龍門式數(shù)控鉆電氣控制部分的設(shè)計
2018-6-21 來源：沈陽機床股份有限公司中捷立加分公司 作者：陳宏超，齊博
摘要:電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)劣對龍門式數(shù)控鉆床的控制優(yōu)化非常重要，這是因為龍門式數(shù)控鉆床中電氣控制系統(tǒng)除了對機床的運動和輔助動作控制外，還包括對保護開關(guān)、各種行程、極限開關(guān)的控制，以及在操作盤上所有按鍵、操作指示燈以及波段開關(guān)等的控制。
關(guān)鍵詞:龍門式數(shù)控鉆床;電氣控制;分析
1、電氣控制部分的設(shè)計要求
數(shù)控程序、I/O設(shè)備、可編輯控制器、計算機數(shù)控裝置以及主軸、進給驅(qū)動裝置是電氣控制系統(tǒng)主要的主要組成部件，如圖1所示。在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足如下要求:①保證系統(tǒng)的通用性;②數(shù)控系統(tǒng)的可操作性;③滿足使用要求;④滿足控制要求的前提下，設(shè)計方案力求簡單、經(jīng)濟以及使用與維修方便;⑤電器元件選用應(yīng)正確、合理，確保控制系統(tǒng)安全可靠地工作;⑥設(shè)備能力應(yīng)留有適當(dāng)余量，為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進留有空間。
圖1 電氣系統(tǒng)組成
2、數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計
2.1數(shù)控系統(tǒng)的選型
機床數(shù)控系統(tǒng)(CNC)是數(shù)控機床的核心部件，決定了數(shù)控加工設(shè)備的功能和加工能效性。本文的機床數(shù)控系統(tǒng)采用智輝數(shù)控NC-T220數(shù)控系統(tǒng)。NC-T220數(shù)控系統(tǒng)為兩軸聯(lián)動系統(tǒng)，其特點為:(1)采用高速處理器，通過優(yōu)化的程序，實現(xiàn)60m/min超高加工速度;C2)采用便于安裝的一體化操作面板;(3)采用人機工程學(xué)設(shè)計的7英寸彩色顯示器使操作更加便捷效;C4)系統(tǒng)支持外部存儲支持最大可達(dá)100 G容量的高速接口，保證數(shù)控系統(tǒng)程序在DNC以lOM的波特率高速傳輸;系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有16M的內(nèi)存可用滿足一般加工對象的需要;<5)系統(tǒng)的輸入輸出接口為DI-48和DO-32，雙路12位精度的模擬輸出;設(shè)有雙主軸和手輪編碼器接口，系統(tǒng)設(shè)有開放式的PL C，具有系統(tǒng)梯形圖的反白和動態(tài)點功能并支持在線調(diào)試和編輯功能、可自定義機床報警以及DI/DO任意配置等一系列功能;(6)簡單便捷的操作以及坐標(biāo)的靈活設(shè)置。
3、控制電氣柜設(shè)計
強電控制部分與弱電控制部分是控制線路的兩個部分。
(1)強電控制部分的電氣線路設(shè)計原則: 數(shù)控機床的強電控制部分設(shè)計與一般機床電氣原理相似，數(shù)控系統(tǒng)由眾多元件組成，接口類型多樣，因此在設(shè)計中要掌握所選元件接口信號的特點和形式，要對元件所需信號進行分類，通常可按高低電平的有效性分類，也有按照脈沖形式即階躍和持續(xù)的脈沖形式進行分類，要注意各元件間接口要互相匹配。在滿足設(shè)計要求的前提下盡量簡化強電控制線路。
(2)弱點控制部分，在設(shè)計時應(yīng)首選弱電控制來實現(xiàn)相關(guān)功能，僅當(dāng)弱點實現(xiàn)不了時才采用強電控制。該設(shè)計要求的原因為:當(dāng)使用強電控制時，相關(guān)元件規(guī)格需提升，為保證安全電氣柜體積同樣提高;控制過程中需增加外部連線的接點數(shù)，增加了系統(tǒng)可能產(chǎn)生故障的概率。與弱點控制柜相比，強電控制下元件規(guī)格的提升必然帶來成本的增加，因為在強電控制時應(yīng)考慮成本和可靠性，強電控制安裝時應(yīng)注意接地的可靠性。
3.1 電氣元件布局
電氣柜中的元件通常包括伺服驅(qū)動器系統(tǒng)、變頻器、檢測元件、 PL C控制器等元件。根據(jù)電氣元件的相關(guān)要求繪制電氣原理圖，并按原理圖安裝。
(1)面板元件布局圖。數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)的電氣元件及信號按鈕應(yīng)清楚地布置在面板上。數(shù)控系統(tǒng)的報警信號及監(jiān)控裝置應(yīng)按照其控制和動作特點進行分類排列，以便出現(xiàn)問題時，方便查找及時保證設(shè)備安全。
(2)正面柜元件設(shè)計。在電氣控制系統(tǒng)中，通常將系統(tǒng)的核心部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)，伺服驅(qū)動器、編碼器以及相對應(yīng)的開關(guān)等元件安裝于正面柜中，電氣的布局應(yīng)合理保證安全。
(3)反面柜元件設(shè)計。通常將控制主軸電機的變頻器、變壓器、制動單元以及相關(guān)的制動器電阻等元件均安裝與反面柜內(nèi)，為避免驅(qū)動器的工作溫度過高，本方案在柜內(nèi)安裝兩個軸流風(fēng)扇。
3.2 電氣元件線路圖
依據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的控制功能以及各電氣元件的安全要求繪制電氣原理圖。并按此圖進行安裝，在安裝時需在各個線纜上標(biāo)記線號以便后續(xù)檢測維修使用。圖2為本文中所設(shè)計的驅(qū)動系統(tǒng)的控制線路圖。從圖中可以得出本文設(shè)計的系統(tǒng)中不僅標(biāo)示了油泵電機、升降電機、XY軸電機和主軸電機還有相關(guān)的線纜的規(guī)格，控制的開關(guān)等相關(guān)信息。右下圖可以得出當(dāng)按下按鈕SB1時，繼電器KMO得電，KMO常開觸點閉合，油泵和主軸電機得電開始運轉(zhuǎn);當(dāng)按下開關(guān)KM 1時升降軸電機正轉(zhuǎn)實現(xiàn)上升功能，當(dāng)KM 1斷開KM2閉合時電機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)下降動作。QF2和QF3分別控制X軸和Z軸的電機，實現(xiàn)X和Z軸的動作，并且有編碼器檢測電動機轉(zhuǎn)速。
圖2 控制線路
4、結(jié)束語
選擇智輝數(shù)控NC-220作為本文數(shù)控系統(tǒng)。介紹了NC-220數(shù)控系統(tǒng)的特點及其連線安裝;設(shè)計了控制電氣柜;最后給出了部分電器元件線路圖，對設(shè)計電控部分研究有一定的借鑒作用。
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