浅谈机床电气的数控化

1 数控机床的概念及特点

        1.1 数控机床的概念

        数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。数控机床的控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件，数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。

数控机床一般由主机，数控装置，驱动装置，辅助装置，编程及其他附属设备组成。主机包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件，可以完成各种切削加工；数控装置包括硬件和软件，硬件部分主要包括印刷电路板、CRT 显示器、键盒、纸带阅读机等，再配合相关的软件系统，数控装置可以完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能；驱动装置包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等，在数控装置的控制下，可以通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动，完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工；辅助装置包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等，可以保证数控机床的正常冷却、排屑、润滑、照明、监测等工作；编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。

        1.2 机床电气数控化系统的特点

        加工精度高。机床电气数控化系统采用先进的技术控制，实现了硬件操作与软件控制的有效结合，能够大大减少生产过程中的失误，同时，该系统运用先进的控制系统，能够实现精确的操作控制，因此具有加工精度高的特点，具有稳定的加工质量。

        劳动量少，生产率高。机床电气数控化系统的精度很高，可以根据实际加工需要选择有利的加工用量，生产率一般可以达到普通机床的三到六倍；机床电气数控化系统的自动化程度高，高新科技的运用在保证甚至提高生产质量的同时，更大大减少了工人的劳动强度；机床电气数控化系统的生产具有相当大的灵活性，可以根据生产零件的变化进行控制程序的变更，也就无需返工，这样大大节省了生产的时间。

        技术含量高。机床电气数控化系统运用了新型技术，实现了更多的功能，具有更高的技术含量，在实际应用中，操作人员也需要具备高素质，拥有一定的专业知识，尤其是机床电气数控化系统的维修人员，更需要具备更多的专业知识，才能够更好地对系统进行维护与修复。

2 机床电气数控化系统的设计

        2.1 对驱动电路的设计

        驱动电路设计是对驱动器采用5 细分（30 拍）、10 细分（60 拍）的方式，这个方式是在三相六拍的基础上进行的。细分后的电动机将缩小相应的步距角的倍数（如步距角为0.75 的电动机，10 细分后步距角变为0.075）。细分后小步进电动机的低频振荡被消除了，电动机的分辨率和运行特性也被相应的提高了，但是因为制造工艺上的误差，导致实际的变频率要稍低于理论上的分辨率的。可适应最恶劣电网环境的是三相混合式步进电机驱动器SH-32206，80耀220V 交流供电，方向信号、脉冲信号和脱机信号接CNC 装置。双极恒相流细分驱动，可以通过驱动器面板上的第1、2、3、4 四个拨码开关，提供16 种可选细分模式；输入信号光电隔离；过压、过流保护、脱机保持功能、单/双脉冲模式可选；自动半流；最大输出驱动电流6A/相。

        2.2 变频器主轴的控制

        主轴电机采用交流变频控制电机，由变频器进行控制。数控系统的驱动模块端子75A 与15A 处输出0耀10V模拟电压，该电压就是变频器的指令电压。输出的转速是根据输入的电压的变化而变化的。当主轴电机需要正向旋转时，PLC 的Q4.0 输出高电平，继电器

        KA1 吸合，使变频端子27 短接于31，同时驱动器75A 端与15 端之间输出一个适应于电动机转速的模拟电压，主轴则会根据模拟电压相应的速度争相旋转。当主轴电动机需要反向旋转时，PLC 的Q4.1 输出高电平，继电器KA2 吸合，变频器端子28 短接于31，主轴电动机则反向旋转。因为模拟主轴电机无编码器，所以在发出转速命令后，系统不能检测到主轴是否运行。为解决这一问题，我们利用变频器上的功能端子，将其通过参数设置成“到达指令频率闭合”状态，并通过PLC检测此信号，从而监控电机的运转。

        2.3 系统的操控设计

        电流(转矩)控制环、速度控制环和位置控制环组成了数控机床运动坐标的电气控制。对PLC 程序的处理，要遵循尽量保留原PLC 程序的基本原则，只是在原程序的外围加一个转换程序，将与系统有关的部分作必要的转换，这样可以最大限度地减少工作量，并最大限度地保留了原PLC程序中的一些安全保护措施。PLC 程序是进行电控设计的关键。由于不同的西门子PLC 产品系统不同，功能模块也不同，因此我们在进行系统更新时要对系统功能块进行相应的处理。西门子系统中的NC 与PLC之间的通讯都是通过接口信号来实现的，接口信号通常包括NC寅PLC 和PLC寅NC 这两部分，其中PLC寅NC属于控制信号，它主要完成对系统动作的控制；NC寅PLC 属于系统给出的状态信号，它主要用于判断系统是否正确执行了控制信号。接口信号的双向性决定了增添转换程序时要设计两个程序块，其中一个用于处理NC寅PLC 的信号，另一个用于处理PLC寅NC 的信号。

3 机床电气数控化系统的改造

        机床电气数控化系统要改造也就是对技术的创新，对性能、工作效率、机械精度的提高以及对自动化程度的增强。另外还有NC 化，即把数显装置和数控系统装在普通机床上，把它改造成CNC 机床。对数控化电气机床的诊断和修复机制也要着重改造。通过机床电气数控化系统以上几个方面的改造，可以使数控化机床的性能得以稳定，增强了可靠性，避免了因为应力变形而产生的精度影响；生产率也有所提高，一般改造后的机床的工作效率可以提高3耀5倍；也节省了经济成本，对机床电气的数控改造要比购置新机床大约节省40%-60%。

4 机床电气数控化系统的维护

        对操作人员来说，机床电气数控化系统具有严格的操作流程与操作规定，操作人员在使用过程中，一定要严格遵守该系统的操作流程，避免操作失误的发生。对维护人员来说，机床电气数控化系统采用的都是精密仪器，非常容易受到外界因素的影响，要想保证系统仪器的正常使用，维护人员就要对该系统进行必要的防尘、防火等处理工作，漂浮的灰尘和金属粉末进入数控系统内部，容易引起元器件间绝缘电阻下降，从而出现故障甚至损坏元器件；维护人员需要定时清扫数控柜的散热通风系统，防止数控系统内热量积聚内部元器件；机床电气数控化系统的正常使用需要一定的电压，维护人员需要经常监视数控系统的电网电压，防止电压异常对数控系统产生不良影响。

5 结束语

        我国的机床数控化技术不能停留在当下阶段，我们要与时俱进，发展高精度、高性能、高效率的数控化系统，要逐步实现智能化标准，随着电气化技术的发展，机床电气数控化系统的应用范围将逐渐扩大。