数控车床的电气设计

方案，该方案具有快速响应、高可靠性和长寿命的特点，对其他机床的电气设计具有一定的意义。

【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动和进给系统均采用无间隙联接方式。机床夹盘采用液压或气动形式，机床尾坐的定位夹紧及套筒移动均采用自动方式。机床设置德国产六工位或八工位电动刀架。本机床采用交流全数字式伺服系统，提高响应时间和抗干扰能力，主轴驱动采用交流全数字驱动器和交流无刷伺服电机，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足快速响应，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，不仅提供机床各部分电力而且还要协调控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复杂的逻辑控制电路，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，进而确定机床的运行状态并加以控制。其具有如下的功能：主轴运动的控制、各坐标轴上所设有的伺服电机控制、电动刀架，同时具有对润滑系统、冷却系统和液压系统等的辅助控制功能。

本文中所设计的数控机床其数控系统采用目前较为常见的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用全数字交流伺服驱动器以提高响应时间避免干扰；电机上选用交流无刷伺服电机，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控制下，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、计算机控制装置、可编程序控制器（PLC）、主轴和进给驱动装置等组成的一个复杂的系统即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、位置控制、I/O处理、显示机床运行状态和故障的诊断等工作。现代数控系统采用了高速微处理器、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复杂零部件的加工。

2.2 机床进给伺服系统的选择与控制原理

设计中选用全数字交流伺服驱动器和交流伺服电机以实现快速响应精确加工的要求。设计上采用成本相对低廉的半闭环位置控制系统来满足两向插补的进给运动。下图2.1为半闭环位置控制系统原理图。

速度环中旋转编码器为速度反馈的检测装置。由电流调节器和功率驱动放大器等部分组成电流环。由速度控制单元、CNC中的位置控制模块、位置检测及反馈控制单元等部分组成位置环。CNC系统直接对信号进行取样、分析、处理和控制；直接对电机的运行状态进行监测和控制，实现对电机的高响应速度、高位置精度控制。

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：

（1）采用微处理器和适合的控制理论进行控制，以达到系统的运行平稳。（2）驱动器采用全数字控制无需D/A转换，控制精度高抗干扰性强。（3）系统人机界面设置灵活便于调整设置参数。（4）交流主轴伺服电动机采用无刷结构，避免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

机床中采用的电器元件按照不同的用途大致可分为三类：（1）控制类电器元件：在控制系统中用对电动机运行状态进行控制的器件，如交流接触器，中间继电器等。（2）保护类电器元件：用来对某些系统或机构起到保护作用的器件，如电机温控器、熔断器和断路器等。（3）执行类电器元件：给机械机构提供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、各种控制电路；其次可编程控制器（PLC）需要的机床侧的各输入输出点及其他电器元件的接线图，最后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足了客户对机床的要求。该机床的电气部分可靠性，器件使用寿命长，得到了客户的认可。

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