数控机床电气控制系统的分析与设计

尤卫东

【摘要】随着社会科技的快速发展，数控机床电气控制技术也在不断的改进和完善。本文对数控机床的电气控制系统设计进行了分析。

【关键词】数控机床;电气控制系统;设计

数控系统是数控机床的核心，数控机床电气控制系统直接影响着整个控制系统的性能。因此应按照电气控制的原理来进行规范的设计，使得设计出的数控机床的电气控制系统能够保证数控机床安全可靠的运行。因此对数控机床的電气控制系统设计进行分析是非常必要的。

一、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。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。

在电气控制系统中，进给系统主要是定位加工中心的直线坐标轴，并进行切削进给，进给系统决定着机床的工作状态及精度。进给轴的采用方式主要有线轨及硬轨，采用硬轨的进给轴的负载能力强，与机械的接触面较大，阻力大，主要用于模具的加工。主要采用线轨的进给轴的负载能力弱，与机械接触面较小、阻力小，主要用于轻载切削。急停、监控保护电路主要需要设定电机过载检测、机床紧急停止等功能，并在机床的工作状况出现问题时进行报警，保证机床运行的可靠性。至于刀具交换装置传动电路，刀库的运行由电动机驱动凸轮机构来实现，同时通过接近开关进行技术结合凸轮机械手来获得准确定位、快速换刀的效果。换刀时应根据刀具的直径来确定换刀的方式，避免产生相互干涉的现象发生，小直径的刀具采用随机的换刀方式，大直径的换刀方式采用固定套换刀的方式。

二、PLC程序及参数的设定

PLC是数控机床电气控制的重要组成部分，在数控机床的运行中发挥着不可忽视的作用，PLC程序在处理数控机床的信息时，需要的处理时间一般在几十到几百毫秒之间，这种处理速度能够完成大多数信息的处理，但仍存在少量的信息需要更高的响应速度。因此在进行数控机床的电气控制系统的设计中，会将PLC程序设计为高级程序和低级程序两部分，高级的部分用来处理系统中的一些紧急信号，低级的部分用来处理系统中的普通信息以及进行程序的控制工作。参数是指完成数控机床电气控制系统及机床功能需要设定的数值，在设计时应详细考虑加工中心对机构功能的需求，充分发挥出数控机床的性能，设定出合理的参数，保证数控机床的安全运行。

三、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。最后做好控制系统各电路的检测，保证数控机床能够更加安全稳定的运行。

综上所述，数控机床的电气控制系统设计优劣直接影响着控制系统的性能，并且对于提高数控机床的生产效率及质量有着非常重要的作用。合理科学的设计出完善的电气控制系统，降低机床工作的故障率，提高数控机床的加工效率和工作质量，有效提高数控机床运行的安全性和可靠性，使数控机床能够更好的满足加工中心的生产需要。