数控机床的电气控制系统设计

王川

摘 要：随着经济和科技的不断发展，制造业也在不断发展，并且取得了前所未有的成绩。然而在制造业中，数控机床可以被称为核心母机，占有十分重要的地位，对于数控机床来说，数控系统又占据着核心地位，因此保障数控系统的性能直接关系着电气控制系统的运行和稳定。这也就意味着数控机床的电气控制系统的优选程度直接决定着控制系统的性能。因此对数控机床的电器控制系统设计来说是整个工作的重中之重。笔者根据多年经验，随着长期的调查研究，撰写本论文，主要对数控机床的电器控制系统设计进行了分析，介绍了几种数控机床的电气控制系统的设计以及相关的各种问题，希望对数控机床电气控制系统的设计行业有积极的启发作用。

关键词：数控机床；电气控制系统；设计

在制造行业中，数控机床占有很重要的地位，特别是数控机床的电气设计系统，是整个运营过程的重点。我们所说的数控机床其实就是一种机电一体化的装备，其特点就是，它囊括了机电、液、气于一身，在这一系统化的装备中，数控机床电气控制系统是最重要的部分，居于核心地位，可以说，数控机床电气控制系统，它的可靠运行直接关系到整个设备运行和正常的工作。本文主要介绍了这一系统的具体的工作原理和设计方面的相关问题。

一、数控机床的电气控制系统的基本运作模式

数字控制（Numerical Control），英文简称NC，数字控制技术就是指整个技术的控制，都是采用数字化的信息来进行的，也就是通过具体的数字化信息，對机床的加工过程和其整体的运作进行必要的控制，这种控制被我们称作数控机床。它是一种高自动化的现代化设备，主要从事机械加工，是与机床结合的产物。

数控机床的组成部分与一般性的机电一体化的结构是相同，都是由机械的本体、不间断的动力源以及必要的电子控制单元和检测传感等部分以及执行机器这几部分共同构成。其中，数控机床的主体是机械本体，主要是用来完成各种切割加工工作的；而不间断的动力源则是主控机床的主要的动力源，用于提供主要的动力，一般都是电能作为动力源；计算机数控装置简称CNC，是电子控制单元最为核心的部分，其主要作用就是将它把接收到的各种数字信息接收到的各种必要的数字信息进行运作和处理，同时输出指令，传递给伺服系统，能够让机床按照秩序正常工作；检测传感部分的主要工作任务是对于工作台的位移进行必要的检测，同时，它可以将检测所得到的结果进行反馈控制，主要通过输入计算机和具体的位置显示；执行器也就是上文提到过的伺服系统，主要作用是驱动机床上的各个部分的移动的零部件，同时可以做相应的运动动作，可以对定位精度和速度进行相应的控制操作。

一般来说，操作者根据图纸的具体要求，在在普通机床上进行操作，并且加工零件，并因此而达到不断改变刀具与工件这二者之间的相对运动的轨迹，从而加工出符合要求的零部件。当然，在数控机床上进行加工零件的相关操作的时候，具体的要求是将被加工零部件的具体的加工顺序和精准的工艺参数以及机床运动等各方面都需要用标准的数控语言编制出专业化的加工程序，然后，才可以将这种程序输入到 CNC 装置中，从而进行下一步的工序，同时进行一系列的处理，然后向伺服系统发放相应的执行指令，一步一步完成最终的零部件的加工，以上这一过程就是数控机床的整个工作过程和工作原理。

二、电气控制系统设计

电气设计系统的设计相对比较复杂，本节主要介绍主要的设备的电气控制系统设计。

1.主轴电机的电气控制系统

在制造业的具体工作过程中，如果电气控制系统总是处于长时间的、超负荷的高压力工作，那么，必然会导致许多问题，主要有电机过热或者是承载量过大，这些都会影响系统的正常运作，影响极为不好。

而有些型号的数控机床，比如我们所说的主轴电机的电气控制系统，其温度的设定是有限制的，他的最大承载温度值为110摄氏度，一旦超过了110摄氏度，那么，系统将会在2分钟之内像系统输出一个超出温度、温度过热的信号，系统在接收到这一信号以后，家就会发出过热或者承载量超额的警报，提醒问题存在的现象；如果在正常的运行过程中，出现了其他的有威胁的、危险的异常情况，比如是电机的内部的，相对来说较为微小、细微的功能性的异常情况，类似于功率不匹配、发生失常现象，转速过快或者过慢，不符合整体要求，电流过大或者过小，不达到标准值，这些问题都是可以通过变频器进行检测，同时通过变频器，立即将报警输送给CNC系统，而CNC系统经过相应的处理以后，就可以显示出相应的警报，是具有针对性的警报；正常的工作过程中，如果突然就发生了断电、电压不稳、短路等一系列的问题，对于工作进展实施的干扰程度比较大，这些问题都可以由机床电气控制系统来解决。事实上，突然断电这种现象如果发生，那么CNC、PLC以及变频器等各个部件的备用电源就可以将在系统运作过程中较为重要的参数和具体的程序都储存起来，方便与随后的恢复供电后的操作控制，特别是对于一些参数的保存，是十分重要的；突然地短路这种情况，在较短的时间里就会造成电流突然过大，这种情况发生的时候，我们的漏电开关就可以发挥其应该发挥的作用了，一般来说，漏电开关是检测电流的很好地工具，一旦电流超过了30mA，立即就会发生自动断开，从而可以保护工作人员和一些较为重要的设备的安全，因为，正常人能够承受的电流是30Am。

2.进给轴电气控制系统设计

理论上来说，进给轴电气控制系统设计的型号的数控机床是半线轨机床，日常生活中，我们用 X轴、Y 轴来采用线轨，硬轨则是采用Z轴。

采用线轨进行操作的进给轴的最大特点就是其本身与机械的本体的接触面积较小、同时，摩擦力小，也就是相对阻力也小，但是，其负载能力却相对来说较为轻小，向来只是用于切割、切削轻载，常用于加工五金零部件，汽车配件等相对来说比较轻小的产品。采用Z轴的硬轨方式就大不相同的，两者差距比较大，即进给轴与机械本体的接触面积大、摩擦力大、因此阻力也大，而其负载能力相对于主轴电机的电气控制系统要强一些，因此，这种系统是可以重载切削、切割的，主要的用途就是加工模具等一系列较大的产品。进给轴有比较详细的要求，主要有以下几个方面。

首先，它要求有精确地精度，一般来说，其定位的要求是比较详细的，例如，重复定位的精准度是一般是在0.005mm；，而定位的精准度则更为精细，是在0.001mm。除了在精准度方面的具体要求外，还在速度方面有着绝对的要求，必须做到加减速要好，同时要保持着X、Y、Z三个轴的联动的顺畅、而跟随性必须要好，一般的要求是加工进度为20cm/min，最快可以达到 1m/min。在稳定性方面的具体要求要控制其振动性要小，抗干扰能力要强等。

另外，有一种产品是介乎于前两者之间的产品，即采用半线轨的产品，这一款机床的主要用途是加工日常生活中的小型的五金零部件的加工以及汽车中小型配件的加工和小型的模具的加工。

3.数控机床的电气布局和安装方面的具体要求

在具体的实践过程和分析调查中，我们知道，数控机床的电气布局以及数控机床的电气的安装决定着整个电气系统的平稳运行，因此，这对于整个工作是至关重要的，也正是这个原因的存在，我们对于电气的具体分布和安装都要進行详细、周密、谨慎的策划、操作、实施。

一般来说，电气布局需要遵循着这样一个原则，即强电和弱电需要分开，同时要注意有较强干扰的干扰源也要布局分散，而那些相对来说，易受干扰的器件就需要远离上述的强干扰源，以防止发生危险。当然，在注意这些问题的同时也要注意人身安全和维修安装便利等方面。

在安装方面，电气控制系统的安装有其自身的准则：在电气控制系统进行科学、稳定、有层次、有条理的安装基础上，还要注意先后顺序，例如，对于送电方面，需要先弱电，后强电等。同时也要根据现场的实际情况来进行安装，各个器件的特性要掌握清楚，以便于顺利安排线路和对接。最终的目的都是要安全的完成工作任务。在安装方面也是要注意原则的，例如安装顺序、检测等各个方面，都需要工作人员有着较熟练的操作技术和专业技术。

三、结语

制造是人类历史不断发展和文明的不断进步的动力源泉，可以说，小到我们的日常生活，大到国家工业、科技的发展，都离不开制造业。间接地说，制造业的发展水平的能够明显的证明一个国家的重工业的发展程度。近年来，传统的机电工业为代表的制造业随着信息化和商业化的不断发展，不断地发展、变革。当前形势下，经济不断发展，社会不断进步，科学技术也不断在创新，因此，在制造业方面，需要更为专业、精准的技术和设备，笔者根据多年经验，随着长期的调查研究，撰写本论文，介绍了几种数控机床的电气控制系统的设计及其工作原理等相关问题，希望对相关工作者有所启示。