1 數(shù)控機(jī)床的概念及特點(diǎn)

    1.1 數(shù)控機(jī)床的概念

    數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作并加工零件，數(shù)控機(jī)床的操作和監(jiān)控全部在這個(gè)數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機(jī)床的大腦。

數(shù)控機(jī)床一般由主機(jī)，數(shù)控裝置，驅(qū)動(dòng)裝置，輔助裝置，編程及其他附屬設(shè)備組成。主機(jī)包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件，可以完成各種切削加工；數(shù)控裝置包括硬件和軟件，硬件部分主要包括印刷電路板、CRT 顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等，再配合相關(guān)的軟件系統(tǒng)，數(shù)控裝置可以完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能；驅(qū)動(dòng)裝置包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等，在數(shù)控裝置的控制下，可以通過(guò)電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，完成定位、直線(xiàn)、平面曲線(xiàn)和空間曲線(xiàn)的加工；輔助裝置包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測(cè)裝置等，可以保證數(shù)控機(jī)床的正常冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明、監(jiān)測(cè)等工作；編程及其他附屬設(shè)備，可用來(lái)在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。

    1.2 機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)的特點(diǎn)

    加工精度高。機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)采用先進(jìn)的技術(shù)控制，實(shí)現(xiàn)了硬件操作與軟件控制的有效結(jié)合，能夠大大減少生產(chǎn)過(guò)程中的失誤，同時(shí)，該系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的操作控制，因此具有加工精度高的特點(diǎn)，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量。

    勞動(dòng)量少，生產(chǎn)率高。機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)的精度很高，可以根據(jù)實(shí)際加工需要選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率一般可以達(dá)到普通機(jī)床的三到六倍；機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高，高新科技的運(yùn)用在保證甚至提高生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)，更大大減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)的生產(chǎn)具有相當(dāng)大的靈活性，可以根據(jù)生產(chǎn)零件的變化進(jìn)行控制程序的變更，也就無(wú)需返工，這樣大大節(jié)省了生產(chǎn)的時(shí)間。

    技術(shù)含量高。機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)運(yùn)用了新型技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了更多的功能，具有更高的技術(shù)含量，在實(shí)際應(yīng)用中，操作人員也需要具備高素質(zhì)，擁有一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，尤其是機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)的維修人員，更需要具備更多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，才能夠更好地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與修復(fù)。

2 機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    2.1 對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

    驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)是對(duì)驅(qū)動(dòng)器采用5 細(xì)分（30 拍）、10 細(xì)分（60 拍）的方式，這個(gè)方式是在三相六拍的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。細(xì)分后的電動(dòng)機(jī)將縮小相應(yīng)的步距角的倍數(shù)（如步距角為0.75 的電動(dòng)機(jī)，10 細(xì)分后步距角變?yōu)?.075）。細(xì)分后小步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的低頻振蕩被消除了，電動(dòng)機(jī)的分辨率和運(yùn)行特性也被相應(yīng)的提高了，但是因?yàn)橹圃旃に嚿系恼`差，導(dǎo)致實(shí)際的變頻率要稍低于理論上的分辨率的。可適應(yīng)最?lèi)毫与娋W(wǎng)環(huán)境的是三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器SH-32206，80耀220V 交流供電，方向信號(hào)、脈沖信號(hào)和脫機(jī)信號(hào)接CNC 裝置。雙極恒相流細(xì)分驅(qū)動(dòng)，可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)器面板上的第1、2、3、4 四個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)，提供16 種可選細(xì)分模式；輸入信號(hào)光電隔離；過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)、脫機(jī)保持功能、單/雙脈沖模式可選；自動(dòng)半流；最大輸出驅(qū)動(dòng)電流6A/相。

    2.2 變頻器主軸的控制

    主軸電機(jī)采用交流變頻控制電機(jī)，由變頻器進(jìn)行控制。數(shù)控系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模塊端子75A 與15A 處輸出0耀10V模擬電壓，該電壓就是變頻器的指令電壓。輸出的轉(zhuǎn)速是根據(jù)輸入的電壓的變化而變化的。當(dāng)主軸電機(jī)需要正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，PLC 的Q4.0 輸出高電平，繼電器

    KA1 吸合，使變頻端子27 短接于31，同時(shí)驅(qū)動(dòng)器75A 端與15 端之間輸出一個(gè)適應(yīng)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的模擬電壓，主軸則會(huì)根據(jù)模擬電壓相應(yīng)的速度爭(zhēng)相旋轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)需要反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，PLC 的Q4.1 輸出高電平，繼電器KA2 吸合，變頻器端子28 短接于31，主軸電動(dòng)機(jī)則反向旋轉(zhuǎn)。因?yàn)槟M主軸電機(jī)無(wú)編碼器，所以在發(fā)出轉(zhuǎn)速命令后，系統(tǒng)不能檢測(cè)到主軸是否運(yùn)行。為解決這一問(wèn)題，我們利用變頻器上的功能端子，將其通過(guò)參數(shù)設(shè)置成“到達(dá)指令頻率閉合”狀態(tài)，并通過(guò)PLC檢測(cè)此信號(hào)，從而監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

    2.3 系統(tǒng)的操控設(shè)計(jì)

    電流(轉(zhuǎn)矩)控制環(huán)、速度控制環(huán)和位置控制環(huán)組成了數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的電氣控制。對(duì)PLC 程序的處理，要遵循盡量保留原PLC 程序的基本原則，只是在原程序的外圍加一個(gè)轉(zhuǎn)換程序，將與系統(tǒng)有關(guān)的部分作必要的轉(zhuǎn)換，這樣可以最大限度地減少工作量，并最大限度地保留了原PLC程序中的一些安全保護(hù)措施。PLC 程序是進(jìn)行電控設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。由于不同的西門(mén)子PLC 產(chǎn)品系統(tǒng)不同，功能模塊也不同，因此我們?cè)谶M(jìn)行系統(tǒng)更新時(shí)要對(duì)系統(tǒng)功能塊進(jìn)行相應(yīng)的處理。西門(mén)子系統(tǒng)中的NC 與PLC之間的通訊都是通過(guò)接口信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，接口信號(hào)通常包括NC寅PLC 和PLC寅NC 這兩部分，其中PLC寅NC屬于控制信號(hào)，它主要完成對(duì)系統(tǒng)動(dòng)作的控制；NC寅PLC 屬于系統(tǒng)給出的狀態(tài)信號(hào)，它主要用于判斷系統(tǒng)是否正確執(zhí)行了控制信號(hào)。接口信號(hào)的雙向性決定了增添轉(zhuǎn)換程序時(shí)要設(shè)計(jì)兩個(gè)程序塊，其中一個(gè)用于處理NC寅PLC 的信號(hào)，另一個(gè)用于處理PLC寅NC 的信號(hào)。

3 機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)的改造

    機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)要改造也就是對(duì)技術(shù)的創(chuàng)新，對(duì)性能、工作效率、機(jī)械精度的提高以及對(duì)自動(dòng)化程度的增強(qiáng)。另外還有NC 化，即把數(shù)顯裝置和數(shù)控系統(tǒng)裝在普通機(jī)床上，把它改造成CNC 機(jī)床。對(duì)數(shù)控化電氣機(jī)床的診斷和修復(fù)機(jī)制也要著重改造。通過(guò)機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)以上幾個(gè)方面的改造，可以使數(shù)控化機(jī)床的性能得以穩(wěn)定，增強(qiáng)了可靠性，避免了因?yàn)閼?yīng)力變形而產(chǎn)生的精度影響；生產(chǎn)率也有所提高，一般改造后的機(jī)床的工作效率可以提高3耀5倍；也節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本，對(duì)機(jī)床電氣的數(shù)控改造要比購(gòu)置新機(jī)床大約節(jié)省40%-60%。

4 機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)的維護(hù)

    對(duì)操作人員來(lái)說(shuō)，機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)具有嚴(yán)格的操作流程與操作規(guī)定，操作人員在使用過(guò)程中，一定要嚴(yán)格遵守該系統(tǒng)的操作流程，避免操作失誤的發(fā)生。對(duì)維護(hù)人員來(lái)說(shuō)，機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)采用的都是精密儀器，非常容易受到外界因素的影響，要想保證系統(tǒng)儀器的正常使用，維護(hù)人員就要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行必要的防塵、防火等處理工作，漂浮的灰塵和金屬粉末進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部，容易引起元器件間絕緣電阻下降，從而出現(xiàn)故障甚至損壞元器件；維護(hù)人員需要定時(shí)清掃數(shù)控柜的散熱通風(fēng)系統(tǒng)，防止數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)熱量積聚內(nèi)部元器件；機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)的正常使用需要一定的電壓，維護(hù)人員需要經(jīng)常監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓，防止電壓異常對(duì)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

    我國(guó)的機(jī)床數(shù)控化技術(shù)不能停留在當(dāng)下階段，我們要與時(shí)俱進(jìn)，發(fā)展高精度、高性能、高效率的數(shù)控化系統(tǒng)，要逐步實(shí)現(xiàn)智能化標(biāo)準(zhǔn)，隨著電氣化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床電氣數(shù)控化系統(tǒng)的應(yīng)用范圍將逐漸擴(kuò)大。