和延斌

天津精誠機床股份有限公司

數(shù)控機床改造中的電氣設(shè)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(shù)、微電子技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機床的自動化水平有了明顯提高。當前的數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)還有一定的優(yōu)化空間。為了更好地滿足市場需求，進一步提高數(shù)控機床的可操控性和加工精度，推動生產(chǎn)工藝的轉(zhuǎn)型升級、更新?lián)Q代，相關(guān)研究人員應(yīng)從多方面考慮，采用先進的設(shè)計方法，結(jié)合電氣控制理論知識，做好數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計工作。簡要分析了數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，以供參考。

數(shù)控機床；電氣控制系統(tǒng)；微電子技術(shù)；加工精度

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

1 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的重要性分析

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

2 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計

數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計是一項非常專業(yè)的工作。為了充分發(fā)揮數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢，基于模塊化的設(shè)計理念，合理地將數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)劃分為了3個模塊，即硬件電路、PLC程序和參數(shù)設(shè)置。從數(shù)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(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計水平。

2.1 電源電路

電源電路是保證數(shù)控機床正常運行的根本，在進行設(shè)計時需要根據(jù)數(shù)控機床的運行要求，結(jié)合電氣控制設(shè)計的相關(guān)標準對電源進行優(yōu)化設(shè)計。具體的設(shè)計指的是在設(shè)計過程中一般采用380V伺服變壓器，然后通過對風(fēng)機和伺服驅(qū)動模塊進行科學(xué)的設(shè)置來保證數(shù)控機床運行過程中的正常電能供應(yīng)。此外，對于電源電路的設(shè)計，其中的電壓也需要進行合理的設(shè)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(tǒng)，其220V的電路主要用來對數(shù)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(shè)計

對于交流進給傳動電路，其在進行設(shè)計時需要采取精確的指標控制，保證數(shù)控機床的正常運行。但在進行實際的設(shè)計時，其主要是為切削供給和中心直線坐標中進行科學(xué)合理的定位，因此，在進行這一交流進給傳動電路設(shè)計時采用的往往是半閉環(huán)控制模式，通過這種模式能夠?qū)?shù)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(shù)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(lián)驅(qū)動進行連接，而對于電氣控制系統(tǒng)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(huán)控制，這樣能夠?qū)毢汶姎饪刂葡到y(tǒng)運行過程中的可靠性。

2.3 PLC程序設(shè)計

PLC程序設(shè)計是整個數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的核心。PLC程序的處理時間為10～100 ms，可滿足數(shù)控機床的運行要求。但對于某些需要較快響應(yīng)速度的數(shù)控機床而言，PLC的程序設(shè)計應(yīng)包括高級程序和低級程序。根據(jù)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(zhuǎn)、變檔、回參考點和進給等。通過編制合理的PLC程序，可實現(xiàn)對數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的精確控制。

2.4 監(jiān)控和急停保護電路

數(shù)控機床的運行具有一定的危險性，因此，監(jiān)控和急停保護電路的設(shè)計非常重要。監(jiān)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(shù)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(shù)控機床在運行過程中存在問題或異常情況，則監(jiān)控和急停保護電路會及時發(fā)出報警信息。因此，應(yīng)做好電氣控制系統(tǒng)的保護工作，從而確保數(shù)控機床的運行可靠、穩(wěn)定、安全。

綜合上述所說，對于數(shù)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(tǒng)，通過電氣控制系統(tǒng)能夠保證數(shù)控機床的科學(xué)高效運行。但在進行實際的生產(chǎn)時，由于不同的生產(chǎn)過程對數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)需求不同，導(dǎo)致其設(shè)計的模塊需要進行不同的調(diào)整，為了保證數(shù)控機床的正常運行，提高生產(chǎn)效率，需要對電氣控制系統(tǒng)進行科學(xué)合理的設(shè)計，并通過 PLC 程序的編制實現(xiàn)不同的控制功能需求，這是數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計目的。

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