对数控机床电气控制系统的设计研究.doc

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对数控机床电气控制系统的设计研究
作者：梁雪峰
【摘 要】数控技术是现代制造工业化中的重中之重，数控技术和数控装置作为一个国家的工业基础，它将会直接影响到国家的工业发展和工业产值，数控技术关系到一个国家在国际工业地位，因此加速发展先进的数控技术，加强数控设备的建设是提高一个国家在国际工业地位的重要方法。在数控技术中，对数控机床的电气控制系统设计研究是至关重要。
　　【关键词】数控系统；数控车床；主电路；控制电路
　　1 数控机床的简介
　　NC（Numerical Contro）数字控制是指用数字指令转化为机器语言来控制机器的运转。它主要面向控制对象有三个：设计程序对动作顺序的控制；对数控机床的刀具、开关、冷却设备等辅助功能的控制；
　　在对加工设别的部件位移量和该加工部件对位置的控制。相比普通机床来说，数控机床有许多突出优势：
　　1）在利用数控机床以加工多品种，利用数控加工可以达到加工进度快和自动化效率高的程度。
　　2）数控机床采用的数控技术在加工同等部件时，生产质量稳定。
　　3）在通过数控机床加工得到的零件，在精度上有明显的提高，可以提高零件的互换性。
　　4）在生产过程中，由于生产时间一定，在方便管理的条件上，数控机床可以进一步提高生产的标准化。
　　5）数控加工可以制造具有复杂外形的零件
　　6）在数控设备被数控技术大量控制下，可以大幅度减少熟练工人。
　　7）加工时间一定，则生产周期可以大幅度缩短。
　　2 未来数控技术的发展过程
　　数控技术不仅在制造工业上得到大量使用，如今在社会的各个应用方面都起到了重要的作用。例如在IT、轻工业、汽车业等大量民生的重要行业。随着数控技术的发展，这些行业的发展起着重要的作用。在数控技术有这几个热门研究方向：
　　1）高精度，效率高加工的技术
　　随着机床的高性能的加工刀具日益成熟，刀具的硬度，强度有助于更快的加工零件，且随着刀具的发展，在高精度上有着显著的提高，因此大力发展加工技术的高精度和效率高有主于数控机床的加工周期，缩减了加工工序。
　　2）特殊加工机床五轴联动加工和复合加工机床的应用
　　由于过去的五联动加工机床的造价高，成本高，在性价比上不如三轴联动加工机床。但在五轴联动机床中，在对三维曲面零件的加工不仅光洁度高，并且相对三轴联动加工机床加工速度快。并在在加工特殊零件时，更是能发挥出更高的利益，例如对立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时。由于电主轴的诞生，使得在制造五轴联动加工和复合加工机床中的复合主轴头较为简单，在其制造难度和造价的降低，在使用三轴联动加工机床的厂商一逐渐转型利用更为快捷的五轴联动加工机床，促进在机床的发展。
　　3）现代数控系统所发展的主要趋势
　　智能、开放、共享是现如今数控系统发展的主要进程，使数控机床变得网络化、智能化、开源化，有利于数控技术的发展。在加工过程中数控机床受到数控程序的控制，因此在控制电机的运转参数和在前馈控制等以及在程序编程的智能化上应大力发展。在应用上可以添加人性化的智能界面，数控系统的开发在开放式数控系统，就是可以在统一，唯一的运行平台上对使用机床厂商和最终的使用用户中，是通过对数控功能的删减或增加、集成等，形成独有的系列。可以方便最终用户对其机床的选择，因此成为该机床生产商的鲜明品牌，在这个需要鲜明的核心竞争力的社会里，进行对需求厂商有着充分的理解才能立足这个行业。
　　3 数控机床电气系统简介

　　数控系统的电气系统是以集成电路和半导体器件为主而组成的控制系统电路，电气系统在数控机床相当于大脑，因此数控机床在使用过程的故障一般是电气系统的故障，电气系统的故障又大都在机床本身的低电压故障。
　　4 数控机床电气控制系统的电路设计
　　4.1 外围电路设计
　　1）数控机床使用的电动机是变频器驱动的，它的齿轮在让电动机减速时，会受到其一些润滑方式的阻碍。齿轮在转动时，如果低速，对于润滑油没有要求，一旦超过额定转速时，会有润滑油用光的不测。
　　2）通常我们应该选用比通常容量大的变频器，当他的驱动的绕线转子与电动机不同步时，由于绕线转子绕组的阻抗比较小，所以选用容量大的较为安全。
　　3）选用变频器时，要求变频器的连续输出电流比较大，因为用它来驱动同步电动机时，会降低输出容量，大概降低百分之十几。必须比同步电动机的额定电流和牵入电流的乘机还要大。
　　4）对于有负载的机器，它的变频器也要选择额定电流更大的。因为在工频运行时，会因峰值电流出现电流保护现象，比如像压缩机、振动机和油压泵等机器。
　　5）对于潜水泵的电动机选取时，我们选取的变频器的额定电流要比潜水泵的额定电流大，因为潜水泵的额定电流比一般的额电动机的额定电流要大很多。
　　6）有些变频器的选取则要选用容量较大的，因为有的机器的启动电流比较大，为了安全起见，对于这类机器的变频器要求容量较大，比如罗茨风机和特种风机等。
　　7）在变频器的使用过程中，对于周围的用电器应该采取防干扰措施。由于变频器的使用过程中，它会产生很多干扰电磁波，这会对周围的一些精密仪器产生干扰，所以在其周围的精密仪器应该做好防干扰措施。
　　8）变频器的使用过程中还会出现很大的噪音，对于这个问题最有效的解决办法是把变频器接地。而对于接地也是有要求的，要求接地的导线电阻和横截面都比较小。
　　4.2 变频器回路设计的简介
　　1）主回路：为了防止变频器影响其他的用电设备必须安装电抗器，因为当变频器的容量太大时，它产生的高次谐波在回路中会对好多受电设备有影响；而在变频器的输出位置，滤波器的安装必不可少，因为滤波器可以有效的减少高次谐波。
　　2）控制回路：变频器使用时，它的频率是要受到控制的，所以要有工频变频的手动切换，电压不能通过输出端，所以工频和变频要有相互锁定作用。
　　4.3 对于变频器产生的电磁干扰的降低措施
　　为了减少对发射源的干扰，我们在安装变频器和电机时应该缩短两者之间的距离；电缆的选取要选用屏蔽电缆，变频器跟电机的连接电缆也必须采取屏蔽措施；电缆的布置，电机的电缆要单独走线，不能与其他的电缆平行，因为变频器输出的变化电压会产生电磁干扰；信号线的选取，应该全部使用屏蔽双绞线，特殊的要用三芯电缆。
　　5 总结
　　通过对数控技术深度研究，我们发现数控技术在数控设备有着重要的作用，尤其是其中电气控制系统，因此我们对其进行设计研究将会促进国家在国际制造业起到至关重要的作用。我们国家在进行数控机床的电气控制系统的设计研究中将会在未来大幅度提高我国的制造业。
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