1 數(shù)控機(jī)床電氣控制電路設(shè)計(jì)原則

　　1.1 最大限度的實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)和工藝的要求

　　機(jī)電一體化是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品所有的特點(diǎn)，機(jī)電式在數(shù)控機(jī)床的主軸、進(jìn)給軸伺服控制系統(tǒng)中被廣泛地應(yīng)用著，某種類(lèi)型的機(jī)械環(huán)節(jié)和元件是包含在其輸出中的內(nèi)容，在控制系統(tǒng)中，它們所起到到的作用是尤為重要的，它們的性能在數(shù)控機(jī)床的品質(zhì)中會(huì)起著決定性的影響。一旦這些機(jī)械環(huán)節(jié)和元件的制造的很好，那么它的性能想要改變就比較困難，與電氣部分相比，比較笨拙。所以，針對(duì)機(jī)械環(huán)節(jié)和元件的參數(shù)對(duì)整體系統(tǒng)的影響，是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械和數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員都要進(jìn)行了解和掌握的內(nèi)容，這樣的話，配合就會(huì)很到位，在設(shè)計(jì)階段，針對(duì)相互之間的各種需求應(yīng)該進(jìn)行認(rèn)真的思考，。使設(shè)計(jì)具有合理性。

　　1.2 保證數(shù)控機(jī)床能穩(wěn)定、可靠運(yùn)行

　　在某種程度上，數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性在電氣控制部分的穩(wěn)定性、可靠性中起著決定性的作用，在加工車(chē)間，數(shù)控機(jī)床沒(méi)有很好的使用條件，這樣的話，數(shù)控系統(tǒng)就很容易出現(xiàn)故障，特別是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，電磁沒(méi)有很好的環(huán)境，電磁干擾的產(chǎn)生也是相對(duì)較多的，在這種情況下，數(shù)控系統(tǒng)的抗擾度水平就應(yīng)該有很高，不然的話，想要正常運(yùn)行設(shè)備是不可能的。

　　1.3 便于組織生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量

　　成本低、質(zhì)量高，對(duì)于一個(gè)商品生產(chǎn)來(lái)講是尤為重要的依據(jù)，只有這樣，用戶(hù)使用產(chǎn)品才能得心應(yīng)手，那么數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)也是一樣的，元器件品質(zhì)，供應(yīng)對(duì)于電氣控制電路設(shè)計(jì)來(lái)講的重要性是不可忽視的，并且在安裝、調(diào)試和維修過(guò)程中也需要跟得上腳步，這樣一來(lái)，產(chǎn)品的質(zhì)量和組織生產(chǎn)就會(huì)有所保證。

　　1.4 安全

　　在電氣控制電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，人身和設(shè)備的安全是應(yīng)該作為重點(diǎn)進(jìn)行管理的，現(xiàn)在國(guó)家的一些安全規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中，會(huì)對(duì)安全這一方面有一定的要求，我們一定要嚴(yán)格地執(zhí)行，對(duì)于指示以及信號(hào)的識(shí)別度要很清晰明了，在操作操縱機(jī)構(gòu)的時(shí)候容易程度要很高，切換的時(shí)候也比較容易。

2 高檔數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)部件的選配

　　2.1 進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)的選擇

　　當(dāng)前，交流伺服電動(dòng)機(jī)在中、高檔數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛地應(yīng)用著，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用直流電機(jī)，原因就是因?yàn)樗旧泶嬖诘娜秉c(diǎn)很難克服，所以，在下文中所指的都是交流伺服電機(jī)。

　　2.2 主軸伺服電機(jī)的選擇

　　在選擇主軸伺服電機(jī)的時(shí)候，一定要考慮到這些電機(jī)的輸出中都包含著某種類(lèi)型的機(jī)械環(huán)節(jié)和元件，關(guān)于增量運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)的衡量匹配原理選擇電機(jī)的慣量或者修改其他機(jī)械參數(shù)。

　　2.3 位置檢測(cè)器件的選擇

　　在數(shù)控機(jī)床的所有坐標(biāo)系中，機(jī)械原點(diǎn)都是其基準(zhǔn)點(diǎn)，在數(shù)控機(jī)床中，機(jī)械原點(diǎn)的穩(wěn)定性起著尤為重要的作用，同時(shí)也可以保障其穩(wěn)定性，建立機(jī)械原點(diǎn)有兩種方法：

　　1)在數(shù)控機(jī)床中，相對(duì)位置解碼器、感應(yīng)同步器或者光柵所起到的作用就是可以找到數(shù)控系統(tǒng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，各進(jìn)給軸的回零減速開(kāi)關(guān)以后，零點(diǎn)標(biāo)記信號(hào)就是其基準(zhǔn)點(diǎn)，每當(dāng)斷電或者緊急停機(jī)以后，重新操作反回的基準(zhǔn)點(diǎn)是一定的。

　　2)在對(duì)絕對(duì)位置編碼器進(jìn)行采用的時(shí)候，在位置反饋器件的機(jī)床中，針對(duì)各進(jìn)給軸的每一點(diǎn)位置，數(shù)控系統(tǒng)都能夠自動(dòng)記憶，當(dāng)設(shè)定基準(zhǔn)點(diǎn)的位置之后，是不會(huì)再發(fā)生任何變化的，并且由專(zhuān)供絕對(duì)位置編碼器使用的存儲(chǔ)器記憶，這樣的穩(wěn)定相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較好的，而且在斷電或者緊急停機(jī)的狀況下，重新操作各進(jìn)給軸的基準(zhǔn)點(diǎn)是不需要進(jìn)行的，這樣一來(lái)，對(duì)于操作者在工作的時(shí)候就會(huì)有很大的幫助。

　　2.4 伺服控制系統(tǒng)的選擇

　　從前文中我們已經(jīng)有所了解，交流伺服電機(jī)在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸電機(jī)中所發(fā)揮的作用是尤為重要的，而交流伺服驅(qū)動(dòng)器在自然電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中所發(fā)揮的作用也是不可替代的，現(xiàn)在已經(jīng)越來(lái)越廣泛地被使用，在交流伺服驅(qū)動(dòng)器中，存在兩種信號(hào)，一種是模擬式，另一種就是數(shù)字式，在進(jìn)給軸電機(jī)中，模擬信號(hào)是其所輸出的主要信號(hào)，而在自然電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，數(shù)字信號(hào)是其所輸出的主要信號(hào)，高速微處理器和專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理器在全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器中所發(fā)揮的作用是尤為重大的，軟件伺服控制在現(xiàn)在已經(jīng)成為主要的系統(tǒng)之一，逐漸將硬件伺服控制進(jìn)行取代，這樣一來(lái)，伺服系統(tǒng)性能的提升也會(huì)得到很大的幫助，所以，數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)器今后將逐漸增大使用的范圍。

3 數(shù)控系統(tǒng)其他功能的選擇

　　拋開(kāi)上述的基本功能以外，在機(jī)床制造廠中，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠為其提供的可選功能更多，因?yàn)樵诠δ苌?，各知名品牌?shù)控系統(tǒng)的基本功能差距并沒(méi)有很大，所以，對(duì)于選擇出來(lái)的功能一定要能夠符合本機(jī)床，針對(duì)一些實(shí)用性并不大的可選功能完全可以遺棄掉，這樣的話，對(duì)于產(chǎn)品的功能、價(jià)格比的提高是有很大幫助的，以下就列舉三個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。

　　3.1 動(dòng)畫(huà)、軌跡顯示功能的選擇

　　模擬零件加工就是這個(gè)功能主要的作用，真實(shí)刀具在毛坯上的切削路徑就在這個(gè)過(guò)程中進(jìn)行了顯示，直角坐標(biāo)系中的兩個(gè)不同平面也是可以進(jìn)行選擇的，并且不同視角的三維立體也能夠進(jìn)行選擇，顯示的工作也可以與加工同時(shí)進(jìn)行，也可以在機(jī)械鎖定的方式下，快速描繪加工過(guò)程，它在零件加工程序的檢驗(yàn)、編程效率的提高和實(shí)時(shí)監(jiān)視中都起著尤為重要的作用。

　　3.2 軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的選擇

這種工具在數(shù)據(jù)傳送中能夠發(fā)揮最大的作用，它能夠?qū)⒁呀?jīng)調(diào)試完成的加工程序存檔于軟盤(pán)中，它也可以將其它計(jì)算機(jī)中生成的加工程序、軟盤(pán)中的加工程序在NC系統(tǒng)中納入，在各種機(jī)床數(shù)據(jù)的備份和存儲(chǔ)中，它也起著很重要的作用，這樣一來(lái)，編程和操作人員也會(huì)在其中得到更有效的幫助，但是，軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器完全屬于消耗品，采用與否是需要比較衡量后決定的。

3.3 DNC-B通信功能的選擇

　　我們不難知道，非圓曲線或者面組成的零件加工編制的時(shí)候是不容易的，計(jì)算機(jī)的計(jì)算是這樣加工編制中經(jīng)常采用的方式，這樣的話，之前的一些曲線或者面就可以轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑿〉娜S直線段，在加工編制的時(shí)候就會(huì)容易很多，在加工程序的時(shí)候，模具加工中這種長(zhǎng)達(dá)幾百KB的情況是比較常見(jiàn)的現(xiàn)象，而在一般情況下，只有64.28KB的數(shù)控系統(tǒng)程序存儲(chǔ)容量，這樣的話，加工模具的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)新的挑戰(zhàn)。

　　DNC—B通信功能其中包含兩種工作方式，第一，在計(jì)算機(jī)中，將程序一次性傳送到數(shù)控系統(tǒng)的加工程序存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)，第二，在數(shù)控系統(tǒng)的緩沖存儲(chǔ)器中，利用計(jì)算機(jī)將程序容量進(jìn)行傳送，加工和傳送可以同時(shí)進(jìn)行，加工結(jié)束就可以停止，這樣一來(lái)，大量程序零件的加工問(wèn)題就可以在根本上得到解決，盡管這項(xiàng)功能的費(fèi)用并不是很低，但是在功能和價(jià)格比上，它確實(shí)是首選。

4 TK40A數(shù)控車(chē)床的技術(shù)參數(shù)

　　主回路、控制電路和輔助電路等在電氣原理圖分析的方法和步驟電氣控制電路中是主要組成的因素。對(duì)于電氣控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)和電氣元件的分布狀況以及控制要求等內(nèi)容都有一定的了解以后，對(duì)于電氣原理圖就可以有所理解，并且進(jìn)行閱讀分析。

　　4.1 分析控制電路

　　將主回路中各伺服電機(jī)、輔助機(jī)構(gòu)電機(jī)和電磁閥等執(zhí)行電氣的控制要求作為依據(jù)，這樣的話，在控制電路中就可以找到其中的控制環(huán)節(jié)，當(dāng)劃分若干局部控制線路的時(shí)候，不同的功能在其中也起著不同的作用，而且分析也是很有必要性的，查找讀圖法在控制電路的分析中起著尤為重要的作用，并且也是比較重要的方法之一。

　　4.2 分析輔助電路

　　控制電路中的元件在輔助電路中起著決定性的作用，電源顯示、工作狀態(tài)顯示、照明和故障報(bào)警等都是包括在輔助電路中的內(nèi)容，因此在進(jìn)行分析的時(shí)候，控制電路是唯一分析的標(biāo)準(zhǔn)。

　　4.3 分析連鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)

　　安全性和可靠性對(duì)于機(jī)床來(lái)講是尤為重要的，這兩點(diǎn)要求要想實(shí)現(xiàn)，元器件和控制方案的選擇一定要賦有合理性，而且電氣保護(hù)和必要的電氣連鎖在控制線路中的設(shè)置也是很重要的。

　　4.4 總體檢查

　　通過(guò)“化整為零”，針對(duì)每一個(gè)局部電路的工作原理以及各部分之間的控制關(guān)系進(jìn)行分析以后，針對(duì)“集零為整”方法的采用也是很有必要的，對(duì)整個(gè)控制線路進(jìn)行檢查，檢查其中是不是存在漏洞，尤其是要站在整體的角度上進(jìn)行檢查，只有這樣，針對(duì)控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系才能有足夠的理解和認(rèn)識(shí)，在電路中每個(gè)元器件所發(fā)揮出來(lái)的作用，我們也會(huì)有更深入地認(rèn)識(shí)。

5 TK40A數(shù)控車(chē)床電氣控制電路分析

　　5.1 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及控制要求

　　就像前面所講到的，55kw的變頻主軸電機(jī)是TK40A數(shù)控車(chē)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的主要根據(jù)，配合機(jī)械變速，會(huì)出現(xiàn)低速、中速和高速三種變速情況。

　　交流伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠的運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)Z軸和X軸運(yùn)動(dòng)的主要依據(jù)，數(shù)控系統(tǒng)控制并且協(xié)調(diào)二軸的聯(lián)動(dòng)，光電解碼器配合交流伺服電機(jī)的實(shí)現(xiàn)是螺紋車(chē)削的主要依據(jù)，拋開(kāi)上述運(yùn)動(dòng)以外，電動(dòng)刀架的轉(zhuǎn)位，冷卻電機(jī)的啟和停等也是其中的內(nèi)容。

　　5.2 主回路分析

　　三相或者單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等原件是組成主回路的主要因素。在其中電解電容是引起很多問(wèn)題的源頭。直流電壓和內(nèi)部溫度在電解電容的壽命中起著決定性的作用，電容器的型號(hào)在回路設(shè)計(jì)的時(shí)候，已經(jīng)有了確定，所以，電解電容器的壽命被內(nèi)部的溫度直接影響著。而變頻器的使用壽命又被電解電容器直接影響著，通常情況下，壽命在每上升10℃溫度的時(shí)候，減少一半。所以，第一，考慮環(huán)境溫度在安裝的時(shí)候是很有必要性的，并且要在合理性的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇；第二，脈動(dòng)電流應(yīng)該采取一定的措施進(jìn)行減少。

　　5.3 冷卻電機(jī)控制

　　當(dāng)有手動(dòng)或者自動(dòng)冷卻指令時(shí)，這個(gè)時(shí)候的PLC輸出Y05有效，+T-KA6繼電器線圈通電，繼電器觸點(diǎn)閉合，+T-KM3交流接觸器線圈通電，交流接觸器主觸點(diǎn)吸合，冷卻電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)冷卻泵工作。