由于近年來，PLC(可編程控制器)技術(shù)取得了快速發(fā)展，其在自動(dòng)控制之中的運(yùn)用也變得更為廣泛。PLC是一種專門為工業(yè)運(yùn)用而設(shè)計(jì)出來的計(jì)算機(jī)，目前已經(jīng)被運(yùn)用到數(shù)控機(jī)床這一工業(yè)領(lǐng)域之中?？删幊炭刂破髟诳刂频男阅芎陀布杀镜戎T多方面所展現(xiàn)出的種種優(yōu)勢(shì)均為其他種類的工業(yè)控制產(chǎn)品所無法進(jìn)行比擬的。所以，可編程控制器技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化在數(shù)控機(jī)床中的運(yùn)用正在變得愈來愈多。

1、數(shù)控車床電氣控制電路分析

1.1 工作原理及功能

數(shù)控車床根據(jù)被加工零件工作圖與工藝過程卡，用規(guī)定的數(shù)控代碼和程序格式編寫加工程序，將正確的加工程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)將給定的加工程序和輸入的信號(hào)，進(jìn)行運(yùn)算和控制處理，然后將處理的結(jié)果送往控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的各運(yùn)動(dòng)部件有序地按機(jī)械加工要求運(yùn)行，自動(dòng)地制造出合格的零件。數(shù)控車床是用來加工軸類或盤類的回轉(zhuǎn)體零件，自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。改造后的車床應(yīng)該滿足上述功能。

圖1 主電路圖

1.2 電氣控制電路的分析

1.2.1 主軸電機(jī)電氣控制

主軸電動(dòng)機(jī)M3是一臺(tái)交流變頻電動(dòng)機(jī)，由變頻器驅(qū)動(dòng)，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及速度控制也是由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制。

1.2.2 主軸控制

來自零件程序的輸入信號(hào)有:M03、M04、M05。來自機(jī)床操作面板有主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、停止。輸出信號(hào):主軸正轉(zhuǎn)Q0.0；主軸反轉(zhuǎn)Q0.1；主軸停止Q0.2。

1.2.3 其他輔助電機(jī)控制

數(shù)控車床輔助電機(jī)主要有刀架電機(jī)、冷卻泵電機(jī)、潤(rùn)滑泵電機(jī)，各輔助電機(jī)的控制簡(jiǎn)述如下：

(1)冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制:

來自零件程序輸入信號(hào)有:M08、M09；來自機(jī)床操作面板，冷卻起停鍵；冷卻控制輸出信號(hào):Q0.3；手動(dòng)控制-按紐；自動(dòng)控制-數(shù)控指令M代碼。

(2)潤(rùn)滑泵電動(dòng)機(jī)控制:

輸入信號(hào)：來自機(jī)床參數(shù)設(shè)置導(dǎo)軌潤(rùn)滑間隔；來自機(jī)床控制面板導(dǎo)軌潤(rùn)滑鍵；輸出信號(hào)潤(rùn)滑控制Q06；手動(dòng)控制-按鈕；自動(dòng)控制-機(jī)床參數(shù)設(shè)定。

(3)刀架電動(dòng)機(jī)控制:

輸入信號(hào):I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 來自刀位檢測(cè)信號(hào)

來自零件程序T代碼有I1.0：T1；I1.1：T2；I1.2 T3；I1.3：T4；來自機(jī)床控制面板手動(dòng)換刀鍵。

輸出信號(hào)：刀架正轉(zhuǎn)Q0.4；刀架反轉(zhuǎn)Q0.5。手動(dòng)控制—按鈕：數(shù)控系統(tǒng)→KM1 → KM2→刀架電動(dòng)機(jī)M3。自動(dòng)控制—數(shù)控指令T代碼：數(shù)控系統(tǒng)→KM1→KM2→刀架電動(dòng)機(jī)M3。

2、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 強(qiáng)電電氣控制柜的設(shè)計(jì)

2.1.1 控制電路及組成

(1)控制電路：1)交流380V電源通過漏電保護(hù)總開關(guān)QS和空氣開關(guān)QF1供主軸變頻器使用。2)交流380V電源通過變壓器轉(zhuǎn)換成交流220V電源通過空氣開關(guān)QF2、供給伺服放大器作電源用。3)交流380V電源通過變壓器轉(zhuǎn)換成交流220V電源通過U41、W41經(jīng)開關(guān)電源供直流24V給系統(tǒng)供電用。4)交流380V電源通過空氣開關(guān)QF3，接觸器KM1、KM2使刀架正轉(zhuǎn)（換位）、反轉(zhuǎn)。

(2)電路組成：380V電源經(jīng)開關(guān)QS后接入各電源回路中，開關(guān)QS后有4個(gè)空氣開關(guān)（QF1、QF2、QF3、QF4）、3個(gè)接觸器（KM1、KM2、KM3）、1個(gè)DC24/5A開關(guān)電源、1個(gè)2.2KW變壓器等組成。所有強(qiáng)電都安裝在電控柜內(nèi)。

圖2 控制電路圖

2.1.2 電源輸出

(1)I/O接口模塊直流24V接線柱已與外部相連。如發(fā)現(xiàn)電壓不穩(wěn)，立急斷電，查明原因并解決后才能上電，直流24V開關(guān)電源容量為直流24V/5A，數(shù)控系統(tǒng)需3A，外部電源可提供2A容量供用戶使用。(2)電源輸出模塊有一電源鑰匙開關(guān)，其開關(guān)是為強(qiáng)電的控制回路供電。

2.2 電氣控制電路的設(shè)計(jì)

數(shù)控系統(tǒng)由隔離變壓器提供AC220V電源,以避免電網(wǎng)擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的干擾。X軸和Z軸的驅(qū)動(dòng)裝置由機(jī)床變壓器提供AC220V電源。采用兩個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓電源分別提供I/O+24V和中間繼電器+24V,以避免干擾對(duì)I/O信號(hào)的影響。整個(gè)系統(tǒng)的電源配置必須接地可良好，因?yàn)榻拥氐暮脡闹苯佑绊懙较到y(tǒng)的抗干擾性和安全性。

2.2.1 主電路設(shè)計(jì)

數(shù)控車床主電路包括主軸控制電路、刀架電機(jī)控制電路、冷卻電機(jī)控制電路和伺服驅(qū)動(dòng)組成。如圖1所示為數(shù)控車床電氣控制中的380V強(qiáng)電回路圖。

QS為電源總開關(guān)，QF1、QF3、QF4、QF2分別為主軸控制、刀架控制、冷卻控制、伺服驅(qū)動(dòng)空氣開關(guān)為電路的短路保護(hù)。TC1為控制變壓器，初級(jí)為AC380V，次級(jí)為AC220V。

主軸控制電動(dòng)機(jī)M1，由變頻器控制主軸的轉(zhuǎn)速；刀架電動(dòng)機(jī)M3由接觸器KM1/KM2來控制正反轉(zhuǎn)；冷卻控制電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM3控制正轉(zhuǎn)。

2.2.2 控制電路設(shè)計(jì)

數(shù)控車床控制電路包括冷卻控制、刀架控制、風(fēng)機(jī)冷卻、開關(guān)電源、CNC系統(tǒng)控制等組成。如圖2所示。數(shù)控車床系統(tǒng)輸出接口，控制功能有主軸正轉(zhuǎn)、主軸反轉(zhuǎn)、冷卻控制、刀架正轉(zhuǎn)、刀架反轉(zhuǎn)等功能。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及速度控制是由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制的。

3 、結(jié)語

數(shù)控機(jī)床是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、PLC 技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等于一身的機(jī)電一體化產(chǎn)物，作為數(shù)控機(jī)床核心的控制系統(tǒng)直接關(guān)系到設(shè)備的正常運(yùn)行，利用數(shù)控機(jī)床PLC 的強(qiáng)大功能，可以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的作用，還可以為數(shù)控機(jī)床故障診斷及故障維修帶來極大的方便