數(shù)字化技術(shù)在數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

趙振維 李會(huì)國(guó)

摘要：數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的核心，數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，數(shù)控系統(tǒng)的性能保證是數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)。機(jī)床電氣控制系統(tǒng)—數(shù)控工具的優(yōu)缺點(diǎn)決定了控制系統(tǒng)的性能。本文主要研究數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的數(shù)字化應(yīng)用。我希望給我在這個(gè)行業(yè)的同事們一些建議和意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;電氣控制;數(shù)字化技術(shù);應(yīng)用分析

前言

伴隨著生產(chǎn)技術(shù)的更新和數(shù)字控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的深入發(fā)展，電氣控制技術(shù)逐漸形成了一個(gè)完整的系統(tǒng)在機(jī)器應(yīng)用中，成為數(shù)字控制技術(shù)的重要組成部分。在機(jī)電一體化背景下，數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造。作為計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)品，鏈中的所有環(huán)節(jié)都起著不可替代的作用。電源故障可能會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行效率，如果故障嚴(yán)重，可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞。因此，電氣故障排除和維修是數(shù)控機(jī)床的研究和管理的重要組成部分。需要在實(shí)際應(yīng)用方面積累經(jīng)驗(yàn)，采取可靠措施應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，并充分利用其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

一、數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)概述

1.數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的概念

隨著信息軟件的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸從最初的圖形和文字處理階段過(guò)渡到高端聲音、動(dòng)畫(huà)和圖像處理階段。要描述設(shè)計(jì)對(duì)象，不僅要描述其幾何，還要描述其功能特征、材料特征和組件關(guān)系。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序中，這些信息統(tǒng)稱為數(shù)字信息。我們調(diào)用數(shù)字模型中的數(shù)字信息所描述的對(duì)象，并使用這些數(shù)字模型處理特定信息。數(shù)字模型和數(shù)字處理方法的這種結(jié)合稱為數(shù)字設(shè)計(jì)，也是數(shù)字設(shè)計(jì)的基本概念。

2.數(shù)控機(jī)床運(yùn)行原理

使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，必須根據(jù)加工零件的尺寸和形狀選取圓弧或直路徑以完成加工。首先，根據(jù)坐標(biāo)方向?qū)⒌毒哌\(yùn)動(dòng)路徑和工件分割為最小運(yùn)動(dòng)。然后，使用數(shù)字計(jì)算單位或微分補(bǔ)償軟件，將相應(yīng)的多段線調(diào)整為最小運(yùn)動(dòng)。第三，結(jié)合調(diào)整后的線性軌跡，數(shù)控系統(tǒng)將脈沖連續(xù)分布到機(jī)床-刀具坐標(biāo)軸上，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床來(lái)完成相應(yīng)的加工操作。在加工過(guò)程中，刀具路徑基于坐標(biāo)軸，具有等效的沖力，遵循缺省零件工藝，并驅(qū)動(dòng)刀具沿坐標(biāo)移動(dòng)方向移動(dòng)多個(gè)最小偏移，以獲得刀具相對(duì)于工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

二、數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)概述

1.數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)字控制技術(shù)是指使用數(shù)字信息的控制技術(shù)。機(jī)器-使用數(shù)字信息控制其運(yùn)動(dòng)和加工過(guò)程的工具稱為機(jī)器-數(shù)控刀具，是數(shù)控技術(shù)與機(jī)器-刀具相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)控機(jī)床是一種典型的機(jī)電產(chǎn)品，是一種結(jié)合現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高效、高精度、靈活和高度自動(dòng)化的現(xiàn)代加工設(shè)備。與其他機(jī)電產(chǎn)品一樣，它由機(jī)械體、電源、電子控制單元、檢測(cè)部分和執(zhí)行機(jī)制（伺服系統(tǒng)）組成。機(jī)械本體是CNC機(jī)器的本體，是用于執(zhí)行各種切割作業(yè)的機(jī)械零件。供電是給機(jī)器供電的部分，主要使用電能。電子控制單元的核心是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）裝置，它對(duì)收到的數(shù)字信息進(jìn)行解碼、計(jì)算和邏輯處理，生成各種指令信息并將其輸出到伺服系統(tǒng)，從而使機(jī)器按規(guī)定動(dòng)作進(jìn)行處理。本節(jié)還包括適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，例如顯示器和打印機(jī)。檢測(cè)部分主要檢測(cè)車(chē)間線性位移和旋轉(zhuǎn)車(chē)間角度位移，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行位置顯示或反饋控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（伺服系統(tǒng)）用于驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)組件并控制其位置精度和速度。例如，許多機(jī)床-數(shù)控刀具使用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)球棍。

2.數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的基本特性

在正常情況下，可靠的數(shù)字控制工具運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)任務(wù)較重，對(duì)機(jī)器穩(wěn)定性的要求較高。因此，提高機(jī)床穩(wěn)定性的各種技術(shù)，廣泛用于數(shù)控電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，機(jī)床動(dòng)力部分的零件選擇更加嚴(yán)格。通常采用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的高質(zhì)量零件。系統(tǒng)維護(hù)必須系統(tǒng)化。在電氣系統(tǒng)中，某些零件是脆弱的。因此，為了考慮到這些零件的更換，這些零件必須盡可能設(shè)計(jì)成易于更換的零件，并且這些零件的工作鏈必須盡可能簡(jiǎn)單和穩(wěn)定，以避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。此外，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定需要不斷改進(jìn)技術(shù)、使用新的電力部件和采用先進(jìn)的操作系統(tǒng)。

三、數(shù)控機(jī)床電氣控制數(shù)字化應(yīng)用

1.硬件電路

（1）電源電路

電源電路設(shè)計(jì)應(yīng)按照控制裝置的要求進(jìn)行電源設(shè)計(jì)，即伺服驅(qū)動(dòng)模塊和模塊風(fēng)扇由220V伺服變壓器供電;控制電路接觸器由控制變壓器輸出的110伏電壓供電;電磁閥和z軸執(zhí)行器由整流器輸出的24V電流供電?？刂谱儔浩?20伏輸出分為兩路，數(shù)控機(jī)床中的床潤(rùn)滑馬達(dá)和電動(dòng)箱式空調(diào)由其他電路直接供電，直流電源伺服模塊由直流母線24V輸出供電。

（2）主要通信訓(xùn)練

垂直加工中心對(duì)主軸的控制要求如下：相關(guān)速度必須在廣泛范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié);無(wú)論速度如何，它都能提供足夠的扭矩和功率來(lái)滿足切削需求;可多次實(shí)現(xiàn)前行走、起動(dòng)行走、后行走、制動(dòng)速度和準(zhǔn)停速度;它能有效地實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)操作，響應(yīng)刀的自動(dòng)換檔。此外，主軸電機(jī)的內(nèi)部編碼器可以檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)速和主軸位置，主軸的閉合環(huán)速度主要由銷(xiāo)的控制部分控制，但在接近停機(jī)時(shí)需要閉合環(huán)位置。同時(shí)，通過(guò)數(shù)字控制集成，PLC可以將主軸的實(shí)際工作狀態(tài)傳遞給數(shù)字控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸所有功能的控制。

（3）交流進(jìn)給傳動(dòng)

回路供料系統(tǒng)在整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和精確指標(biāo)方面起著關(guān)鍵作用，可實(shí)現(xiàn)立式加工中心右軸的定位和切削供給。在垂直系統(tǒng)加工中，主要采用半閉環(huán)控制模式，電機(jī)和脈沖編碼器位于同一軸上，可精確反饋位置和速度，X/Y/Z球棒和伺服電機(jī)由輔助直接連接驅(qū)動(dòng)，從而閉合。雖然上述電氣控制保護(hù)措施可以有效、及時(shí)地實(shí)施，但機(jī)床-數(shù)控機(jī)床-數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行效率和安全性可以大大提高，對(duì)機(jī)床-數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行具有重要意義。

2.控制柜的設(shè)計(jì)應(yīng)用

機(jī)械的電氣布置和安裝——數(shù)控工具與整個(gè)電氣系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行有關(guān)，因此，我們?cè)陔姎獠贾煤桶惭b方面非常謹(jǐn)慎。電氣布置的一般原則是強(qiáng)、弱電分離、強(qiáng)干擾源分散、干擾敏感設(shè)備遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源。與此同時(shí)，它滿足了人力資源部的要求，即在考慮到電力運(yùn)營(yíng)者的安全和習(xí)慣的情況下，便利維修和安裝。電氣控制系統(tǒng)安裝標(biāo)準(zhǔn)：電氣控制系統(tǒng)的安裝必須有組織、分級(jí)和科學(xué)性。首先是弱電，然后是強(qiáng)電。并組織布線、連接、布局、接口、端子等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和每個(gè)組件的電氣特性。嵌套代碼原理：對(duì)于水平布線，布線代碼從左向右讀取。垂直連接，讀取自下而上的行代碼;緊固裝配螺釘時(shí)必須用紅點(diǎn)標(biāo)出;制造過(guò)程結(jié)束后，道路外的電氣負(fù)荷應(yīng)絕緣。在地面上制造冷壓力端子;ot1.5-4;;ut1.5-3;;RV2-6和RV2-8適用于方形線材。OT2.5-4，適用于2.5平方米和4平方米的規(guī)范;OT3.5-45和OT5.5-65分別適用于2、5、4和6平方米;直流電源線為藍(lán)色，交流電源線和交流電源線為紅色或黑色。安裝元件：安裝先前在底板上具有內(nèi)部配線的模組，然后在元件之間安裝細(xì)配線，并安裝粗配線組合（層）。安裝順序：a板：萬(wàn)科端子、主控制面板、中間繼電器、12V開(kāi)關(guān)電源、濾波器、電涌保護(hù)器、保險(xiǎn)絲、交流接觸器、相位誤差電涌保護(hù)器、變頻器、制動(dòng)電阻;b板：萬(wàn)科端子、伺服單元、DSP板、行程開(kāi)關(guān)板、中間繼電器、開(kāi)關(guān)電源i0-48.5v（b）、開(kāi)關(guān)電源24V。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述可知，數(shù)字化是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，具有高度的靈活性、快速響應(yīng)能力、高質(zhì)量和低成本。因此，大力發(fā)展數(shù)字設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，利用數(shù)字設(shè)計(jì)和制造技術(shù)加快制造閥門(mén)總成的改造是很有必要的。

參考文獻(xiàn)

[1]陳書(shū)錦，李華德，李擎，馬保柱.永磁同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程控制[J].企業(yè)文化.2016

[2]李寧，劉啟新，張麗華.交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的精確測(cè)定[J].電力電子技術(shù).2017.

[3]張晶輝.數(shù)控機(jī)床典型電氣故障診斷與維修[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2016，（01）：205-207.

[4]于曉紅.數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷維修原則與步驟[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2016，43 （01）：28-29.

[5]潘紫微，數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的進(jìn)程與發(fā)展[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010.

[6]王北平.基于PLC的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)技術(shù)研究[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2013.