路

數(shù)控車床的電氣設(shè)計中通常針對機床的三個主要部分繪制電氣原理圖。首先是主回路部分，其中包括驅(qū)動器電源回路、液壓和冷卻泵回路、各種控制電路；其次可編程控制器（PLC）需要的機床側(cè)的各輸入輸出點及其他電器元件的接線圖，最后是主軸和進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)的接線圖。本文中提到的數(shù)控機床其電氣部分的設(shè)計主要難點在于電動刀塔部分的設(shè)計。

結(jié)論

通過對某數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)和加工零部件的要求完成了其電氣部分的設(shè)計工作。在后續(xù)的實際應(yīng)用中其加工性能滿足了客戶對機床的要求。該機床的電氣部分可靠性，器件使用壽命長，得到了客戶的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)

[1]張璇.呂英波普通機床數(shù)控化改造中的電氣設(shè)計[期刊論文]-機電技術(shù)2007，30（4）

[2]楊海波.GMBW250×60動梁式加工機床電氣設(shè)計[學(xué)位論文]2006

[3]華為實，陳金鐸.HUA Wei-shi.CHEN Jin-duo 加工中心電氣設(shè)計分析[期刊論文]-四川輕化工學(xué)院學(xué)報2000，13（2）

[4]趙志利.XHA714數(shù)控機床電氣系統(tǒng)設(shè)計[學(xué)位論文]2010

[5]王悅.CT40型數(shù)控車床控制系統(tǒng)開發(fā)[學(xué)位論文]2005

[6]李國萍.基于PLC的數(shù)控機床電氣控制問題[期刊論文].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（33）