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摘要 电气控制系统是数控机床的核心组成部分，电气系统的控制性能高，整个机床的工作效率就会显著提升，因此，不断引入新技术，对电气控制系统进行与时俱进的改进和优化，成为提升数控机床工作效率的关键。
关键词 数控机床 电气系统 存在问题 改进措施
电气系统是指出CNC系统和电源外，其他所有电气元件及其线路连接所组成的部分，包括开关、继电器、传感元件等，分布于电控柜和机床的各个部分。由于加工要求、加工工件的不同，数控机床在实际工作时往往存在加工效率低、材料浪费等问题。因此，必须根据具体要求，对电气控制系统进行相应的改进。文章首先分析了数控机床在实际应用中遇到的问题，然后从多个方面进行了改进设计，保证了整个电气系统的稳定运行。
一、数控机床电气控制系统存在的问题
数控机床的优势在于能够利用计算机控制系统，操作机床进行灵活的位移和加工，不仅保证了工件加工的精确度，而且极大的提高了加工效率。但是在实际过程中，往往存在一些需要进行加工的大型工件，体积庞大并且质量重达上百吨，这部分大型工件在加工过程中很难进行翻身，因此在后期的加工效率大打折扣。为了有效解决这一加工问题，在原有加工机床的基础上，创新性的增加了床身导轨、主轴箱和立柱等辅助设备，并经过多次的调试运行，最终投入使用。
二、数控机床电气系统的改进设计
1、数控机床的电器柜部分设计
电器柜中主要发挥作用的设备有两部分：一台欧姆龙PLC和两台LG变频器。其中主轴电机是由容量为十八点五千瓦的变频器所进行控制的，其他另外几个电机，例如主轴箱中的走刀以及上下快速这两个电机是由五点五千瓦变频器，靠着接触器进行不断切换来进行控制的。如果控制柜和操作站之间的控制电缆数量过多，就会产生一些问题，所以整个电缆的控制所采用的是一个总线传输的方法，控制柜同机床的分线盒之间同手控操作站之间采用的连接方式是运用插头，这样移动起来就会非常方便。在数控机床的电气柜门上安装了用来显示电机转速的显示表，为了方便控制主回路电源同时安有电源的控制按钮。在接触器和PIE两个器件中间会有轻微的继电器的过渡控制，这样做的目的是保护欧姆龙被烧毁。在电气柜中的电路还有空开、变压器、接触器等等多重的保护。
2、欧姆龙PLC的程序设计
PLC控制系统的主要作用是接受并处理来自电气系统的指令、信号，并根据程序指令，对设备中的变频控制信号和指示信号进行输入和输出。为了保证电器柜各个按钮之间的操作不受影响，在设计之初通常要保证电器柜按钮之间保持一定的距离。这种设计虽然能够实现按钮的独立操作，但是也直接增加了信号传输时间，不利于控制系统的同步运作，对于数控机床加工的精确性存在负面影响。因此，在保持电器柜硬件设施不变的情况下，用欧姆龙总线将各个模块进行串联控制，然后用双芯电缆连接相邻的电器柜控制模块，保证各个按钮之间实现同步、协调运行。在系统软件的选择方面，可以下载最新版的CX-Programmer软件，要求操作系统在Window-XP及以上，该软件的优点主要有两点：其一是软件为欧姆龙公司旗下研发的一款免费软件，与欧姆龙PLC产品具有较强的适应性和兼容性。其二是该软件可以对电气系统的各个点进行动态监控，实现数据的实时采集，对于帮助管理操作人员进行调试和改进有极大的帮助。
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3、数控机床电气控制变频器的参数设置
数控机床的电器柜内有一正一副两架变频器，其中主变频器的作用是对数控机床的主轴进行独立控制，确保大体加工方向；副变频器的作用是利用接触器的切换对立柱行走进行控制，实现具体的加工操作。通过两架变频器的协同作业，实现对各种工件的加工处理。
数控机床要想完成一套顺利的加工操作流程，需要机床工作台和主轴箱同步工作，但是由于这两种设备的操作轴不同，因此如何保证不同轴的同步运行成为了关键。系统如果想要保护工作当中所选轴电机可以对不同的都可以适应，选择了其中的第二个电机功能，为所选的轴进行不一样的参数设置来进行控制。下面就详细介绍一下第二个电机参数功能的设置是怎样进行的：第一步，在PLC控制系统上随意选择一个多功能串口，然后将所需要的控制信息输入到串口存储设备中。第二部，对保存在串口中的控制信息进行调试运行，可以采用计算机自带的专业软件，也可以采用其他支持程序运行的软件。在调试运行过程中，注意寻找控制程序是否存在错误，如果出现“warning”字样，则说明输入的控制信息存在错误，需要相关的程序员对其进行修正。第三步，当控制信息无误后，启动控制程序，激活串口，此时与串口相连接的第二台电动机接到激活指令，由静止状态转为动作状态。第四部，在第二台电动机运行状态下，对其进行各个参数的调整。调整内容主要包括电动机的转速、电机转折频率以及定时启动/停止设置等。需要注意的是，在进行电动机参数调整时，即可以通过修改控制程序的方法实现，也可以利用专门的控制软件。通常状况下，程序修改会对电动机的正常运作造成一定的影响，因此推荐使用软件修改方式。
我们知道由于整个电气的工作台（立柱）进行行走方式主要是进行加工轴的参与，当运行到低速段的时候就会要求转矩相对较高，这时候我们所选择的控制方式就会是V/F方式，我们在0到最大的频率段之间去设置四个不同的电压值，在第一个位置上所设置的电压值较高，这样做的目的就是去提高输出转矩。
三、其他导致电气系统故障的原因及改进措施
由于数控机床加工车间的环境较差，油烟粉尘大量附着在电气控制系统上，加上机床运作过程中产生较大幅度的振动，很容易导致电气系统内部的连接线、电子元件出现漏电或短路故障，不仅影响机床加工的正常进行，如果遇到其他可燃性杂质，还有可能引发设备起火现象。
1、故障介绍
通常情况下，数控机床的电气控制终端与加工车间相距较远，不易受到车间复杂环境的影响，但是机床加工的一些执行部件（如伺服电机、限位开关）及线缆往往与加工车间很近。在进行机床加工时，机床冷却液、加工产生的粉尘很容易飞溅到这些设备中，降低设备运行效率。虽然有些数控系统加设了一定的保护措施，但是发动机机箱内的印刷电路板裸露在外部，如果一些金属碎屑掉落在电路板上，很有可能导致电路板短路，是整个控制系统崩溃。
2、改进措施
对于数控机床须定期检查维护，尤其是电缆，发现有破损、折断或虚接的趋势即予更换，预防故障的发生。再者，数控机床使用的伺服电机与普通电机不同，其内部装有脉冲编码器、位置检测器，属易损件，尤其脉冲编码器是玻璃的，且是用环氧树脂粘接的，较脆弱。因此对于伺服电机，装配时忌用榔头敲打：使用时禁止零件、毛坯等重物碰撞或放在上面。
数控机床在现代工厂加工应用中发挥了巨大优势，但是由于生产环境、设备配置以及操作技术等多方面的原因，数控机床电气控制系统仍然存在一些问题，相关技术人员要在分析电气系统故障原因的基础上，结合现代科学技术，不断优化电气系统，提升机床加工效率。
参考文献
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[3]李桂丽,王东雪.关于数控机床的电气控制改进与设计[J],科技致富导向,2013(27):131-133.
论文作者:毛鹏飞
论文发表刊物:《中国科技教育·理论版》2016年第2期
论文发表时间:2016/4/29
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