数控机床改造中的电气设计分析

和延斌

天津精诚机床股份有限公司

数控机床改造中的电气设计分析

和延斌

天津精诚机床股份有限公司

随着计算机技术、微电子技术的快速发展，数控机床的自动化水平有了明显提高。当前的数控机床电气控制系统还有一定的优化空间。为了更好地满足市场需求，进一步提高数控机床的可操控性和加工精度，推动生产工艺的转型升级、更新换代，相关研究人员应从多方面考虑，采用先进的设计方法，结合电气控制理论知识，做好数控机床电气控制系统的设计工作。简要分析了数控机床电气控制系统的设计方案，以供参考。

数控机床；电气控制系统；微电子技术；加工精度

数控系统已成为我国机械制造工业和国民经济的重要装备，其非标准化设计是目前数控化改造工作中普遍存在的问题。我国很多企业中普通机床的占有量巨大，机床的数控化改造电气控制设计的方案也存在诸多问题。许多机床已经使用20年以上，还会出现应用与维修技术工作的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因索的制约。因此对普通机床进行数控改造成为一个很好的出路，对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。其发展也直接关系到我国的多个领域，使之在当今日益竞争的社会中处于优势。

1 数控机床电气控制系统的重要性分析

伴随着经济的快速发展，人们对电能的需求也在逐渐增大，特别是电气工程行业，其主要是通过电能带动生产，促进我国的社会主义经济发展。对于我国的工业生产，其中的数控机床推广和使用使得我国的工业生产效率不断增大，相比于传统的手工机械加工行业，数控机床能够准确的控制产品的各项参数，保证生产质量。随着科技的进步和社会的发展，数控机床正在逐渐取代传统的机床控制系统，其应用越来越广泛。对于数控机床，其在使用时能够根据技术人员提前编制的各项参数和程度进行自动化生产，在这一过程中，产品的质量能够得到有效的控制。随着我国同世界各国的经济和科技交流越来越多，数控机床的高质量加工正在逐渐使我国在国际上的地位逐渐提升，数控机床广泛应用，我国的工业生产能力也在逐渐提升。对于数控机床的质量控制，其是保证我国工业生产效益的根本，同时也是促进我国工业加工效益的有效途径。在数控机床中，最为主要的就是电气控制系统，这是保证数控机床正常运行的核心，对于大部分的发达国家，其对数控机床的电气控制系统设计技术保密性是非常强的，甚至一些国家将其列为国家的战略性资源，使得我国的数控机床电气控制系统设计得不到有效的参考。

2 数控机床电气控制系统的设计

数控机床电气控制系统的设计是一项非常专业的工作。为了充分发挥数控机床电气控制系统的应用优势，基于模块化的设计理念，合理地将数控机床电气控制系统划分为了3个模块，即硬件电路、PLC程序和参数设置。从数控机床的控制管理角度，可将这3个模块划分为多个小模块，从而提高数控机床电气控制系统的设计水平。

2.1 电源电路

电源电路是保证数控机床正常运行的根本，在进行设计时需要根据数控机床的运行要求，结合电气控制设计的相关标准对电源进行优化设计。具体的设计指的是在设计过程中一般采用380V伺服变压器，然后通过对风机和伺服驱动模块进行科学的设置来保证数控机床运行过程中的正常电能供应。此外，对于电源电路的设计，其中的电压也需要进行合理的设置，像接触器供电采用的是220V控制变压器，而对于电磁阀和Z轴的制动器供电，其采用的是直流24V控制电压。对于电气控制系统，其220V的电路主要用来对数控机床的电机、电气箱冷却机供电，直流24V控制电压对直流继电器等进行供电。

2.2 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。

2.3 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的核心。PLC程序的处理时间为10～100 ms，可满足数控机床的运行要求。但对于某些需要较快响应速度的数控机床而言，PLC的程序设计应包括高级程序和低级程序。根据不同的控制功能，又可以将低级程序合理地划分为多个不同的小模块，比如操作面板、润滑和冷却电动机、主轴定向、换刀、正反转、变档、回参考点和进给等。通过编制合理的PLC程序，可实现对数控机床电气控制系统的精确控制。

2.4 监控和急停保护电路

数控机床的运行具有一定的危险性，因此，监控和急停保护电路的设计非常重要。监控和急停保护电路包括伺服变压器过热检测、机床压力和润滑油位检测、数控机床急停以及机械电机、冷却电机、润滑电机和刀库电机等的过载检测。如果数控机床在运行过程中存在问题或异常情况，则监控和急停保护电路会及时发出报警信息。因此，应做好电气控制系统的保护工作，从而确保数控机床的运行可靠、稳定、安全。

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。

[1]王浩.基于PLC的数控机床电气控制系统研究[J].中国高新技术企业，2014(21).

[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.

[3]管怀蓉.数控机床改造的实践性探索[J].装备制造技术，2010年12期.