王川

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，制造業(yè)也在不斷發(fā)展，并且取得了前所未有的成績。然而在制造業(yè)中，數(shù)控機(jī)床可以被稱為核心母機(jī)，占有十分重要的地位，對(duì)于數(shù)控機(jī)床來說，數(shù)控系統(tǒng)又占據(jù)著核心地位，因此保障數(shù)控系統(tǒng)的性能直接關(guān)系著電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行和穩(wěn)定。這也就意味著數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)選程度直接決定著控制系統(tǒng)的性能。因此對(duì)數(shù)控機(jī)床的電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說是整個(gè)工作的重中之重。筆者根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，隨著長期的調(diào)查研究，撰寫本論文，主要對(duì)數(shù)控機(jī)床的電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，介紹了幾種數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及相關(guān)的各種問題，希望對(duì)數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)行業(yè)有積極的啟發(fā)作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；電氣控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

在制造行業(yè)中，數(shù)控機(jī)床占有很重要的地位，特別是數(shù)控機(jī)床的電氣設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是整個(gè)運(yùn)營過程的重點(diǎn)。我們所說的數(shù)控機(jī)床其實(shí)就是一種機(jī)電一體化的裝備，其特點(diǎn)就是，它囊括了機(jī)電、液、氣于一身，在這一系統(tǒng)化的裝備中，數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)是最重要的部分，居于核心地位，可以說，數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，它的可靠運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)設(shè)備運(yùn)行和正常的工作。本文主要介紹了這一系統(tǒng)的具體的工作原理和設(shè)計(jì)方面的相關(guān)問題。

一、數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)的基本運(yùn)作模式

數(shù)字控制（Numerical Control），英文簡稱NC，數(shù)字控制技術(shù)就是指整個(gè)技術(shù)的控制，都是采用數(shù)字化的信息來進(jìn)行的，也就是通過具體的數(shù)字化信息，對(duì)機(jī)床的加工過程和其整體的運(yùn)作進(jìn)行必要的控制，這種控制被我們稱作數(shù)控機(jī)床。它是一種高自動(dòng)化的現(xiàn)代化設(shè)備，主要從事機(jī)械加工，是與機(jī)床結(jié)合的產(chǎn)物。

數(shù)控機(jī)床的組成部分與一般性的機(jī)電一體化的結(jié)構(gòu)是相同，都是由機(jī)械的本體、不間斷的動(dòng)力源以及必要的電子控制單元和檢測(cè)傳感等部分以及執(zhí)行機(jī)器這幾部分共同構(gòu)成。其中，數(shù)控機(jī)床的主體是機(jī)械本體，主要是用來完成各種切割加工工作的；而不間斷的動(dòng)力源則是主控機(jī)床的主要的動(dòng)力源，用于提供主要的動(dòng)力，一般都是電能作為動(dòng)力源；計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置簡稱CNC，是電子控制單元最為核心的部分，其主要作用就是將它把接收到的各種數(shù)字信息接收到的各種必要的數(shù)字信息進(jìn)行運(yùn)作和處理，同時(shí)輸出指令，傳遞給伺服系統(tǒng)，能夠讓機(jī)床按照秩序正常工作；檢測(cè)傳感部分的主要工作任務(wù)是對(duì)于工作臺(tái)的位移進(jìn)行必要的檢測(cè)，同時(shí)，它可以將檢測(cè)所得到的結(jié)果進(jìn)行反饋控制，主要通過輸入計(jì)算機(jī)和具體的位置顯示；執(zhí)行器也就是上文提到過的伺服系統(tǒng)，主要作用是驅(qū)動(dòng)機(jī)床上的各個(gè)部分的移動(dòng)的零部件，同時(shí)可以做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，可以對(duì)定位精度和速度進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。

一般來說，操作者根據(jù)圖紙的具體要求，在在普通機(jī)床上進(jìn)行操作，并且加工零件，并因此而達(dá)到不斷改變刀具與工件這二者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡，從而加工出符合要求的零部件。當(dāng)然，在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工零件的相關(guān)操作的時(shí)候，具體的要求是將被加工零部件的具體的加工順序和精準(zhǔn)的工藝參數(shù)以及機(jī)床運(yùn)動(dòng)等各方面都需要用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控語言編制出專業(yè)化的加工程序，然后，才可以將這種程序輸入到 CNC 裝置中，從而進(jìn)行下一步的工序，同時(shí)進(jìn)行一系列的處理，然后向伺服系統(tǒng)發(fā)放相應(yīng)的執(zhí)行指令，一步一步完成最終的零部件的加工，以上這一過程就是數(shù)控機(jī)床的整個(gè)工作過程和工作原理。

二、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對(duì)比較復(fù)雜，本節(jié)主要介紹主要的設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1.主軸電機(jī)的電氣控制系統(tǒng)

在制造業(yè)的具體工作過程中，如果電氣控制系統(tǒng)總是處于長時(shí)間的、超負(fù)荷的高壓力工作，那么，必然會(huì)導(dǎo)致許多問題，主要有電機(jī)過熱或者是承載量過大，這些都會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)作，影響極為不好。

而有些型號(hào)的數(shù)控機(jī)床，比如我們所說的主軸電機(jī)的電氣控制系統(tǒng)，其溫度的設(shè)定是有限制的，他的最大承載溫度值為110攝氏度，一旦超過了110攝氏度，那么，系統(tǒng)將會(huì)在2分鐘之內(nèi)像系統(tǒng)輸出一個(gè)超出溫度、溫度過熱的信號(hào)，系統(tǒng)在接收到這一信號(hào)以后，家就會(huì)發(fā)出過熱或者承載量超額的警報(bào)，提醒問題存在的現(xiàn)象；如果在正常的運(yùn)行過程中，出現(xiàn)了其他的有威脅的、危險(xiǎn)的異常情況，比如是電機(jī)的內(nèi)部的，相對(duì)來說較為微小、細(xì)微的功能性的異常情況，類似于功率不匹配、發(fā)生失?，F(xiàn)象，轉(zhuǎn)速過快或者過慢，不符合整體要求，電流過大或者過小，不達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，這些問題都是可以通過變頻器進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)通過變頻器，立即將報(bào)警輸送給CNC系統(tǒng)，而CNC系統(tǒng)經(jīng)過相應(yīng)的處理以后，就可以顯示出相應(yīng)的警報(bào)，是具有針對(duì)性的警報(bào)；正常的工作過程中，如果突然就發(fā)生了斷電、電壓不穩(wěn)、短路等一系列的問題，對(duì)于工作進(jìn)展實(shí)施的干擾程度比較大，這些問題都可以由機(jī)床電氣控制系統(tǒng)來解決。事實(shí)上，突然斷電這種現(xiàn)象如果發(fā)生，那么CNC、PLC以及變頻器等各個(gè)部件的備用電源就可以將在系統(tǒng)運(yùn)作過程中較為重要的參數(shù)和具體的程序都儲(chǔ)存起來，方便與隨后的恢復(fù)供電后的操作控制，特別是對(duì)于一些參數(shù)的保存，是十分重要的；突然地短路這種情況，在較短的時(shí)間里就會(huì)造成電流突然過大，這種情況發(fā)生的時(shí)候，我們的漏電開關(guān)就可以發(fā)揮其應(yīng)該發(fā)揮的作用了，一般來說，漏電開關(guān)是檢測(cè)電流的很好地工具，一旦電流超過了30mA，立即就會(huì)發(fā)生自動(dòng)斷開，從而可以保護(hù)工作人員和一些較為重要的設(shè)備的安全，因?yàn)椋Ｈ四軌虺惺艿碾娏魇?0Am。

2.進(jìn)給軸電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

理論上來說，進(jìn)給軸電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的型號(hào)的數(shù)控機(jī)床是半線軌機(jī)床，日常生活中，我們用 X軸、Y 軸來采用線軌，硬軌則是采用Z軸。

采用線軌進(jìn)行操作的進(jìn)給軸的最大特點(diǎn)就是其本身與機(jī)械的本體的接觸面積較小、同時(shí)，摩擦力小，也就是相對(duì)阻力也小，但是，其負(fù)載能力卻相對(duì)來說較為輕小，向來只是用于切割、切削輕載，常用于加工五金零部件，汽車配件等相對(duì)來說比較輕小的產(chǎn)品。采用Z軸的硬軌方式就大不相同的，兩者差距比較大，即進(jìn)給軸與機(jī)械本體的接觸面積大、摩擦力大、因此阻力也大，而其負(fù)載能力相對(duì)于主軸電機(jī)的電氣控制系統(tǒng)要強(qiáng)一些，因此，這種系統(tǒng)是可以重載切削、切割的，主要的用途就是加工模具等一系列較大的產(chǎn)品。進(jìn)給軸有比較詳細(xì)的要求，主要有以下幾個(gè)方面。

首先，它要求有精確地精度，一般來說，其定位的要求是比較詳細(xì)的，例如，重復(fù)定位的精準(zhǔn)度是一般是在0.005mm；，而定位的精準(zhǔn)度則更為精細(xì)，是在0.001mm。除了在精準(zhǔn)度方面的具體要求外，還在速度方面有著絕對(duì)的要求，必須做到加減速要好，同時(shí)要保持著X、Y、Z三個(gè)軸的聯(lián)動(dòng)的順暢、而跟隨性必須要好，一般的要求是加工進(jìn)度為20cm/min，最快可以達(dá)到 1m/min。在穩(wěn)定性方面的具體要求要控制其振動(dòng)性要小，抗干擾能力要強(qiáng)等。

另外，有一種產(chǎn)品是介乎于前兩者之間的產(chǎn)品，即采用半線軌的產(chǎn)品，這一款機(jī)床的主要用途是加工日常生活中的小型的五金零部件的加工以及汽車中小型配件的加工和小型的模具的加工。

3.數(shù)控機(jī)床的電氣布局和安裝方面的具體要求

在具體的實(shí)踐過程和分析調(diào)查中，我們知道，數(shù)控機(jī)床的電氣布局以及數(shù)控機(jī)床的電氣的安裝決定著整個(gè)電氣系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，因此，這對(duì)于整個(gè)工作是至關(guān)重要的，也正是這個(gè)原因的存在，我們對(duì)于電氣的具體分布和安裝都要進(jìn)行詳細(xì)、周密、謹(jǐn)慎的策劃、操作、實(shí)施。

一般來說，電氣布局需要遵循著這樣一個(gè)原則，即強(qiáng)電和弱電需要分開，同時(shí)要注意有較強(qiáng)干擾的干擾源也要布局分散，而那些相對(duì)來說，易受干擾的器件就需要遠(yuǎn)離上述的強(qiáng)干擾源，以防止發(fā)生危險(xiǎn)。當(dāng)然，在注意這些問題的同時(shí)也要注意人身安全和維修安裝便利等方面。

在安裝方面，電氣控制系統(tǒng)的安裝有其自身的準(zhǔn)則：在電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)、穩(wěn)定、有層次、有條理的安裝基礎(chǔ)上，還要注意先后順序，例如，對(duì)于送電方面，需要先弱電，后強(qiáng)電等。同時(shí)也要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況來進(jìn)行安裝，各個(gè)器件的特性要掌握清楚，以便于順利安排線路和對(duì)接。最終的目的都是要安全的完成工作任務(wù)。在安裝方面也是要注意原則的，例如安裝順序、檢測(cè)等各個(gè)方面，都需要工作人員有著較熟練的操作技術(shù)和專業(yè)技術(shù)。

三、結(jié)語

制造是人類歷史不斷發(fā)展和文明的不斷進(jìn)步的動(dòng)力源泉，可以說，小到我們的日常生活，大到國家工業(yè)、科技的發(fā)展，都離不開制造業(yè)。間接地說，制造業(yè)的發(fā)展水平的能夠明顯的證明一個(gè)國家的重工業(yè)的發(fā)展程度。近年來，傳統(tǒng)的機(jī)電工業(yè)為代表的制造業(yè)隨著信息化和商業(yè)化的不斷發(fā)展，不斷地發(fā)展、變革。當(dāng)前形勢(shì)下，經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，社會(huì)不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)也不斷在創(chuàng)新，因此，在制造業(yè)方面，需要更為專業(yè)、精準(zhǔn)的技術(shù)和設(shè)備，筆者根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，隨著長期的調(diào)查研究，撰寫本論文，介紹了幾種數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其工作原理等相關(guān)問題，希望對(duì)相關(guān)工作者有所啟示。