数控机床的电气控制系统设计李德灵

数控机床的电气控制系统设计李德灵

李德灵

（身份证号码：44142419920116xxxx）

摘要：伴随着科技的不断进步，科技也在逐渐发展，而电气企业为了提高自身的生产效益，加强产品的质量控制，逐渐开始进行生产智能化研究，在这一过程中，数控机床发挥了重要的作用，保证了企业的经济效益。随着市场竞争的逐渐激烈，传统的数控机床电气控制系统已经不在适用当前的企业生产，为了有效提高企业的经济效益，保证企业的发展潜力，本文作者对当前的数控机床电气控制系统设计进行了简单的分析。

关键词：数控机床；电气控制；经济效益

一般情况下，很多企业都乐于对数控机床的电气控制系统进行合理化的深入探究。因为相比于其他机械，数控机床的电气控制系统的常用寿命只有10年左右。只有完善数控机床的电气控制系统，才能在一定程度上减少耗损，延长使用寿命。对于企业而言，这种探究具有重要的现实意义。

1.数控机床电气控制系统的重要性分析

随着国民经济的飞速发展，科学技术的不断进步，工业产业对产品质量以及生产效率也提出了更高的要求。为了满足工业市场需求，传统的机械加工机床逐渐被数控机床所替代。现如今，数控机床已被广泛应用于机械加工的各个领域当中，操作人员只需调取事先录入的加工程序就可以直接进行零部件加工，大幅度提高了加工效率的同时，还有效避免了因人为失误所造成的成本浪费。近些年，市场经济不断向国际化发展，世界各国之间的经济以及技术交流愈发频繁，这在创造发展机遇、开拓营销市场的同时，也为工业产业带来不小的挑战。数控加工技术是工业生产水平的重要体现，是产品加工质量和生产效益的有力保障，是推助我国工业产业长期发展的根本动力。而电气控制系统对数控机床的性能有着决定性作用，因此，深入研发数控技术，不断优化数控机床的电气控制系统设计，是提高国际市场竞争实力、促进经济增长的有效途径，相关研发人员应吸取国外的先进经验，结合自身特点，对电气控制系统设计进行合理规划，从而提高数控加工的质量和效率。同时，要加大在数控专业人才培养方面的投入，采取相关必要措施，有效防止乃至避免人才流失，进而为我国工业产业的稳定、可持续发展提供人才保障。

2.控制系统中的硬件电路

控制系统的硬件电路主要包括电源电路、交流主传动电路、交流进给传动电路、刀具交换装置传动电路等。电源电路在设计时需要根据电气控制系统的具体要求来进行，通过伺服变压器输出的交流电压来伺服驱动风机及模块，通过控制变压器输出的交流电来带动接触器，然后通过直流电压来供给Z轴制动器及电磁阀。交流主传动电路是控制系统中非常重要的组成部分，并且对主轴的控制要求较高。其中主轴电机的选型可根据车削功率来进行，其可以通过切削功率PC以及主传动链的总效率η来进行估算，即P=PC/η0。根据数控机床的规格即可选择所需要的电动机的型号。对主轴电机的电气控制系统进行设计时应注意当系统长时间超负荷工作时，会使得电机出现过载或过热的情况，因此，数控机床会有设定的过热温度阈值，超过设定的温度两分钟就会输出过热的信号，系统会根据信号发出相应的报警。若出现其他的问题，如电动机内部出现功率失常、转速不匹配等微小的问题，就会被变频器检测到然后发送给CNC系统，并通过相应的报警。若出现短路、断电等外部因素，则由数控机床电气控制系统进行解决。若出现突然的断电情况，CNC、变频器及PLC等的后备电源会及时存储系统中的一些重要的程序和数据。若突然短路，漏电开关检测到电流超过人体能够承受的电流会自动断开。并且主轴电机内置有编码器，编码器可以检测主轴的位置及速度，并且能控制主轴闭环速度，同时可利用PLC向CNC发送主轴的运行状况，可以完整的控制主轴的功能。

2.1监控和急停保护电路设计

数控机床工作时具有一定风险，为了保证操作人员的人身安全，监控和急停保护装置是必不可少的。监控和急停保护电路主要有高温检测、油位检测、压力检测以及过载检测等职能。一旦出现异常情况，保护电路会及时报警，必要时会紧急停车，为数控机床安全、可靠的运行提供有力保障。

2.2电源电路

电源电路是直接影响数控机床运行状态的重要因素，必须严格遵守相关电气标准要求，充分考虑机床的实际需求，对其进行优化设计。当供电中断之后，数控机床信号将会归零；供电正常之后，信号能够得以自动恢复，进而保障数控机床运行的连续性以及稳定性。同时，电源电路设计还需对电压设置的合理性进行充分考量。比如说，接触器类一般选择的控制变压器为110V，而电磁阀以及Z轴制动器的24V供电电压则是由27V的电压通过整流之后得到的。数控机床的电气控制系统有两条220V电路，一条直接供电于润滑电机、电气箱冷气机；另一条经开关电源变为24V电压后，供电于直流继电器以及伺服模块等。

2.3交流进给传动电路设计

对于交流进给传动电路，其在进行设计时需要采取精确的指标控制，保证数控机床的正常运行。但在进行实际的设计时，其主要是为切削供给和中心直线坐标中进行科学合理的定位，因此，在进行这一交流进给传动电路设计时采用的往往是半闭环控制模式，通过这种模式能够对数控机床的操作位置以及速度进行准确有效的反馈。此外，对于数控机床中的伺服电机和滚珠丝杠，两者之间主要是通过副直联驱动进行连接，而对于电气控制系统中的丝杠刚度等，由于其属于非线性模块，在进行控制方式的选择是主要选择的是闭环控制，这样能够宝恒电气控制系统运行过程中的可靠性。

2.4交流主传动电路设计

交流主传动电路设计是为了保证数控机床的稳定、高效运行。这些电路元器件包括NCU、伺服驱动器、电机、PLC、反馈检测模块等，其设计对于数控机床的正常运行至关重要，缺一不可。想要保证数控机床的稳定运行，还需要不断完善、设计优化各项系统参数。

3.软件系统设置

软件系统设置中，参数设置至关重要。数控机床电气控制系统的正常运行，主要依赖NCU控制系统的参数设置和PLC控制系统的程序编写。这些参数设置及程序编写可以保证数控机床根据实际生产需要进行运作，最终顺利完成生产过程。PLC程序设计是数控机床电气控制系统的软件核心，而CPU又是PLC程序设计的心脏。PLC程序设计分为高级和低级两个优先级。其中，高优先级一般是为了处理系统中的紧急信号，低优先级主要负责处理系统中的正常信息。PLC程序设计中，供电系统占据重要地位。供电的程序设计则主要包括系统上电和下电的时序。如果处理不好或者不合理，将严重影响整个控制系统的正常工作或是机床设备的使用寿命，甚至危及生产安全。所以，PLC的供电程序一直都备受关注。

4.数控机床的电气布局和安装

数控机床的电气布局及安装直接影响着电气系统的安全运行，因此在进行布局和安装时应考虑全面，规范操作。在进行电气的布局时应注意便于电气操作人员的维修和安装，布局时需要分散强干扰源，将强电与弱电隔开，并保证容易受到干扰的器件和干扰源之间有足够的距离。在进行电气控制系统的安装时要科学、有序的进行，安装时应根据实际的情况、器件的特性科学安排好其走线及连线，合理布局接口端子。并仔细检查接口是否牢固，保证所有的电线联结都符合要求。套线码时若接线的方式是竖向，线码的读数从上向下，若接线的方式是横向，读数的方式则是从左向右。在给元器件上紧螺丝后需要标记红点。交流控制线及动力线用线的颜色是黑色或红色，直流电源线用线的颜色是蓝色。安装元件时要按照一定的层次进行，应先在底板上安装已经做好的内部线的模块，然后将元器件间的细线安装好，最后进行粗线的元器件的安装。连线的安装应注意原本没有装好线的元件在安装到底板之后，需要根据电气图来进行接线，并对照对应的万能端子排列接线，装线的元件只需安装相应的万能端子排列来进行接线。

结论

综合上述所说，对于数控机床来说，其在运行的过程中最为重要的组成部分就是电气控制系统，通过电气控制系统能够保证数控机床的科学高效运行。但在进行实际的生产时，由于不同的生产过程对数控机床的电气控制系统需求不同，导致其设计的模块需要进行不同的调整，为了保证数控机床的正常运行，提高生产效率，需要对电气控制系统进行科学合理的设计，并通过PLC程序的编制实现不同的控制功能需求，这是数控机床电气控制系统的设计目的。

参考文献：

[1]王峰.浅析数控机床电气控制系统的故障诊断与维护[J].科技展望.2015（7）：144.

[2]刘彩霞，杨春.数控机床电气控制系统的PLC设计[J].煤矿机械.2014（2）：213-214.