数控机床电气控制技术及设计方法研究

Ｘ辅 ＋ 向运行
ｘ辅 秘｛ ＿ ｝ 考 赢完成
交流主传动电路、 交流进给传动电路 、 刀具交换装置转动电路 、 急停监 控保 护 电路 、 整 流装 置 电路 、 机 床操 作板 电路 、 电 源 电路 、 Ｎ Ｃ ／ Ｐ Ｌ Ｃ连接 电路及润滑、 冷却 、 通风装置电路等。着重从下列方面浅析硬件电路的
轴＋ 向 选择 按钮
图１ Ｘ轴＋ 向运行 的 部 分 Ｐ Ｌ Ｃ控 制程 序 ２ － ３参数设置 参 数是指 以完 成机床各种 功能及数 控系统 与机床结 构的匹配 所设 置 的各 种数值 ， 所 以必须 以上述 硬件 电路 十 及Ｐ Ｌ Ｃ 程 序设计 为基础 ， 同时以该立式 加工 中心各项 功能与结 构 的具体 要求为依 据 ，对数 控机 床的各项参数（ 如驱动参数、 系统参数等 ） 进行设置 ， 由此实现数控机床 整体 眭能 的最大化 发挥及数 控机床 的正 常使用 。 ３结束语 综上所述 ，数控机床的生产效率及整体质量与电气控制系统的形 式与整体控制能力间关系密切。本文结合某立式加工中心的实际晴况， 详细 阐述 了数控 机床电气控 制系统 的设 计。 实 践证实 ， 上述模块化 设计 思路 对实现 电气控制 系统运 行可靠性 的提高 、 故 障率 的降低 、 加工 效率 主轴 闭环速 度主要 由主 轴控制部 分实现 控制 ，但 准停期 间要求实 现闭 的提 高及整体 工作性 能的改 善意义重 大 ，因此本 文所述设 计方法 能够 环位 置控制 。与此 同时 ， 经Ｃ Ｎ Ｃ内置 的 Ｐ Ｌ Ｃ可把 主轴 的实际工作 状态 满足实 际生产 的要 求 ， 值得类似加 工 中心借鉴 。 传输 至 Ｃ Ｎ Ｃ ， 由此实 现对主轴 的各项功能 进行控制 。 参 考 文 献 ２ ． １ ． ３交流进给传动电路 。进给系统的整体ｌ 生 能对整机的精度指标 ［ １ ］ 李亮 亮． 大型龙 门加 工中心双直线 电机 驱动的 同步控 制技 术闳． ２ ０ １ １ ． 与运行 状态 起着直 接性 的影 响 ，同时进 给系统 主要完成该 立式加 工 中 ｆ ２ ］ 潘超． 数控机 床直线 电驱进 给 系统控 制技 术及动 态特 性研 究闭． ２ ０ １ １ ． 心直线 坐标 轴的定 位与切 削供给 。该立式 加工 中心进给 系统主要 采用 ［ ３ １ 宴 Ｊ Ｉ 志华控制技术在数控机床中的应用及分析阴科技信息， ２ ０ １ １ ， （ ２ ９ １ ． 半 闭环控制 方式 ， 其 中电机 与脉 冲编码器 同轴 ， 同时对速度 与位置 进行 ｆ ４ ］ 王 北平． 基于 Ｐ Ｌ Ｃ的数控 机床 电气控制 系统 技术研 究田－ 电源技 术应 反馈 ； Ｘ ／ Ｙ ｆ Ｚ 轴 滚珠 丝杠与伺 服 电机 采取副 直联驱 动 ，由此 使伺服 系统 用 。 ２ ０ １ ３ （ ４ ） ． 的各种非线性环节均外置闭环 ， 例如， 传动装置问隙、 丝杠刚度 、 摩擦阻 ［ ５ ］ 刘春 芳 ， 任 修盂 ， 王丽梅． 数控 机床 用磁 悬浮 系统 自 抗扰 控制仿 真研 究 尼等 ， 进 而实 现数控 机床 电机控 制 系统稳 定性 的提 高 ， 此外 Ｘ ／ Ｙ ／ Ｚ方 向 制 造技术 与机 床 ， ２ ０ １ ２ （ ４ ） ． 支 承导轨 全部采 用直线 滚动导 轨 ， 其 中直线 滚动 导轨具有 摩擦力 小 、 刚 ［ ６ ］ 李一 然 ， 李 昂， 段 虞 闻． 基于Ａ Ｔ ｍ ｅ ｇ ａ １ ６ 单片机 步进 电机控 制技 术的探 性高 、 定位精度高、 轴移动速度（ ２ ４ ｍ ／ ｍｉ ｎ ） 快等优点。 讨［ Ｊ Ｊ ． 中国科技博 览 ， ２ ０ １ ２ ０ ） ． ２ ． １ ． ４急停与监控保护电路。急停与监控保护电路要求对电机过载 检测（ 刀库电机、 润滑电机、 冷却电机 、 机械手电机 ） 、 数控机床紧急停止 、 机床润滑站的油位与压力检测、伺服变压器过热检测等环节及机床运 行的异常警示指示进行设计。 实践证实， 上述电气控制保护措施的有效 落实对提高数控机床运行安全可靠 眭意义重大。 ２ ２ ２ Ｐ Ｌ Ｃ程序
科 技 创 新
２ ｏ １ ４ 年 第 ２ 期Ｉ 科技创新与应用
数控 机 床 电气控 制 田 地 质局 四 队 ， 河南 平顶 山 ４ ６ ７ ０ ０ ０ ）
摘 要： 数控 机 床 作 为综 合应 用计 算机 、 微 电子 、 自动 检 测 、 自 动控制、 精 密机 械 、 液 压 传动 等 技 术 的 最新 成 果 ， 属 完全 新 型 的机械 加 工设备 。 随 着计 算机 技 术 与数 控技 术 的 深入 发展 及 生产 工 艺的 更新 换 代 ， 数 控 机 床 电 气控 制技 术 呈现 出快速 发展 的 势 头 ， 同 时
２ ． １硬件 电路 该立式 加工 中心 的电气 控制 主要 以 Ｆ Ａ Ｎ Ｕ Ｃ Ｏ ｉ — Ｍａ ｔ ｅ ＿ ＿ ＭＣ Ｃ Ｎ Ｃ为 基 础。硬件 电气 控制设计 从控制 功能角度具体 划分成若 干小模块 ， 例如
Ｐ Ｌ Ｃ程序往往被看作数控机床电气控制的关键 ｆ 生 部分 ，其中数控 机床 的 Ｐ Ｌ Ｃ程序可 达到几十毫 秒一 几百毫 秒的处理时 间 ， 此 速度完成 能 够满足绝大多数信息处理的要求 ，但就某些对响应速度要求较高的信 号而言 ，此处理速度亦存有某些局限ｌ 生。鉴于此 ，该立式加工中心把 Ｐ Ｌ Ｃ 程 序设 计划分成低 级程序 与高级程 序两大 部分 ，其 中从控 制 功能 角度 把低 级程序 划分 成若 干模 块 进行 编制 ， 例 如三 大直 线轴 （ 如快 速 、 进给、 回参考点 等 ） 、 主轴（ 如变 档 、 正反 转 、 换刀 、 定 向等 ） 、 各种 电动 机 （ 如冷却 、 润滑 等 ） 及 操作 面板 。该立 式加工 中心采用 ｘ轴＋ 向运行 的部 分Ｐ Ｌ Ｃ控制程序 ， 具体见图 １ 。
设计 问题 。
２ ． １ ． １电源 电路 。电源 电路要求根 据所有控制装 置 的相关 要求完成 电源 设计 ， 即伺 服驱动模块 与模块 风机 由源 自伺服变 压器 的 ２ ２ ０ Ｖ实现 供 给 ；控 制 回路 的接触 器 由源 自控制变 压器 的 １ Ｉ Ｏ Ｖ实 现供给 ； ｚ轴制 动器 与电磁 阀 由 ２ ７ Ｖ经整 流器整流 后输 出的一 ２ ４ Ｖ实现 供给 ； 控 制变压 器输 出的 ２ ２ ０ Ｖ具体分 成两路 ， 其 中数 控机床 的电气箱冷 气机 与床身润 滑 电机 由某 电路直接实 现供给 ， 伺服模 块 、 Ｃ Ｎ Ｃ 、 直流 继 电器 由剩余 电路 经开 关电源后 输 出的一 ２ ４ Ｖ实现供 给。 ２ ． １ ． ２交流 主传动 电路 。该 立式加工 中心对 主轴 的控制要 求具体包 括： 较宽 范 围内相关 速度 必须具 有 连续可 调性 ； 不 管采 取何 种速 度 ， 均 可提 供足够 的转 矩与功 率 ， 由此满 足切 削所 需 ； 启动、 制动、 正传 、 反转 、 准停 均可 反复实 现 ；刀具 的 自动装 卸能 够有效 实现 ，以满足换 刀 自 动 化 。￣ ｆ ｍ ｉ ｎ 范围 内， 该立式 加工 中心 的主轴均 可实现无级 调速 ， 此 外 主轴 电机 的内置编码 器可实 现对主轴 速度 、 主轴 位置进 行检测 ， 同时
也成为数控机床设计的关键部分。文章结合某加 工中心的实际情况 ， 着重探讨数控机床电气控制技术及设计方法。
关键 词 ： 数 控机 床 ； 电气控 制 技 术 ； 设 计 方 法
１数控机床电气控制系统 随着计 算机 技术 与数控 技术 的深入 发展 及生产 工艺 的更 新换 代 ， 数控机床电气控制技术逐步形成独立的体系，同时也成为数控机床设 计 的关键部 分 。若 想实现数 控机床 的安全 可靠性 及生产效 率与加 工精 度的提高， 必须加强对数控机床电气控制原理及设计方法的研究。 本文 结合某 立式 加工 中心的实 际 隋况 ，着重介 绍数控 机床 电气 控制技 术及 设 计方法 。 该立 式加工 的 电气 控制系统 主要 由 １ ３ ｉ ｓ 系列交 流进 给伺 服电机组 、 Ｂ ｉ 交流主轴伺服电机 、 Ｓ Ｖ Ｐ Ｍ及 Ｆ Ａ Ｎ Ｕ Ｃ Ｏ ｉ － Ｍａ ｔ ｅ － ＭＣ Ｃ Ｎ Ｃ 系列数字交流伺服模块组成 ， 其中Ｓ Ｖ Ｐ Ｍ属进给伺服模块、 主轴伺服模 块、 电源模块一体型设计 ， 由此对 串行主轴及进给轴进行驱动 ， 进而体 现 出性价 比高 、 结构紧凑等 优点 。 ２数 控机床 电气 控制系统 的设 计 数控机床电气控制系统具有控制原理复杂的特点 ，因此数控机床 电气 控制 系统 的设 计表 现出显 著的复杂 陛。该立 式加工 中心 的电气控 制系统设计主要采用模块化的思路，即把电气控制系统划分成参数设 置、 Ｐ Ｌ Ｃ程序 、 硬 件 电路 三大模 块一 再从控制 功能角度 把此 三大模 块划 分成若干小模块， 由此实现设计工作效率与品质的提高。主要从硬件电 路、 Ｐ Ｌ Ｃ程序、 参数设置三方面浅析数控机床电气控制系统的设计。