1、    數(shù)控機床電氣控制技術及設計方法探析    摘 要：數(shù)控機床作為微電子、精密機械、計算機、自動感應、液壓傳動、自動控制等技術的綜合應用，是一種全新的加工設備。伴隨計算機技術和數(shù)控技術的深入發(fā)展以及生產(chǎn)技術的升級，數(shù)控機床的電控技術呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的勢頭，也已成為數(shù)控機床設計的重要組成部分。本文結(jié)合特定加工中心的實際情況，介紹了數(shù)控機床的電氣控制技術和設計方法。關鍵詞：數(shù)控機床電氣;控制技術;設計方法數(shù)控機床集檢測技術、機械制造技術、計算機信息技術、自動控制技術于一體，有效解決了高混合、小批量生產(chǎn)、精密、零件加工復雜的問題。如今，它已成為中國機械制造業(yè)

2、中最常用的設備之一。因此，數(shù)控機床的研究受到了工業(yè)界的廣泛關注，而作為數(shù)控機床主要組成部分的電氣控制系統(tǒng)成為數(shù)控機床設計工作的核心。1 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)伴隨計算機技術和數(shù)控技術的深入發(fā)展以及生產(chǎn)工藝的升級，數(shù)控機床的電控技術逐漸形成一個獨立的系統(tǒng)，成為數(shù)控機床設計的重要組成部分。如果要提高數(shù)控機床的安全性、可靠性、生產(chǎn)效率和加工精度，就需要加強對數(shù)控機床電氣控制原理和設計方法的研究。針對立式加工中心的實際情況，我們重點介紹數(shù)控機床的電氣控制技術和設計方法。該立式加工中心的電控系統(tǒng)主要由bi交流主軸伺服電機、svpm、13is系列交流進給伺服電機組和fanucoi-mate-mccnc系列數(shù)

3、字交流伺服模塊組成，svpm是進給伺服模塊和主軸伺服。驅(qū)動串行主軸和進給軸的模塊和功率模塊的集成設計顯示出高性價比和緊湊結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。2 數(shù)控機床工作原理及構(gòu)成1）數(shù)控機床工作原理。cnc機床不同于普通機床。其數(shù)控機床的工作原理根據(jù)零件的要求，使用cnc語言編寫加工順序和參數(shù)程序。在cnc設備對程序進行分析和處理之后，將執(zhí)行指令發(fā)送到伺服系統(tǒng)，以驅(qū)動并完成機床的運動部件。圖1顯示了正在進行的過程。2）數(shù)控機床構(gòu)成。cnc機床的復雜配置包括電子控制單元、機體、伺服系統(tǒng)、電源、檢測傳感器零件等。其中，伺服系統(tǒng)控制運動零件并執(zhí)行相關運動以調(diào)整運動速度和精度，以滿足零件加工的需要。檢測傳感器檢測轉(zhuǎn)臺的角

4、位移和工作臺的線性位移，并將檢測結(jié)果發(fā)送到計算機進行顯示或反饋控制。電子控制單元（計算機數(shù)控機床、cnc）對各種數(shù)字信息進行解碼，計算和邏輯處理，將生成的命令信息發(fā)送到伺服系統(tǒng)，然后根據(jù)設置的動作將其發(fā)送到機床提示進行處理。電源向機床提供電能以驅(qū)動機床，機床主體為各種切削提供了可操作的平臺。3 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的設計3.1 硬件電路1）電源電路和交流主傳動電路。需要電源電路根據(jù)所有控制設備的相關要求來完成電源設計。換句話說，伺服驅(qū)動器模塊和模塊風扇由伺服變壓器提供220v的電壓。從控制變壓器向控制變壓器接觸器提供1 iov。z軸制動器和電磁閥由整流器整流后的27v輸出24v供電。控制變壓器

5、的220v輸出清楚地分為兩個電路，數(shù)控機床的電氣箱空調(diào)和床潤滑馬達由特定電路、伺服模塊、cnc、dc繼電器以及開關電源后的其余電路的24v輸出供電。主軸的垂直加工中心控制要求包括：所涉及的速度必須在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，無論選擇哪種速度，它都可以提供足夠的扭矩和功率，以滿足切割需求。制動、正向傳動、反向旋轉(zhuǎn)、精確停止都可以反復實現(xiàn)，并且可以有效實現(xiàn)工具的自動裝卸，以支持自動換刀。該立式加工中心的主軸可以在0至6000fmin的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。另外，主軸電機的內(nèi)置編碼器可以檢測主軸速度和主軸位置，主軸的閉環(huán)速度主要由主軸控制器來實現(xiàn)。進行控制，但在精確的停止期間需要閉環(huán)位置控制。同時，主軸的

6、實際運行狀態(tài)可以通過內(nèi)置在cnc中的plc發(fā)送到cnc，從而可以控制主軸的各種功能。2）交流進給傳動電路。整個進給系統(tǒng)的能量直接影響著整機的精度指標和工作狀態(tài)，同時主要完成立式加工中心的線性坐標軸定位和切削供給。立式加工中心的進給系統(tǒng)主要采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)、電機與脈沖編碼器同軸，速度和位置同時反饋，x/yfz軸的滾珠絲杠與伺服電機配對。伺服系統(tǒng)中的各種非線性環(huán)節(jié)都是外部閉環(huán)，如傳動間隙、螺桿剛度、摩擦阻尼等，以提高數(shù)控機床電機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，x/y/z方向支撐導軌，全部使用直線運動滾動導軌，該直線運動滾動導軌具有低摩擦、高剛度、高定位精度、高速軸移動速度（24m/min）具有優(yōu)勢。3.

7、2 plc程序plc程序通常被認為是cnc機床電氣控制的重要組成部分，cnc機床上的plc程序可以達到數(shù)十到數(shù)百毫秒的處理時間，此速度可以滿足大多數(shù)信息處理要求。對于某些需要高響應速度的信號，此處理速度也有一些限制。因此，立式加工中心將plc程序設計分為低級程序和高級程序。從控制功能的角度來看，低級程序由三個線性軸（高速、進給、原點復歸等），主軸（速度變化、正向/反向旋轉(zhuǎn)、換刀、姿態(tài)等），各種電機（冷卻、潤滑等），操作組成。板該立式加工中心使用了一部分在x軸+方向上執(zhí)行的plc控制程序，如圖2所示。開關及緊急停車系統(tǒng)設計。開關和緊急停止系統(tǒng)負責控制cnc機床的啟動和停止，特別是在異常之后，以防

8、止損壞機床組件和操作機床，而這可能會對操作人員造成人身傷害。因此，在數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的設計中不能忽略此內(nèi)容設計。該設計開關和緊急停止系統(tǒng)的工作過程是，當按下系統(tǒng)的主開關時，中間繼電器將接通電能，整個系統(tǒng)將開始工作。同時，弱電流系統(tǒng)通過開關電源供電，按下緊急停止按鈕將關閉中間繼電器，并關閉進給軸和主軸系統(tǒng)的電源。在這段時間內(nèi)，控制信號燈的繼電器閉合并打開。紅燈會亮起，并且會響起警報，提醒操作員及時進行故障排除。完全清除故障后，可以重新啟動系統(tǒng)。4 結(jié)語總而言之，氣控制系統(tǒng)的形式和整體控制能力與數(shù)控機床的生產(chǎn)效率和整體質(zhì)量密切相關。在本文中，詳細介紹了數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)的設計以及立式加工中心的實際情況。實際上，上述模塊化設計思想對于實現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)的運行可靠性、降低故障率、提高處理效率以及改善整體工作性能非常重要。參考文獻1趙興沖.數(shù)控機床電氣控制技術及設計方法研究j.科技創(chuàng)新與應用，2014（02）：39.2程墾.淺析數(shù)控機床電氣控制技術和設計方法j.電子技術與軟