基于MK2數(shù)控車床設(shè)計（電氣設(shè)計）

孔曉飛 張曉光

摘? 要：本課題制作的基于MK2數(shù)控車床的教具，不僅能幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)數(shù)控車床的相關(guān)知識，提高學(xué)生的動手實踐能力，同時也是教師的得力助手，老師在講解數(shù)控車床的相關(guān)內(nèi)容的時候，方便學(xué)生能全方位的查看數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)，可以讓學(xué)生能具體的看到數(shù)控車床加工過程，使學(xué)生對數(shù)控車床有更準確的認識;在使用過本教具后在去進行數(shù)控車床的實訓(xùn)課時就會比較輕松、高效。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床;MK2控制器;CNC控制器

1 概述

1.1 研究目的與意義

從生產(chǎn)技術(shù)上，新的生產(chǎn)技術(shù)層出不窮，也就會不斷提出新的要求，生產(chǎn)過程也就會不斷地更新，隨之更新的就是機床電氣的控制裝置。從傳統(tǒng)的手動控制到現(xiàn)在的自動控制，控制方式在不斷地更新;在控制功能上，從簡易到復(fù)雜;操控上，由笨重到輕便;控制原理由單一的有觸電硬接點的繼電器控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)為以微小處理器為中心的軟控制系統(tǒng)。所以，本課題制作的基于MK2數(shù)控車床的教具，不僅能幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)數(shù)控車床的相關(guān)知識，提高學(xué)生的動手實踐能力，同時也是教師的得力助手，老師在講解數(shù)控車床的相關(guān)內(nèi)容的時候，方便學(xué)生能全方位的查看數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)，可以讓學(xué)生能具體的看到數(shù)控車床加工過程，使學(xué)生對數(shù)控車床有更準確的認識;在我們數(shù)控機床實訓(xùn)課的時候通常是5人左右一組，每位學(xué)生的實際操作時間非常有限，本教具的使用也可緩解實訓(xùn)教學(xué)的壓力，提高學(xué)生的實踐能力。

傳統(tǒng)的加工方式比較繁瑣、安全性能低，效率低，數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床的產(chǎn)生改變了這一現(xiàn)狀，實現(xiàn)了自動化加工，其中以眾多品種和小批量的產(chǎn)品使用最為普遍。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

數(shù)控技術(shù)飛速的發(fā)展，也使數(shù)控技術(shù)有了很大的變化。在集成化基礎(chǔ)上也從傳統(tǒng)的模式發(fā)生了很大改變，傳統(tǒng)的都比較笨重、復(fù)雜，但現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)正在向更薄、更小的方向發(fā)展;計算機技術(shù)不斷發(fā)展，也給數(shù)控系統(tǒng)帶來了很大的沖擊，更好高科技技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)控系統(tǒng)正在實現(xiàn)更加高速度、更高精度、更加高效的控制，運用更便捷的反饋系統(tǒng)，使得在實際加工過程中，可以自己修改程序，自己調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)，出現(xiàn)問題時可依賴反饋系統(tǒng)進行提示，通過相應(yīng)提示可進行智能化處理問題;在運用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)他們實現(xiàn)了全部的自動化。

2 數(shù)控車床電氣設(shè)計的方案

在數(shù)控機床的整體電氣設(shè)計中，控制系統(tǒng)的設(shè)計是整個設(shè)計最為核心的部分。

控制系統(tǒng)是整個數(shù)控機床電氣設(shè)計的核心。控制系統(tǒng)的簡潔與合理，關(guān)乎整個數(shù)控機床電氣設(shè)計便捷性。數(shù)控機床的電氣設(shè)計的各種功能都在控制系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下實現(xiàn)，其中，控制系統(tǒng)地設(shè)計思路也決定了數(shù)控機床電氣設(shè)計的布局與功能特點。

控制器軟件的設(shè)計充分利用控制器的先進功能，友好的用戶界面。配置選項允許最大的靈活性。刀具傳感器功能提供刀具長度自動檢測。

通過MK2控制器內(nèi)部運動和電腦以及各種輸入和輸出來控制驅(qū)動電機、手輪等設(shè)備，它從計算機軟件接收指令，然后將這些指令轉(zhuǎn)換成時控的電信號，對所有功能進行控制。因此，也就完成了自動加工。

3 基于MK2數(shù)控車床電氣設(shè)計的電路設(shè)計

3.1 MK2主板的結(jié)構(gòu)示意圖

MK2主板是整個數(shù)控機床電氣設(shè)計的核心，對整個控制系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要，下圖是MK2主板的結(jié)構(gòu)示意圖。

在上圖中CTRL MPG 手輪接口，接通后可實現(xiàn)用手輪對數(shù)控機床的X、Z方向進給的控制;右下端接按鈕，外部信號傳給MK2主板可實現(xiàn)機床啟動、停止、暫停、急停的功能;USB接口可實現(xiàn)用電腦對數(shù)控機床所有功能進行控制，左下端的外接電源，是實現(xiàn)對MK2主板的供電;上端的X、Z接口是實現(xiàn)對X軸步進電機驅(qū)動器與Z軸步進電機驅(qū)動器的控制。在數(shù)控車床的加工過程中，完成審圖和對刀后，要根據(jù)圖紙進行相應(yīng)的編程同時考慮合適的加工工藝，接下來，把相應(yīng)的程序，這個程序是由CAXA數(shù)控車生成的，再通過數(shù)控系統(tǒng)對相應(yīng)信息的分發(fā)和處理，通過工件與刀具之間的相對運動，完成所需零件的加工。

3.2 電器柜布局設(shè)計

根據(jù)數(shù)控機床的原理及各元器件布置的要求，設(shè)計數(shù)控機床電器柜時要綜合考慮以下因素：

（1）在同一組件中電器元件的布置應(yīng)注意將發(fā)熱元件安裝在電氣控制柜的上部或后部，但要把熱繼電器放在下面，因為熱繼電器的輸出線端直接與電動機相連，為了方便接線，進線端與接觸器直接相連接，這時也好接線同時走線也最短，同時便于散熱。

（2）為了防止發(fā)生干擾，應(yīng)將強電與弱點分開。

（3）要把那些需要經(jīng)常檢修、調(diào)整的電器元件安裝在適當?shù)奈恢茫灰诉^高也不能過低，人要操作的開關(guān)也要放在適當且便于操作的位置。

（4）電器元件的設(shè)計應(yīng)考慮安全間隙，保證各元器件的安裝不會發(fā)生沖突，整體設(shè)計還要保證一定的整潔性，所以很多時候就會采用線槽配線，同時還要把外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的元器件放在一起，這樣做可以方便接線與配線。

（5）各電器元件的位置確定以后，就可以進行畫電器布置圖。在一些大型電氣柜中的電器元件，最好是在兩個安裝橫梁之間，這樣，可減輕柜體重量，節(jié)約材料，同時也比較好安裝，所以在設(shè)計時要計算安裝的尺寸。

（6）在電器柜的布置圖設(shè)計中，還要根據(jù)各個部件進出線的數(shù)量、采用導(dǎo)線規(guī)格及出線位置等，選擇進出線方式及接線端子排、連接器或接插件，在設(shè)計好各個元件與整體布局后，并使其按照一定的順序結(jié)合實際情況進行排線，最終完成數(shù)控機床的電氣布局圖。

參考文獻

[1]鄧三鵬.現(xiàn)代數(shù)控機床故障診斷與維修[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012.8

[2]孫宏昌.華中數(shù)控系統(tǒng)裝調(diào)與實訓(xùn)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.1

[3]魏杰.數(shù)控機床結(jié)構(gòu)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[4]方承遠.許廖，王炳實.工廠電氣控制技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2006.

[5]李清新.伺服系統(tǒng)與機床電氣控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994.

基金項目：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)天津市級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃資助（201710066041）。