龍門式數(shù)控鉆電氣控制部分的設(shè)計(jì)

陳宏超，齊 博

（沈陽機(jī)床股份有限公司中捷立加分公司，遼寧 沈陽 110142）

龍門式數(shù)控鉆電氣控制部分的設(shè)計(jì)

陳宏超，齊 博

（沈陽機(jī)床股份有限公司中捷立加分公司，遼寧 沈陽 110142）

電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)劣對(duì)龍門式數(shù)控鉆床的控制優(yōu)化非常重要，這是因?yàn)辇堥T式數(shù)控鉆床中電氣控制系統(tǒng)除了對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和輔助動(dòng)作控制外，還包括對(duì)保護(hù)開關(guān)、各種行程、極限開關(guān)的控制，以及在操作盤上所有按鍵、操作指示燈以及波段開關(guān)等的控制。

龍門式數(shù)控鉆床；電氣控制；分析

1　電氣控制部分的設(shè)計(jì)要求

數(shù)控程序、I/O設(shè)備、可編輯控制器、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置以及主軸、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置是電氣控制系統(tǒng)主要的主要組成部件，如圖1所示。在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：①保證系統(tǒng)的通用性；②數(shù)控系統(tǒng)的可操作性；③滿足使用要求；④滿足控制要求的前提下，設(shè)計(jì)方案力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)以及使用與維修方便；⑤電器元件選用應(yīng)正確、合理，確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作；⑥設(shè)備能力應(yīng)留有適當(dāng)余量，為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)留有空間。

圖1　電氣系統(tǒng)組成

2　數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1數(shù)控系統(tǒng)的選型

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)（CNC）是數(shù)控機(jī)床的核心部件，決定了數(shù)控加工設(shè)備的功能和加工能效性。本文的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)采用智輝數(shù)控NC-T220數(shù)控系統(tǒng)。NC-T220數(shù)控系統(tǒng)為兩軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，其特點(diǎn)為：（1）采用高速處理器，通過優(yōu)化的程序，實(shí)現(xiàn)60m/min超高加工速度；（2）采用便于安裝的一體化操作面板；（3）采用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的7英寸彩色顯示器使操作更加便捷高效；（4）系統(tǒng)支持外部存儲(chǔ)支持最大可達(dá)100G容量的高速接口，保證數(shù)控系統(tǒng)程序在DNC以10M的波特率高速傳輸；系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有16M的內(nèi)存可用滿足一般加工對(duì)象的需要；（5）系統(tǒng)的輸入輸出接口為DI-48和DO-32，雙路12位精度的模擬輸出；設(shè)有雙主軸和手輪編碼器接口，系統(tǒng)設(shè)有開放式的PLC，具有系統(tǒng)梯形圖的反白和動(dòng)態(tài)點(diǎn)功能并支持在線調(diào)試和編輯功能、可自定義機(jī)床報(bào)警以及DI/DO任意配置等一系列功能；（6）簡(jiǎn)單便捷的操作以及坐標(biāo)的靈活設(shè)置。

3　控制電氣柜設(shè)計(jì)

強(qiáng)電控制部分與弱電控制部分是控制線路的兩個(gè)部分。

（1）強(qiáng)電控制部分的電氣線路設(shè)計(jì)原則：

數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)電控制部分設(shè)計(jì)與一般機(jī)床電氣原理相似，數(shù)控系統(tǒng)由眾多元件組成，接口類型多樣，因此在設(shè)計(jì)中要掌握所選元件接口信號(hào)的特點(diǎn)和形式，要對(duì)元件所需信號(hào)進(jìn)行分類，通?？砂锤叩碗娖降挠行苑诸悾灿邪凑彰}沖形式即階躍和持續(xù)的脈沖形式進(jìn)行分類，要注意各元件間接口要互相匹配。在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下盡量簡(jiǎn)化強(qiáng)電控制線路。

（2）弱點(diǎn)控制部分，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首選弱電控制來實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，僅當(dāng)弱點(diǎn)實(shí)現(xiàn)不了時(shí)才采用強(qiáng)電控制。該設(shè)計(jì)要求的原因?yàn)椋寒?dāng)使用強(qiáng)電控制時(shí)，相關(guān)元件規(guī)格需提升，為保證安全電氣柜體積同樣提高；控制過程中需增加外部連線的接點(diǎn)數(shù)，增加了系統(tǒng)可能產(chǎn)生故障的概率。與弱點(diǎn)控制柜相比，強(qiáng)電控制下元件規(guī)格的提升必然帶來成本的增加，因?yàn)樵趶?qiáng)電控制時(shí)應(yīng)考慮成本和可靠性，強(qiáng)電控制安裝時(shí)應(yīng)注意接地的可靠性。

3.1電氣元件布局

電氣柜中的元件通常包括伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)、變頻器、檢測(cè)元件、PLC控制器等元件。根據(jù)電氣元件的相關(guān)要求繪制電氣原理圖，并按原理圖安裝。

（1）面板元件布局圖。數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)的電氣元件及信號(hào)按鈕應(yīng)清楚地布置在面板上。數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)及監(jiān)控裝置應(yīng)按照其控制和動(dòng)作特點(diǎn)進(jìn)行分類排列，以便出現(xiàn)問題時(shí)，方便查找及時(shí)保證設(shè)備安全。

（2）正面柜元件設(shè)計(jì)。在電氣控制系統(tǒng)中，通常將系統(tǒng)的核心部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)，伺服驅(qū)動(dòng)器、編碼器以及相對(duì)應(yīng)的開關(guān)等元件安裝于正面柜中，電氣的布局應(yīng)合理保證安全。

（3）反面柜元件設(shè)計(jì)。通常將控制主軸電機(jī)的變頻器、變壓器、制動(dòng)單元以及相關(guān)的制動(dòng)器電阻等元件均安裝與反面柜內(nèi)，為避免驅(qū)動(dòng)器的工作溫度過高，本方案在柜內(nèi)安裝兩個(gè)軸流風(fēng)扇。

3.2電氣元件線路圖

依據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的控制功能以及各電氣元件的安全要求繪制電氣原理圖。并按此圖進(jìn)行安裝，在安裝時(shí)需在各個(gè)線纜上標(biāo)記線號(hào)以便后續(xù)檢測(cè)維修使用。圖2為本文中所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制線路圖。從圖中可以得出本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中不僅標(biāo)示了油泵電機(jī)、升降電機(jī)、XY軸電機(jī)和主軸電機(jī)還有相關(guān)的線纜的規(guī)格，控制的開關(guān)等相關(guān)信息。右下圖可以得出當(dāng)按下按鈕SB1時(shí)，繼電器KM0得電，KM0常開觸點(diǎn)閉合，油泵和主軸電機(jī)得電開始運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)按下開關(guān)KM1時(shí)升降軸電機(jī)正轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)上升功能，當(dāng)KM1斷開KM2閉合時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)下降動(dòng)作。QF2和QF3分別控制X軸和Z軸的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)X和Z軸的動(dòng)作，并且有編碼器檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

4　結(jié)束語

選擇智輝數(shù)控NC-220作為本文數(shù)控系統(tǒng)。介紹了NC-220數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及其連線安裝；設(shè)計(jì)了控制電氣柜；最后給出了部分電器元件線路圖，對(duì)設(shè)計(jì)電控部分研究有一定的借鑒作用。

圖2　控制線路

［1］王貴明.數(shù)控實(shí)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［2］羅永順.機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

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A

1671-3818（2016）09-0232-02