数控机床的电气控制系统设计分析

于福来

摘 要：随着工业自动化的不断发展，数控机床的应用越来越普遍。电气控制系统作为数控机床的重要组成部分，对机床的整体性能有着决定性的影响。因此，对数控机床的电气控制系统设计进行研究探讨是十分必要的。为了满足工业生产的实际需要，提高数控机床的经济性以及稳定性，应该有效结合先进技术，不断对电气控制系统进行优化与完善。本文将以电气控制系统为切入点，对数控机床的电气控制系统设计进行阐述分析。

关键词：数控机床 电气控制 系统设计

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0010-02

1 数控机床

数控机床是一种自动化设备，通过程序控制系统来控制机床动作，按照加工图纸的具体要求，自动对零部件进行加工处理。数控机床是机电一体化最具代表性的产品，其种类繁多，按照不同的工艺用途，可以分为数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床以及数控齿轮加工中心等；按照不同的控制方式，可以分为开环控制数控机床、半闭环控制数控机床以及闭环控制数控机床三类。与常规加工机床相比较，数控机床具有以下优势：（1）加工精度教高，加工質量比较稳定，加工零件的结构标准化、具有一定的互换性；（2）适应性较强，可加工各种不规则形状的零部件；（3）生产流程规范化，有益于生产管理；（4）生产效率较高，只需变更数控程序即可加工不同零件，有效减少零件加工和辅助时间；（5）自动化水平较高，在很大程度上减少了工作量，削减了劳动强度。

2 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。

3 数控机床的电气控制系统设计

数控机床的电气控制系统设计专业性较强，涉及的内容也相对比较广泛，基于模块化设计的理念基础，可以将数控机床的电气控制系统分为硬件电路、PLC程序以及参数设置三个重要组成部分。

3.1 硬件电路设计

3.1.1 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。

3.1.2 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。

3.1.3 交流进给传动电路设计

交流进给传动电路设计对数控机床的加工精度有着非常重要的影响。在实践生产过程中，数控机床的进给传动系统一方面为切削加工提供动力，另一方面用于定位中心直线坐标轴。设计交流进给传动电路时，大多数选用半闭环控制系统，进而精确反馈机床的具体操作位置以及运行速度。再有，数控机床的伺服电机与滚珠丝杠之间选用副直联驱动的连接方式，而对于非线性模块，如传动装置间隙、丝杠刚度等则采用闭环控制模式，以便进一步提高电气控制系统的安全、稳定性能。

3.1.4 交流主传动电路设计

进行主传动电路设计时，在满足相关电气控制设计标准、保证稳定性的同时，要尽可能提高数控机床的工作效率。同时，需要配备刀具自动装卸装置，实现自动换刀功能，确保数控机床在停/启动、正/反转等过程中的刀具动作的精确性和高效性。此外，不论数控机床的运行速度如何，运行功率和转矩都需要充分供应。

3.2 参数设置设计

参数设置设计，简单来说，就是在满足相关规范要求的前提下，基于客户的实际需求，通过对数据参数进行科学、合理的规划，确保数控机床的高效性与稳定性，进而实现数控机床的功能最大化。对数控机床而言，其参数设置主要是由PLC控制系统完成的，因此，在参数设置的实际设计过程中，应该充分考虑数控机床的结构功能特性，对电气控制参数进行合理设置；同时，还需在满足电气控制系统的结构功能等相关需求的前提下，进行系统参数以及驱动参数的设置，进而保证数控机床能够依照生产所需正常运行。

3.3 PLC程序设计

PLC程序设计是整个数控机床电气控制系统设计中最为关键的环节。一般来说，PLC程序处理信息的时间大致在10～100ms之间，基本上能够满足常规生产需求。然而，随着科技的不断发展，市场竞争趋于白热化，相应的工业生产效率要求也越来越严格，这就要求PLC程序要有高级程序、低级程序两种模式。同时，按照控制功能不同，还可以对低级程序进一步细分。比如说冷却电机、控制面板以及主轴定向等的PLC程序设计过程并不复杂，通过低级程序就可以完成。设计适当的PLC程序，对各级别的PLC程序进行有效整合，进而保证数控机床的电气控制系统的精确性。

4 结语

总而言之，由于数控机床种类繁多，不同用途的数控机床的结构和功能也不尽相同。而电气控制系统作为数控机床的核心组成部分，对机床的整体性能有着决定性的影响。因此，为了满足实际生产过程中的不同需求，应对数控机床的电气控制系统进行优化设计。在满足相关电气设计标准的前提下，合理设置系统参数，有效整合各级PLC程序，提高数控机床的高效性、稳定性和可行性，为我国的工业产业化建设提供推助力，从而增强我国工业产业在国际市场上的竞争实力。

参考文献

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