張剛

（營(yíng)口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營(yíng)口 115000）

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求機(jī)械產(chǎn)品具有較高的精度和復(fù)雜性，產(chǎn)品的替換也在加快，這不僅要求機(jī)床的精度和效率，還要求機(jī)床的通用性和靈活性。

一、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)綜述

（一）數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應(yīng)用數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)的必要裝置。它可以是穿孔磁帶閱讀器（很少使用）、3.5英寸軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、數(shù)控鍵盤(pán)（一般輸入操作）、配有數(shù)控系統(tǒng)的硬盤(pán)和驅(qū)動(dòng)器（用于保護(hù)大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)）、磁帶驅(qū)動(dòng)器（很少使用）、PC計(jì)算機(jī)等。

（二）數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床中心，它將接收到的所有功能指令進(jìn)行解碼、操作，然后有序地發(fā)出各種所需的運(yùn)動(dòng)指令和各種機(jī)床功能控制指令，直到運(yùn)動(dòng)和功能結(jié)束。

（三）可編程邏輯控制器是機(jī)床各項(xiàng)功能的邏輯控制中心。它將從數(shù)控各種動(dòng)作和功能的指令邏輯順序，使它們能夠準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)、有序的安全運(yùn)行;同時(shí)，機(jī)器發(fā)出的各種信息和工作狀態(tài)將被傳送到數(shù)控，使數(shù)控能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)出進(jìn)一步的控制指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)器的控制。

（四）主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接收來(lái)自CNC的驅(qū)動(dòng)指令，通過(guò)速度和扭矩（功率）調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)主電機(jī)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)接收速度反饋，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制。它還通過(guò)PLC將主軸的各種實(shí)際工作狀態(tài)通知數(shù)控來(lái)完成對(duì)主軸的各項(xiàng)功能控制。

主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身有許多參數(shù)集,這些參數(shù)直接影響主軸的旋轉(zhuǎn)特性,其中一些不能丟失或改變,如指示電機(jī)的參數(shù)規(guī)格,一些可以根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整,如零點(diǎn)漂移。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床還具有與主軸相關(guān)的機(jī)床數(shù)據(jù)，且功能與主軸的參數(shù)相同，所以傳動(dòng)系統(tǒng)要注意二者取一，不要沖突。

（五）提要從數(shù)控伺服系統(tǒng)接收速度指令為每個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸,和輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整速度和電流（轉(zhuǎn)矩）驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng),同時(shí),收到反饋信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制。通過(guò)PLC與CNC通訊，通知當(dāng)前的工作狀態(tài)，接受CNC的控制。

（六）隨著PLC功能的不斷加強(qiáng)，電氣硬件電路的主要任務(wù)是產(chǎn)生電源和控制電路，隔離繼電器部分和各種執(zhí)行電器（繼電器、接觸器），繼電器邏輯電路很少。但在一些進(jìn)口機(jī)床機(jī)柜中還有帶有一定邏輯控制自身的特殊組合繼電器的情況，這種元件一旦出現(xiàn)故障，除了更換，還可以將其拆下并由PLC邏輯更換。

（七）機(jī)床（電器件）包括所有電機(jī)、電磁閥、制動(dòng)器、開(kāi)關(guān)等。他們是機(jī)床的執(zhí)行者，又是機(jī)床的報(bào)告人。這里大多數(shù)可能的主要故障是由于電氣部件本身的損壞以及連接線和電纜的斷開(kāi)或斷裂造成的。

（八）速度測(cè)量通常是由安裝在主軸和進(jìn)給電機(jī)上的速度測(cè)量機(jī)來(lái)完成的。它將電機(jī)的實(shí)際速度與電壓值相匹配，并將其作為速度反饋信號(hào)反饋給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

（九）早期機(jī)床采用直線或圓形同步電感或旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行位置測(cè)量，而現(xiàn)代機(jī)床多采用光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測(cè)量元件。它們直接或間接測(cè)量機(jī)床在工作中坐標(biāo)軸的實(shí)際位置，將測(cè)量值反饋給CNC，并與指令位移進(jìn)行比較，直到坐標(biāo)軸到達(dá)指令位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的精確控制。

（十）外部設(shè)備一般指PC機(jī)、打印機(jī)等輸出設(shè)備，大多數(shù)不屬于機(jī)床的基本配置。與輸入設(shè)備一樣，使用中的主要問(wèn)題是匹配。

二、數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的電氣控制

（一）電流回路是為伺服電機(jī)提供轉(zhuǎn)矩的電路。一般來(lái)說(shuō)，它與電機(jī)之間的匹配和調(diào)整是由廠家來(lái)完成的，或者已經(jīng)指定了相應(yīng)的匹配參數(shù)。反饋信號(hào)也連接在伺服系統(tǒng)中，不需要接線和調(diào)整。

（二）速度環(huán)是控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的軸向速度的電路。速度調(diào)節(jié)器比例積分（PI）控制器,P,我調(diào)整值的大小完全取決于驅(qū)動(dòng)軸載荷和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)（鐵路、致動(dòng)器）傳動(dòng)剛度和傳動(dòng)間隙等機(jī)械性能,一旦這些特性發(fā)生明顯變化,第一次需要機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的修復(fù)工作,然后調(diào)整速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器。

最優(yōu)調(diào)節(jié)速度循環(huán)條件下的開(kāi)環(huán)位置環(huán)來(lái)完成,這個(gè)軸的水平運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)軸容易,對(duì)垂直軸的運(yùn)動(dòng)位置開(kāi)環(huán)自動(dòng)下落和危險(xiǎn),可以消除電機(jī)空載調(diào)整然后安裝電機(jī)和位置環(huán)調(diào)整或直接帶位置環(huán),然后需要有一定的經(jīng)驗(yàn)和專注。

（三）定位環(huán)是根據(jù)指令控制各坐標(biāo)軸精確位置的控制環(huán)。定位環(huán)最終會(huì)影響到坐標(biāo)軸的定位精度和工作精度。這項(xiàng)工作包括兩個(gè)方面:

1.位置測(cè)量元件精度與數(shù)控系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的匹配問(wèn)題。測(cè)量元件單位運(yùn)動(dòng)距離發(fā)出的脈沖數(shù)，應(yīng)與數(shù)控系統(tǒng)在外部倍頻電路和/或內(nèi)部倍頻系數(shù)后規(guī)定的分辨率一致。例如，如果位置測(cè)量元件的脈沖數(shù)為10 /mm，數(shù)控系統(tǒng)的分辨率為0.001mm，則測(cè)量元件發(fā)出的脈沖必須經(jīng)過(guò)100倍頻才能匹配。

2.正確設(shè)置和調(diào)整位置回路增益系數(shù)Kv。通常將Kv值設(shè)置為機(jī)床的數(shù)據(jù)，并指定數(shù)控系統(tǒng)中各坐標(biāo)軸的Kv值的設(shè)置地址和數(shù)值單位。最優(yōu)速度環(huán)調(diào)整后Kv值的設(shè)置是反映機(jī)器性能，影響最終精度的重要因素。Kv值是機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)性能的直接表達(dá)，而不是任意放大。Kv值的設(shè)定應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題。首先，需要滿足以下公式:

Kv=v/Δ

式中v——坐標(biāo)運(yùn)行速度，m/min

Δ——跟蹤誤差，mm

注意，不同的數(shù)控系統(tǒng)采用的單位可能不同，設(shè)置時(shí)要注意數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的單位。

其次要滿足各聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸的Kv值必須相同，以保證合成運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度。通常是以Kv值最低的坐標(biāo)軸為準(zhǔn)。

三、結(jié)束語(yǔ)

在機(jī)床的實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，為了提高數(shù)控機(jī)床的精度，定位控制裝置的選擇尤為重要。只有在充分了解熟悉數(shù)控電氣控制方法和技巧的細(xì)節(jié)后，才能為使機(jī)電行業(yè)做大做強(qiáng)打下良好的基礎(chǔ)。