数控机床电气控制技术及设计方法

数控机床电气控制技术及设计方法武玉明齐重数控装备股份有限公司黑龙江

齐齐哈尔 161005

摘要：数控机床实际上是一种机械设备，其体型较大，整体构造相对来说比

较复杂。随着科学技术发展的迅猛势头，科技对当今社会产生着明显的影响，保

证产品质量和生产率的情况下，技术人员在开展相关操作的过程中需要对其安全

性进行强化，确保整体生产质量达到要求。本文就其电气控制展开了相关探究。

关键词：数控机床；机床电气；电气控制技术；电气设计

1数控机床的常见功能

在实际工作中，数控机床是通过分布在多个轴位上的伺服电机实现最终的定

位功能，并且不同轴位之间在工作过程中存在良好的联动特点，能够同时进行运

动也能够分开运动，从而能够使数控机床生产的效率得到相应的保障，提高数控

机床机械生产的工作准确性和真实性。在数控机床的实际工作中，不同的轴在进

行全面运动的同时，还可以通过使用光栅尺完成全闭环式的完整控制，进而保证

工作台可以对整体进行定位，为了保证实际的定位和工作质量，需要合理使用外

展模拟量I/O点形式来对高速变频器的工作状态进行控制以及保证不同位置的电

机都可以实现启动和停止功能的优化，提升转速系统整体的同步控制效果。将主

轴的转速保持在一定水平，能够帮助提高机械生产的工作效率，同时使冷却水泵

得到合理的配置，通过对电机设备的冷却处理也能够更好地检测电机设备的温度，并且使温度的保护效果得到进一步的提高，实现预期的工作目的。在主轴运行环

节通常需要进行机械手以及刀库的安装，这项工作的主要目的是为自动化以及手

动化的工作方式提供保障，同时也是提升整体工作效率和产品质量的有效方式。

在采取机械手换刀的方式后，可以实现对刀具各类信息的收集。在数控机床的实

际工作中，需要对系统的刀具磨损情况以及断刀的情况进行了解，防止系统中出

现刀具失效的问题而最终影响到整体的效果。同时，在对机械和设备进行换刀的

过程中，需要保障加工生产的稳定性，控制不同机位的工作模式来完成相应的任

务和要求。

2数控机床电气控制系统的结构

2.1基础结构

数控机床通常由基本结构和特殊结构两部分构成。基础结构包括机床主体、

电气控制单元和电气控制系统执行部分，主要起到加工原材料的作用。机床本体

是数控机床加工运动的实际机械部件，对材料加工的整体质量有着密不可分的联系。而电气控制单位能够控制机床本体的运行操作，可以根据企业的生产需求，

适当调节机床本体的运动方向、运动方式和加工工艺等内容，从而完成一系列的

精密加工任务。电气控制单元主要由电源、电机和PLC三部分构成。电源是电气

控制系统正常运行的基础，能够充分满足控制管理机床时的电力需求，确保材料

加工任务的顺利进行。而电机主要起到了转换电流的作用，通过电机可以将直流

电转换成交流电，使机床的运行效率得到显著增强，进而令材料加工速度大幅度

提升。而PLC作为电气控制系统的核心，对机床的运行起着总体的协调作用，通

过向执行部分下达各项指令，使数控机床按照使用者的意愿顺利运行，完成原材

料的加工制造工作。执行部分则是按照电气控制系统的各项指令，对刀具角度、

推进距离和运行速度等加工参数予以调节，使材料加工的整体质量得到精准控制。

2.2特殊结构

在使用数控机床加工材料的过程中，常常会因工作人员疏忽、操作不规范或

数值设置错误等原因，造成现场突发事故的发生，其不仅会对材料加工质量，造

成一定程度的影响，还极容易对工作人员造成损伤，令工作人员的生命安全受到

严重威胁。而数控机床中的特殊结构，恰恰是为了预防和控制突发事故专门设置

的按钮开关。特殊结构包括紧急按钮和超程限位两个部分，若在材料加工过程中

出现突发情况，操作人员可以及时按下紧急按钮，使数控机床内部的接触点自动

断开，从而达到切断电源的效果。而且，按下紧急按钮的同时，输入单元会将报

警信号传输至PLC的CPU。待CPU接收到报警信号后，会按照预定程序的设计内

容，经输出单元向各个系统发出停止运行的操作指令，使突发情况得到有效控制[1]。在系统停止工作后，也会使相应的程序完成复位操作，确保后续操作的顺利进行。超程限位开关和紧急按钮的作用相类似，也是在工作人员按下开关以后，使数控机床的正常运行即刻停止，将突发事件造成的影响降至最低。紧急按钮和超程限位的应用，在提升数控机床操作安全性方面发挥了良好的作用。

3数控机床电气控制技术及设计方法

3.1严格遵循操作流程

在实际开展数控机床电气安全检测工作时，技术人员需要按照相关的工作要求和流程落实有关技术形式，促使这项工作的开展可以产生较好的效果。在确定数控机床电气安全检测标准之后，操作人员要严格遵循机床的操作流程，尤其是需要对不同的电气检测内容和形式进行综合分析，防止其在操作当中产生不符合要求的形式影响检测结果[2]。工业企业在生产经营当中要对技术人员提出具体的要求，让其按照科学的检测方法完成工作任务，以取得较好的检测效果，以便达到预期要求。由于数控机床电气安全检测工作内容较多，对技术人员的能力和水平要求较高，其在操作当中就需要明确相关的注意事项，尤其要提高自身的专业能力。

3.2电气控制系统设计

基于PLC的数控机床电气控制系统设计，主要包括上位机功能设计、PLC程序设计和伺服机构设计三项内容。上位机功能设计的内容，主要是利用编写软件程序的方式，对数控机床的实时运行状态和PLC数据传输情况予以监控，确保数据传输的准确有效，令数控机床的各项运行操作顺利有序进行。在编写软件程序的过程中，工作人员应根据材料加工的各项需求，将钢板尺寸、厚度和孔位大小等数据输入到加工程序中，并将所有数据上传至PLC的数据区，通过串口将上位机与PLC相连接，完成两者之间的信息交流[3]。令内部监控软件有据可依，确保数控机床的每一步操作均准确无误。若数控机床在材料加工过程中出现异常，上位机即刻会接收到实时数据，并在监控画面中显示报警信息，以引起操作人员的