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1、数控车床的电气设计 打开文本图片集 【摘要】数控机床是实现先进制造技术的重要基础装备，关系到国家发展的战略地位。本文针对数控机床的结构特点、数控系统、主轴伺服系统及进给伺服系统进行了探讨。依据数控机床的性能要求提出了一套完整的电气设计方案，该方案具有快速响应、高牢靠性和长寿命的特点，对其他机床的电气设计具有肯定的意义。 【关键词】数控车床；电气设计 1.数控车床 数控车床适合于盘、套、短轴类零件高效、精密加工，其主要功能为可进行直线和圆弧插补，螺纹和可变螺纹的切削以及刚性攻丝，刀具偏置、补偿和快速切换，可在各种坐标系之间进行切换以及反向间隙和螺距误差的补偿等功能。 本文中所涉及的数控机床其主传
2、动和进给系统均采纳无间隙联接方式。机床夹盘采纳液压或气动形式，机床尾坐的定位夹紧及套筒移动均采纳自动方式。机床设置德国产六工位或八工位电动刀架。本机床采纳沟通全数字式伺服系统，提高响应时间和抗干扰实力，主轴驱动采纳沟通全数字驱动器和沟通无刷伺服电机，可实现了机床的恒线速切削。该数控机床在结构和配置上可以满意快速响应，高转速，切削精度高的特点。 2.机床电气系统设计方案 机床电气系统作为机床的重要组成部分，不仅供应机床各部分电力而且还要协调限制机床各系统的运行。机床电气系统中设置有大量继电器构成困难的逻辑限制电路，主要通过接收由操作面板及机床各部分位置开关传来的信号硬件进行逻辑运算，进而确定机床
3、的运行状态并加以限制。其具有如下的功能：主轴运动的限制、各坐标轴上所设有的伺服电机限制、电动刀架，同时具有对润滑系统、冷却系统和液压系统等的协助限制功能。 本文中所设计的数控机床其数控系统采纳目前较为常见的Fanuc数控系统，主轴部分选取了伺服主轴。在进给伺服系统方面驱动器采纳全数字沟通伺服驱动器以提高响应时间避开干扰；电机上选用沟通无刷伺服电机，降低其故障率。选用德国六工位或八工位的电动刀架。 2.1 数控车床数控系统的选择 数控机床在数控系统的限制下，自动地按给定的程序进行指定的运动进而实现对机械零件的自动化加工。数控系统主要由程序I/O设备、计算机限制装置、可编程序限制器、主轴和进给驱动
4、装置等组成的一个困难的系统即CNC系统。其主要进行对输入程序进行译码、实现自主刀具补偿、对进给速度进行处理、插补、位置限制、I/O处理、显示机床运行状态和故障的诊断等工作。现代数控系统采纳了高速微处理器、高速专用PLC和大容量高速存储器等优质硬件，并且通过其内嵌的专用软件实现了对困难零部件的加工。 2.2 机床进给伺服系统的选择与限制原理 设计中选用全数字沟通伺服驱动器和沟通伺服电机以实现快速响应精确加工的要求。设计上采纳成本相对低廉的半闭环位置限制系统来满意两向插补的进给运动。下图2.1为半闭环位置限制系统原理图。 速度环中旋转编码器为速度反馈的检测装置。由电流调整器和功率驱动放大器等部分组
5、成电流环。由速度限制单元、CNC中的位置限制模块、位置检测及反馈限制单元等部分组成位置环。CNC系统干脆对信号进行取样、分析、处理和限制；干脆对电机的运行状态进行监测和限制，实现对电机的高响应速度、高位置精度限制。 2.3 机床主轴伺服系统 数控机床主轴的伺服系统通常具有以下特点： 采纳微处理器和适合的限制理论进行限制，以达到系统的运行平稳。驱动器采纳全数字限制无需D/A转换，限制精度高抗干扰性强。系统人机界面设置敏捷便于调整设置参数。沟通主轴伺服电动机采纳无刷结构，避开了因电刷带来的故障。 3.机床强电回路电气设计 3.1电器元件的分类 机床中采纳的电器元件根据不同的用途大致可分为三类：限制
6、类电器元件：在限制系统中用对电动机运行状态进行限制的器件，如沟通接触器，中间继电器等。爱护类电器元件：用来对某些系统或机构起到爱护作用的器件，如电机温控器、熔断器和断路器等。执行类电器元件：给机械机构供应动作所需的动力或使机械装置保持在固定位置的一种电器元件，如电磁离合器。 3.2电动刀塔部分的连接电路 数控车床的电气设计中通常针对机床的三个主要部分绘制电气原理图。首先是主回路部分，其中包括驱动器电源回路、液压和冷却泵回路、各种限制电路；其次可编程限制器须要的机床侧的各输入输出点及其他电器元件的接线图，最终是主轴和进给伺服驱动系统的接线图。本文中提到的数控机床其电气部分的设计主要难点在于电动刀
7、塔部分的设计。 结论 通过对某数控车床的结构和加工零部件的要求完成了其电气部分的设计工作。在后续的实际应用中其加工性能满意了客户对机床的要求。该机床的电气部分牢靠性，器件运用寿命长，得到了客户的认可。 参考文献 1张璇.吕英波一般机床数控化改造中的电气设计期刊论文-机电技术2022，30 2杨海波.GMBW25060动梁式加工机床电气设计学位论文2022 3华为实，陈金铎.HUA Wei-shi.CHEN Jin-duo 加工中心电气设计分析期刊论文-四川轻化工学院学报2000，13 4赵志利.XHA734数控机床电气系统设计学位论文2022 5王悦.CT40型数控车床限制系统开发学位论文2022 6李国萍.基于PLC的数控机床电气限制问题期刊论文.科技创新导报，2022 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页