机电数控及机床电气的综述与控制

张刚

（营口职业技术学院，辽宁 营口 115000）

引言

随着科学技术的发展，要求机械产品具有较高的精度和复杂性，产品的替换也在加快，这不仅要求机床的精度和效率，还要求机床的通用性和灵活性。

一、数控机床电气控制系统综述

（一）数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔磁带阅读器（很少使用）、3.5英寸软盘驱动器、数控键盘（一般输入操作）、配有数控系统的硬盘和驱动器（用于保护大量数据的存储）、磁带驱动器（很少使用）、PC计算机等。

（二）数控系统数控机床中心，它将接收到的所有功能指令进行解码、操作，然后有序地发出各种所需的运动指令和各种机床功能控制指令，直到运动和功能结束。

（三）可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将从数控各种动作和功能的指令逻辑顺序，使它们能够准确、协调、有序的安全运行;同时，机器发出的各种信息和工作状态将被传送到数控，使数控能够及时、准确地发出进一步的控制指令，从而实现对整个机器的控制。

（四）主轴驱动系统接收来自CNC的驱动指令，通过速度和扭矩（功率）调节输出驱动信号，驱动主电机旋转。同时接收速度反馈，实现速度闭环控制。它还通过PLC将主轴的各种实际工作状态通知数控来完成对主轴的各项功能控制。

主轴驱动系统本身有许多参数集,这些参数直接影响主轴的旋转特性,其中一些不能丢失或改变,如指示电机的参数规格,一些可以根据运行状态调整,如零点漂移。一般来说，数控机床还具有与主轴相关的机床数据，且功能与主轴的参数相同，所以传动系统要注意二者取一，不要冲突。

（五）提要从数控伺服系统接收速度指令为每个运动坐标轴,和输出驱动信号调整速度和电流（转矩）驱动伺服电机旋转,从而实现机床的坐标轴的运动,同时,收到反馈信号来实现速度闭环控制。通过PLC与CNC通讯，通知当前的工作状态，接受CNC的控制。

（六）随着PLC功能的不断加强，电气硬件电路的主要任务是产生电源和控制电路，隔离继电器部分和各种执行电器（继电器、接触器），继电器逻辑电路很少。但在一些进口机床机柜中还有带有一定逻辑控制自身的特殊组合继电器的情况，这种元件一旦出现故障，除了更换，还可以将其拆下并由PLC逻辑更换。

（七）机床（电器件）包括所有电机、电磁阀、制动器、开关等。他们是机床的执行者，又是机床的报告人。这里大多数可能的主要故障是由于电气部件本身的损坏以及连接线和电缆的断开或断裂造成的。

（八）速度测量通常是由安装在主轴和进给电机上的速度测量机来完成的。它将电机的实际速度与电压值相匹配，并将其作为速度反馈信号反馈给伺服驱动系统。

（九）早期机床采用直线或圆形同步电感或旋转变压器进行位置测量，而现代机床多采用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们直接或间接测量机床在工作中坐标轴的实际位置，将测量值反馈给CNC，并与指令位移进行比较，直到坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。

（十）外部设备一般指PC机、打印机等输出设备，大多数不属于机床的基本配置。与输入设备一样，使用中的主要问题是匹配。

二、数控机床运动坐标的电气控制

（一）电流回路是为伺服电机提供转矩的电路。一般来说，它与电机之间的匹配和调整是由厂家来完成的，或者已经指定了相应的匹配参数。反馈信号也连接在伺服系统中，不需要接线和调整。

（二）速度环是控制电机转速的轴向速度的电路。速度调节器比例积分（PI）控制器,P,我调整值的大小完全取决于驱动轴载荷和机械传动系统（铁路、致动器）传动刚度和传动间隙等机械性能,一旦这些特性发生明显变化,第一次需要机械传动系统的修复工作,然后调整速度环PI调节器。

最优调节速度循环条件下的开环位置环来完成,这个轴的水平运动和转动轴容易,对垂直轴的运动位置开环自动下落和危险,可以消除电机空载调整然后安装电机和位置环调整或直接带位置环,然后需要有一定的经验和专注。

（三）定位环是根据指令控制各坐标轴精确位置的控制环。定位环最终会影响到坐标轴的定位精度和工作精度。这项工作包括两个方面:

1.位置测量元件精度与数控系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位运动距离发出的脉冲数，应与数控系统在外部倍频电路和/或内部倍频系数后规定的分辨率一致。例如，如果位置测量元件的脉冲数为10 /mm，数控系统的分辨率为0.001mm，则测量元件发出的脉冲必须经过100倍频才能匹配。

2.正确设置和调整位置回路增益系数Kv。通常将Kv值设置为机床的数据，并指定数控系统中各坐标轴的Kv值的设置地址和数值单位。最优速度环调整后Kv值的设置是反映机器性能，影响最终精度的重要因素。Kv值是机床运动坐标性能的直接表达，而不是任意放大。Kv值的设定应注意两个问题。首先，需要满足以下公式:

Kv=v/Δ

式中v——坐标运行速度，m/min

Δ——跟踪误差，mm

注意，不同的数控系统采用的单位可能不同，设置时要注意数控系统规定的单位。

其次要满足各联动坐标轴的Kv值必须相同，以保证合成运动时的精度。通常是以Kv值最低的坐标轴为准。

三、结束语

在机床的实际设计和生产中，为了提高数控机床的精度，定位控制装置的选择尤为重要。只有在充分了解熟悉数控电气控制方法和技巧的细节后，才能为使机电行业做大做强打下良好的基础。