數(shù)控機(jī)床改造中的電氣設(shè)計(jì)分析

張琳

在數(shù)控機(jī)床改造的過(guò)程中，電氣設(shè)計(jì)分析已成為企業(yè)提高自身自動(dòng)化程度的一種重要手段。本文將從數(shù)控系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)入手，分析在數(shù)控改造中經(jīng)常遇到的幾個(gè)問(wèn)題。使原有的機(jī)床在某些方面性能和功能方面有較大的提高，形成一套成熟的、完整的數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)理論體系。

數(shù)控系統(tǒng)已成為我國(guó)機(jī)械制造工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要裝備，其非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是目前數(shù)控化改造工作中普遍存在的問(wèn)題。我國(guó)很多企業(yè)中普通機(jī)床的占有量巨大，機(jī)床的數(shù)控化改造電氣控制設(shè)計(jì)的方案也存在諸多問(wèn)題。許多機(jī)床已經(jīng)使用20年以上，還會(huì)出現(xiàn)應(yīng)用與維修技術(shù)工作的復(fù)雜性、多樣性和多變性以及一些客觀環(huán)境因索的制約。因此對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造成為一個(gè)很好的出路，對(duì)該學(xué)科理論的發(fā)展及工程技術(shù)人員的實(shí)踐有所裨益。其發(fā)展也直接關(guān)系到我國(guó)的多個(gè)領(lǐng)域，使之在當(dāng)今日益競(jìng)爭(zhēng)的社會(huì)中處于優(yōu)勢(shì)。普通機(jī)床的數(shù)控化改造在很大程度上盤活企業(yè)的固定資產(chǎn)，還可以節(jié)約能源、實(shí)現(xiàn)廢品資源化和保護(hù)環(huán)境。將普通機(jī)床改造升級(jí)為數(shù)控機(jī)床，開(kāi)發(fā)高速、高精度、高效加工中心等關(guān)鍵技術(shù)。提高勞動(dòng)效率并用較少的資金為提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力做出貢獻(xiàn)，緊跟世界潮流，向智能化方向發(fā)展。

數(shù)控機(jī)床改造概述

數(shù)控系統(tǒng)分經(jīng)濟(jì)性數(shù)控系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)，和經(jīng)濟(jì)性數(shù)控系統(tǒng)比較，標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)是建立在微機(jī)基礎(chǔ)上，因此得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。其功能齊全并可構(gòu)成全閉環(huán)、后半閉環(huán)的位置控制系統(tǒng)，使交流伺服電機(jī)的工作性能得到充分發(fā)揮。

1.數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式按運(yùn)動(dòng)軌跡可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)，對(duì)機(jī)床電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)離不開(kāi)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的分析。選擇電機(jī)參數(shù)時(shí)，當(dāng)工件相對(duì)于刀具移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行切削則選用點(diǎn)位控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)機(jī)床數(shù)控化改造進(jìn)行歸納總結(jié)和分析，這類控制系統(tǒng)要求刀具從一點(diǎn)快速移動(dòng)到另點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。數(shù)控系統(tǒng)類型和功能選擇不合理，會(huì)無(wú)法保證其定位精度。這為普通機(jī)床數(shù)控化改造中的電氣設(shè)計(jì)提供依據(jù)，從而減少了誤差的可能性。

2.由于普通機(jī)床的這些缺點(diǎn)越來(lái)越使之在當(dāng)今日益競(jìng)爭(zhēng)的社會(huì)中處于劣勢(shì)，體積大、啟動(dòng)特性欠佳直接影響了機(jī)床的加工精度。普通機(jī)床經(jīng)過(guò)數(shù)控化改造后，控制電路和強(qiáng)電路的設(shè)計(jì)也隨之變得重要。大大地提高傳動(dòng)進(jìn)給精度，使系統(tǒng)工作變得穩(wěn)定。設(shè)計(jì)電路的時(shí)候應(yīng)該拋開(kāi)原先機(jī)床的電路按照標(biāo)準(zhǔn)重新繪制電路圖，也可在定程度上提高機(jī)床的加工精度。注意各個(gè)元器件額定電流及額定電壓要滿足要求，拓寬普通機(jī)床的加工范圍。適當(dāng)拉開(kāi)與強(qiáng)電線的距離，延長(zhǎng)機(jī)床的役齡。

3.普通機(jī)床傳動(dòng)鏈復(fù)雜從而導(dǎo)致傳動(dòng)精度低，因此在普通機(jī)床的數(shù)控化改造中一般采用步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)。避免產(chǎn)品的加工精度降低與產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性不是很高的現(xiàn)象發(fā)生，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率高。改善個(gè)零件需要多道工序，在選擇電機(jī)時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的電機(jī)。普通機(jī)床對(duì)工人的熟練程度要求高且加工工序簡(jiǎn)單，數(shù)控機(jī)床改造可大大提高表面精度及機(jī)床的快速反應(yīng)性。因此可以加工較復(fù)雜的零件，易于控制。改善生產(chǎn)效率較低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

數(shù)控機(jī)床改造中的電氣設(shè)計(jì)分析

普通機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床的方法要有技術(shù)可行性分析和經(jīng)濟(jì)可行性分析，電路圖的設(shè)計(jì)并不是一次確定的。需要技術(shù)上的改進(jìn)措施，在實(shí)際的接線過(guò)程中根據(jù)臨時(shí)的需要不斷地修改、更正。一方面是機(jī)械上的改進(jìn)，保證整個(gè)電器柜內(nèi)元器件的歸類整齊。另方面是電氣系統(tǒng)的改進(jìn)，保證實(shí)際的電路和電路圖保持致。

1.對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，一定要用熱縮管將其包住。加強(qiáng)對(duì)機(jī)床精度的恢復(fù)，否則會(huì)給以后數(shù)控機(jī)床的維修帶來(lái)很大的不便。舊機(jī)床一般在工作車間已經(jīng)工作多年，走線的時(shí)候有部分線路要暴露在機(jī)床外面。導(dǎo)軌、溜板等都有不同程度的磨損，因此控制電路和強(qiáng)電路的設(shè)計(jì)需要科學(xué)合理。定期按常規(guī)機(jī)床大修的方法對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行磨削，以免長(zhǎng)期被機(jī)床油浸泡腐蝕線路。磨削可采用電刷鍍的方法加工耐磨表層，保持信號(hào)線不被干擾。采用刮研與貼塑工藝的方法修配恢復(fù)精度，加快機(jī)床數(shù)控化的進(jìn)度。

2.電氣設(shè)計(jì)中電路圖主要包括主電路圖、電氣原理圖、CNC接線圖和元器件的位置圖，其修復(fù)與完善是改造機(jī)床維修的另一個(gè)側(cè)重點(diǎn)。關(guān)系到系統(tǒng)工作是否穩(wěn)定，可采用更換主軸軸承等傳統(tǒng)方法配合電刷鍍工藝完成。各個(gè)部件和電源的連接關(guān)系定要表達(dá)清楚，并調(diào)試驗(yàn)收精度。按正確的步驟運(yùn)算、準(zhǔn)確地使用公式及精確地選擇參數(shù)，有些磨損量小的機(jī)床也可以采用表面工程技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)操作，以及系統(tǒng)和機(jī)床的接地。

3.控制系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大腦”，由一般的機(jī)床數(shù)控化改造而成的數(shù)控機(jī)床都是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)?？梢酝瓿刹逖a(bǔ)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、輸入輸出等控制任務(wù)，影響在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)子的最終運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。數(shù)控加工程序經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算處理后，在步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品樣本中給出的步距精度。輸出司服控制信號(hào)、主軸驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)及其開(kāi)關(guān)狀態(tài)量信號(hào)，減小在頻率發(fā)生突變及低頻和高頻振蕩過(guò)程中存在的實(shí)際位置與理論位置之差。選用SIEMENS 802C數(shù)控系統(tǒng)，可在在空載情況下轉(zhuǎn)子離開(kāi)準(zhǔn)確位置的最大偏移量。