龙门式数控钻电气控制部分的设计

GXF360 2017-06-20

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龙门式数控钻电气控制部分的设计

陈宏超，齐博

（沈阳机床股份有限公司中捷立加分公司，辽宁沈阳 110142）

摘要：电气控制系统的优劣对龙门式数控钻床的控制优化非常重要，这是因为龙门式数控钻床中电气控制系统除了对机床的运动和辅助动作控制外，还包括对保护开关、各种行程、极限开关的控制，以及在操作盘上所有按键、操作指示灯以及波段开关等的控制。

关键词：龙门式数控钻床；电气控制；分析

1　电气控制部分的设计要求

数控程序、I/O设备、可编辑控制器、计算机数控装置以及主轴、进给驱动装置是电气控制系统主要的主要组成部件，如图1所示。在电气控制系统设计应满足如下要求：①保证系统的通用性；②数控系统的可操作性；③满足使用要求；④满足控制要求的前提下，设计方案力求简单、经济以及使用与维修方便；⑤电器元件选用应正确、合理，确保控制系统安全可靠地工作；⑥设备能力应留有适当余量，为适应生产的发展和工艺的改进留有空间。

图1　电气系统组成

2　数控系统的设计

2.1　数控系统的选型

机床数控系统（CNC）是数控机床的核心部件，决定了数控加工设备的功能和加工能效性。本文的机床数控系统采用智辉数控NC-T220数控系统。NC-T220数控系统为两轴联动系统，其特点为：（1）采用高速处理器，通过优化的程序，实现60m/min超高加工速度；（2）采用便于安装的一体化操作面板；（3）采用人机工程学设计的7英寸彩色显示器使操作更加便捷高效；（4）系统支持外部存储支持最大可达100G容量的高速接口，保证数控系统程序在DNC以10M的波特率高速传输；系统内部设有16M的内存可用满足一般加工对象的需要；（5）系统的输入输出接口为DI-48和DO-32，双路12位精度的模拟输出；设有双主轴和手轮编码器接口，系统设有开放式的PLC，具有系统梯形图的反白和动态点功能并支持在线调试和编辑功能、可自定义机床报警以及DI/DO任意配置等一系列功能；（6）简单便捷的操作以及坐标的灵活设置。

3　控制电气柜设计

强电控制部分与弱电控制部分是控制线路的两个部分。

（1）强电控制部分的电气线路设计原则：

数控机床的强电控制部分设计与一般机床电气原理相似，数控系统由众多元件组成，接口类型多样，因此在设计中要掌握所选元件接口信号的特点和形式，要对元件所需信号进行分类，通常可按高低电平的有效性分类，也有按照脉冲形式即阶跃和持续的脉冲形式进行分类，要注意各元件间接口要互相匹配。在满足设计要求的前提下尽量简化强电控制线路。

（2）弱点控制部分，在设计时应首选弱电控制来实现相关功能，仅当弱点实现不了时才采用强电控制。该设计要求的原因为：当使用强电控制时，相关元件规格需提升，为保证安全电气柜体积同样提高；控制过程中需增加外部连线的接点数，增加了系统可能产生故障的概率。与弱点控制柜相比，强电控制下元件规格的提升必然带来成本的增加，因为在强电控制时应考虑成本和可靠性，强电控制安装时应注意接地的可靠性。

3.1　电气元件布局

电气柜中的元件通常包括伺服驱动器系统、变频器、检测元件、PLC控制器等元件。根据电气元件的相关要求绘制电气原理图，并按原理图安装。

（1）面板元件布局图。数控系统相关的电气元件及信号按钮应清楚地布置在面板上。数控系统的报警信号及监控装置应按照其控制和动作特点进行分类排列，以便出现问题时，方便查找及时保证设备安全。

（2）正面柜元件设计。在电气控制系统中，通常将系统的核心部分数控系统，伺服驱动器、编码器以及相对应的开关等元件安装于正面柜中，电气的布局应合理保证安全。

（3）反面柜元件设计。通常将控制主轴电机的变频器、变压器、制动单元以及相关的制动器电阻等元件均安装与反面柜内，为避免驱动器的工作温度过高，本方案在柜内安装两个轴流风扇。

3.2　电气元件线路图

依据数控系统的控制功能以及各电气元件的安全要求绘制电气原理图。并按此图进行安装，在安装时需在各个线缆上标记线号以便后续检测维修使用。图2为本文中所设计的驱动系统的控制线路图。从图中可以得出本文设计的系统中不仅标示了油泵电机、升降电机、XY轴电机和主轴电机还有相关的线缆的规格，控制的开关等相关信息。右下图可以得出当按下按钮SB1时，继电器KM0得电，KM0常开触点闭合，油泵和主轴电机得电开始运转；当按下开关KM1时升降轴电机正转实现上升功能，当KM1断开KM2闭合时电机反转，实现下降动作。QF2和QF3分别控制X轴和Z轴的电机，实现X和Z轴的动作，并且有编码器检测电动机转速。