數(shù)控機床與數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)研究

程文發(fā)

摘要：如今計算機技術(shù)的普及，機械工業(yè)的發(fā)展也在不斷的進步，將自動控制技術(shù)、計算機綜合在一起進行機械加工，是未來的發(fā)展趨勢。數(shù)控機床就是一項集機械、計算機等高效、自動化設(shè)備于一體的。數(shù)控機床電氣系統(tǒng)是一項非常重要的技術(shù)，操作人員應(yīng)當充分的了解電氣工作的原理，了解整個電氣控制系統(tǒng)，從而達到將數(shù)控機床的自動化運用到實際的電氣控制裝置上。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;電氣控制系統(tǒng);自動化

中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）03-0001-02

0引言

數(shù)控機床的原理非常的復(fù)雜，目前來說，大多數(shù)的新型電氣控制系統(tǒng)選型時都要充分的考慮各個部分接口間的兼容性，這樣的接口設(shè)計可以幫助更加高效的完成工作。1數(shù)控機床的基本情況

數(shù)控機床主要分為硬件電路、上位機和下位機3個部分。它是機械設(shè)備一體化的重要體現(xiàn)，綜合的使用了多項機械技術(shù)，電氣控制系統(tǒng)就是數(shù)控機床中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，又可以將它稱作CNC系統(tǒng)，在整個的數(shù)控機床中占據(jù)非常關(guān)鍵的位置，可以說是整個數(shù)控機床的控制中心。它可以將接收到的操作系統(tǒng)中的語言進行系統(tǒng)的整合分析，并且將這種系統(tǒng)語言轉(zhuǎn)化為控制信號，從而達到對數(shù)控機床進行加工的目的。在數(shù)控機床本體的三個部分中，核心部分就是數(shù)控裝置，它的作用主要體現(xiàn)在對數(shù)字的控制方式的應(yīng)用，在我國現(xiàn)階段的機械工業(yè)技術(shù)發(fā)展中，它的應(yīng)用前景將會越來越廣闊。

2數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)

數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)其實是一個全閉環(huán)系統(tǒng)，它主要是由變頻器、電動機和光柵尺這3個部分組合而成，主要的優(yōu)點就是精度非常的高，可操控性強、自動化控制的水平比較高。

2.1電氣控制系統(tǒng)的組成

電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成部分主要由工控機、SIMOTION、電源、電動機、光柵尺、變頻器、傳感器等，而且這3個部分之間是相對獨立、互相協(xié)作進行工作的。

2.2電源

電源的主要工作原理是先將一定頻率的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，然后再讓其通過逆變器把直流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓄A(yù)定頻率的交流電。目前主要分為兩類，可調(diào)的和不可調(diào)的兩種?？烧{(diào)的電源模塊是根據(jù)參數(shù)把已經(jīng)轉(zhuǎn)化出來的直流電穩(wěn)定再一個可以預(yù)定的可變值內(nèi)，而且有可以和SIMOTION通信功能;而不可調(diào)的電源模塊只能夠輸出固定的直流電壓值，并且沒有和SIMOTION通信的功能"。

2.3電動機

電動機模塊的主要作用就是把直流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)定頻率的交流電，來保證電動機的正常使用。其中電動機模塊包括書本型和裝機裝柜這兩種類型。書本型又可以細分為雙軸和單軸。

2.4各類元件的選擇

在整個數(shù)控機床中對于數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)電氣控制元件的選擇是非常重要的，其中最重要的就是對電動機的選擇，電動機在整個數(shù)控機床中發(fā)揮著最為關(guān)鍵的作用，如果電動機的質(zhì)量不過硬，那么一切的指令都只是紙上談兵。在電動機進行負載工作的時候，一定要保證電動機的額定功率大于實際工作時的功率。

其次在進行熱電器的選擇時也要注意根據(jù)電動機的電流來進行選擇，因為熱電器的主要作用是對數(shù)控機床進行電路保護，一般選用0.95～1.05倍的電動機額定電流。

再就是在進行中間繼電器的選擇時也要謹慎一點，嚴格的遵照電動機來進行選擇，畢竟它是控制整個數(shù)控機床電路傳遞的中間信號的元件，可以起到增加觸點的數(shù)目的作用。

還有一個比較重要的元件就是行程開關(guān)，它可以起到監(jiān)控整個機床的作用，主要的工作原理是通過機械運動來產(chǎn)生電信號，從而達到對機床的運行、行程、位置進行保護，在對它進行選擇的時候要提前計算好機床的運行空間[2]。

最后，為了保證數(shù)控機床的正常運行還需要正確的選取合適的信號燈和照明燈，只有它們正常運行，才能夠及時的發(fā)出提示信號，來及時的了解數(shù)控機床的運行是否正常，以便于及時的對出現(xiàn)的意外情況做出反應(yīng)，防止造成嚴重后果。

2.5電氣控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

電氣系統(tǒng)的硬件設(shè)備非常的重要，它在整個電氣系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。深度監(jiān)測、斷刀監(jiān)測和機械手自動.換刀等。

（1）機械手自動換刀。機械手換刀的原理是通過控制電磁閥的開關(guān)來發(fā)揮刀具的夾緊功能和伸展機械臂的作用，進而實現(xiàn)機械手的收回、夾緊、松開刀具的功能，這樣就可以實現(xiàn)機械手的自動換刀，這樣一來大大提高了數(shù)控機床的工作效率。

（2）斷刀檢測。在加工的過程中，刀具的質(zhì)量好壞與否是非常重要的，為了保證加工的質(zhì)量就必須定時檢測刀具是否正常，一旦刀具遭到磨損，就可以保證自動換刀的效率并且及時的通知上機位，這一過程主要是通過光纖傳感器來完成的。

（3）深度檢測。在換刀時為了確保精度要利用刀具檢測器來根據(jù)刀具的插入深度確定主軸的夾緊位置。數(shù)控機床的電氣控制方式是決定整個電氣控制系統(tǒng)的安全性能的關(guān)鍵因素。軟件設(shè)計是整個電氣控制系統(tǒng)的核心，運行在下機位的軟件可以通過上機位的接收數(shù)據(jù)來控制電動機模塊驅(qū)動電動機工作，并且同時完成機床狀態(tài)的檢測，在組裝好之后，一定要根據(jù)具體的操作程序來進行操作。通過工控機來讀取文件的信息，然后再將數(shù)據(jù)傳遞給SIMOTION，接收到數(shù)據(jù)之后SIMOTION會控制電動機開始工作，實現(xiàn)對工作臺的位置控制，不過也一定要注意，在這個過程中，一定要保證光柵尺的信號可以被轉(zhuǎn)化為標準的信號，傳感器在這個過程中發(fā)揮著重要的作用。

3電氣控制系統(tǒng)的工作原理

數(shù)控機床的控制系統(tǒng)分類很多，一般數(shù)控機床的控制方式分為開環(huán)控制數(shù)控機床、閉環(huán)控制數(shù)控機床，其中開環(huán)控制的數(shù)控機床是沒有檢測的反饋裝置的，操作起來比較的簡單、系統(tǒng)的性能也比較的穩(wěn)定，閉環(huán)的數(shù)控機床則恰恰與之相反8]。開環(huán)數(shù)控機床的工作原理就是把加工的信號傳給機床，待機床接收到指令之后，就會將這個指令接著傳輸給數(shù)控裝置，在經(jīng)過數(shù)控裝置的解析之后就會通過驅(qū)動電路帶動伺服電動機工作，最后通過傳動裝置實現(xiàn)加工。閉環(huán)控制數(shù)控機床系統(tǒng)的工作原理則是在機床接收到指令之后經(jīng)過伺服電動機、檢測工作臺的位置等來將位置檢測的信號傳輸?shù)轿恢谜{(diào)節(jié)系統(tǒng)、速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，然后再對工作臺進行重新定位，從而實現(xiàn)對數(shù)控機床的加工。

數(shù)控機床其實和其他的普通機床之間沒有很大的區(qū)別，都是依靠主軸來實現(xiàn)切削的任務(wù)，都是可以調(diào)速的。但是數(shù)控機床相對于其他的機床來說，比原來的機床機械變動轉(zhuǎn)變?yōu)榱苏麄€電氣控制系統(tǒng)來控制驅(qū)動，這樣一來就可以實現(xiàn)自動化控制，大大的減少人力物力的投入。伺服系統(tǒng)就是控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對整個機床的工作臺位置、電動機、速度等的控制。而且在整個伺服控制系統(tǒng)內(nèi)，一般主要是針對終端的執(zhí)行件來進行實時的監(jiān)控，尤其是對它們運行的速度、位置進行嚴格的監(jiān)控，然后形成信號并且及時的反饋回來，經(jīng)過伺服系統(tǒng)的初步處理之后執(zhí)行下一步的指示

4數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)故障分析

在數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)中，對操作人員的素質(zhì)要求非常的高，如果在數(shù)控機床的運行過程中如果機床系統(tǒng)或者是加工的零件出現(xiàn)損傷，就要及時的進行處理，必要的時候可以調(diào)停處理，一般在數(shù)控機床正常工作的時候，急停按鈕是保持斷開的狀態(tài)的，一旦發(fā)生特殊情況，按下急停按鈕之后，二者之間的觸點就會斷開，動力電源也會隨之切斷，與此同時，系統(tǒng)會發(fā)出急停報警信號，在打開急停按鈕之后這個信號就會被當作復(fù)位信號。

在數(shù)控機床處于正常的情況下，超程限位開關(guān)是保持常開的狀態(tài)的，如果有用戶對數(shù)控機床進行操作時，不小心將超程限位開關(guān)給壓下的話，就會使繼電器斷開，這樣一來就會發(fā)出超程報警信號。

5結(jié)束語

隨著我國的科研力量不斷的壯大，科學技術(shù)水平不斷的提升，機械制造業(yè)的發(fā)展速度也不斷的提升。這就對數(shù)控機床的加工提出了更高的要求，不但要保證數(shù)控加工的質(zhì)量，更要對數(shù)控機床的生產(chǎn)效率不斷的進行提高。將電氣控制系統(tǒng)運用到數(shù)控機床加工的生產(chǎn)上，是未來機械制造業(yè)的發(fā)展趨勢，也是數(shù)控機床批量生產(chǎn)的必然要求，在對數(shù)控機床進行技術(shù)開發(fā)時，應(yīng)當保證數(shù)控機床的自動化程度，提高設(shè)計的高度，逐步的利用現(xiàn)代技術(shù)取代人工勞動力，真正的實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化。

參考文獻

[1]龐崇祿.數(shù)控機床絕對值編碼器供電系統(tǒng)的改進[J].機電信息，2018（3）：62-63.

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[3]楊啟鑫.數(shù)控機床加工精度可靠性分析[J].南方農(nóng)機，2019（1）：159-160.

[4]頡宇，張懷臣.數(shù)控機床與數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（7）：143.