数控机床电气控制技术及设计方法
808D数控车床电气控制系统设计说明书
摘要数控技术发展飞速的今天，数控技术在现代制造业发挥越来越重要的作用，数控机床是数控制造业的核心，本文主要介绍了对数控车床的电气系统设计的过程。
本设计以CK6140车床为载体，对其数控电气系统经行详细设计。
其内容包括强电设计、弱电设计、PLC输入输出及接口设计，本设计选用西门子808D数控系统。
最后绘制出整个机床的电气系统原理图等。
本设计给出了整个机床的原理图绘制过程，重点部分模块化，较详细地介绍了各个部分的功能及用途。
分为 380V强电回路，控制回路，PLC输入输出控制，主轴驱动模块和进给伺服驱动模块，并介绍了相关的电气知识。
通过本设计说明书可以基本上掌握数控车床的电气原理，以及基本的电气常识，使读者无论是从整体上还是各个模块中都能够了解到数控车床相关的一系列电气知识。
关键词：数控系统；数控车床；PLC控制1ABSTRACTThe numerical controls that the technique development fast today, the numerical controls technique at the modern manufacturing industry exertive more and more importance function, numerical control tool machine is number control a manufacturing industry of core, this text mainly introduced logarithms to control the processed that the electricity system of lather design.The design CK6140 lathe as the carrier, the detailed design of the its NC electrical system through the line. its contents includes a strong electrically design, weakness design, PLC importation output and Interface design. The design uses a Siemens 808D CNC system. Finally, to map out the whole machine electrical system schematic. This principle diagram which designs to the whole tool machine draws process and the point parts of mold piece turn and compared to in detail introduce each function and use of part. Is divided into the 380 Vs strong electricity back track, control back track, the PLC importation outputs a control, the principal axis drives a mold piece and enters to servo drive a mold piece, and introduced related electronic knowledge.Through this design system can basically control numerical control the electricity principle of lather, and basic electronic common sense, make the reader regardless can understand numerical control the lather related series of electricity knowledge from wholly the top still each mold piece.Key Words：NC system; NC lathe; PLC control2目录摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 ABSTRACT ------------------------------------------------------------------------------------------- 2目录------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3第一章绪论----------------------------------------------------------------------------------------- 61.1前言 ------------------------------------------------------------------------------------------ 61.2国外数控系统的发展趋势 ------------------------------------------------------------- 61.2.1新一代数控系统采用开放式体系结构 ------------------------------------ 61.2.2新一代数控系统控制性能大大提高---------------------------------------- 71.2.3数控系统向软数控方向发展 ------------------------------------------------- 71.3我国数控技术的发展-------------------------------------------------------------------- 81.4CK6140数控车床主简介 ---------------------------------------------------------------- 9第二章西门子808D数控车床系统 --------------------------------------------------------- 112.1 西门子808D系统简介 --------------------------------------------------------------- 112.2人机界面 ---------------------------------------------------------------------------------- 132.3进给系统 ---------------------------------------------------------------------------------- 132.4 主轴驱动系统--------------------------------------------------------------------------- 132.5刀架控制系统 --------------------------------------------------------------------------- 142.6电柜设计及电源选用------------------------------------------------------------------ 142.6.1在设计电柜时应注意以下事项：----------------------------------------- 142.6.2 24VDC电源选用---------------------------------------------------------------- 152.7数控系统各部分的连接及接口 ----------------------------------------------------- 152.7.1系统的接线---------------------------------------------------------------------- 152.7.2 接口布置 ------------------------------------------------------------------------ 15第三章CK6140数控车床的基本组成和工作原理 --------------------------------------- 173.1数控车床组成 --------------------------------------------------------------------------- 173.2数控车床工作原理 --------------------------------------------------------------------- 193.3 CK6140数控车床运动分析 ---------------------------------------------------------- 2033.4 CK6140数控车床电气系统简述 ---------------------------------------------------- 21第四章CK6140数控车床硬件系统设计及元件选型------------------------------------ 254.1主轴驱动系统 --------------------------------------------------------------------------- 254.1.1主轴电动机---------------------------------------------------------------------- 254.1.2主轴电动机选型 --------------------------------------------------------------- 254.2机床进给伺服系统 --------------------------------------------------------------------- 264.2.1 CK6140数控车床对伺服驱动进给系统的要求------------------------ 274.2.2 伺服电机的选型--------------------------------------------------------------- 284.3控制电路原理图设计------------------------------------------------------------------ 314.3.1 380V系统强电控制回路----------------------------------------------------- 314.3.2电源回路 ------------------------------------------------------------------------- 334.4常用电器元件的选型------------------------------------------------------------------ 344.4.1低压电器选型的一般原则 -------------------------------------------------- 344.4.2断路器的选型------------------------------------------------------------------- 344.4.3电动机保护用自动开关的选型 -------------------------------------------- 354.4.4 熔断器选型 --------------------------------------------------------------------- 354.4.5接触器的选型------------------------------------------------------------------- 354.4.6热继电器的选型 --------------------------------------------------------------- 364.4.7中间继电器---------------------------------------------------------------------- 364.5 CK6140数控车床控制面板 ---------------------------------------------------------- 37第五章PLC设计及参数设置------------------------------------------------------------------- 395.1 PLC的基本结构及工作原理 --------------------------------------------------------- 395.2 PLC与CNC机床的联接方式 -------------------------------------------------------- 405.3 CNC加工代码在PLC上的实现方法----------------------------------------------- 415.3.1 T功能代码的实现方法------------------------------------------------------- 425.3.2 M功能代码实现方法--------------------------------------------------------- 425.4 PLC程序的模块化设计---------------------------------------------------------------- 425.5 PLC输入输出地址分配---------------------------------------------------------------- 425.6参数设置 ---------------------------------------------------------------------------------- 4445.6.1 PLC参数设置-------------------------------------------------------------------- 445.6.2机床参数设置------------------------------------------------------------------- 45第六章结论--------------------------------------------------------------------------------------- 47致谢 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 48参考文献 --------------------------------------------------------------------------------------------- 495第一章绪论1.1前言装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，机床制造业是一个国家的基本装备工业，是工业生产的技术基础，数控技术在给机床制造业带来显著经济效益及广阔发展前景的同时，也是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备，因此它已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。
数控机床电气控制技术及设计方法研究
Ｘ辅 ＋ 向运行
ｘ辅 秘｛ ＿ ｝ 考 赢完成
交流主传动电路、 交流进给传动电路 、 刀具交换装置转动电路 、 急停监 控保 护 电路 、 整 流装 置 电路 、 机 床操 作板 电路 、 电 源 电路 、 Ｎ Ｃ ／ Ｐ Ｌ Ｃ连接 电路及润滑、 冷却 、 通风装置电路等。着重从下列方面浅析硬件电路的
轴＋ 向 选择 按钮
图１ Ｘ轴＋ 向运行 的 部 分 Ｐ Ｌ Ｃ控 制程 序 ２ － ３参数设置 参 数是指 以完 成机床各种 功能及数 控系统 与机床结 构的匹配 所设 置 的各 种数值 ， 所 以必须 以上述 硬件 电路 十 及Ｐ Ｌ Ｃ 程 序设计 为基础 ， 同时以该立式 加工 中心各项 功能与结 构 的具体 要求为依 据 ，对数 控机 床的各项参数（ 如驱动参数、 系统参数等 ） 进行设置 ， 由此实现数控机床 整体 眭能 的最大化 发挥及数 控机床 的正 常使用 。 ３结束语 综上所述 ，数控机床的生产效率及整体质量与电气控制系统的形 式与整体控制能力间关系密切。本文结合某立式加工中心的实际晴况， 详细 阐述 了数控 机床电气控 制系统 的设 计。 实 践证实 ， 上述模块化 设计 思路 对实现 电气控制 系统运 行可靠性 的提高 、 故 障率 的降低 、 加工 效率 主轴 闭环速 度主要 由主 轴控制部 分实现 控制 ，但 准停期 间要求实 现闭 的提 高及整体 工作性 能的改 善意义重 大 ，因此本 文所述设 计方法 能够 环位 置控制 。与此 同时 ， 经Ｃ Ｎ Ｃ内置 的 Ｐ Ｌ Ｃ可把 主轴 的实际工作 状态 满足实 际生产 的要 求 ， 值得类似加 工 中心借鉴 。 传输 至 Ｃ Ｎ Ｃ ， 由此实 现对主轴 的各项功能 进行控制 。 参 考 文 献 ２ ． １ ． ３交流进给传动电路 。进给系统的整体ｌ 生 能对整机的精度指标 ［ １ ］ 李亮 亮． 大型龙 门加 工中心双直线 电机 驱动的 同步控 制技 术闳． ２ ０ １ １ ． 与运行 状态 起着直 接性 的影 响 ，同时进 给系统 主要完成该 立式加 工 中 ｆ ２ ］ 潘超． 数控机 床直线 电驱进 给 系统控 制技 术及动 态特 性研 究闭． ２ ０ １ １ ． 心直线 坐标 轴的定 位与切 削供给 。该立式 加工 中心进给 系统主要 采用 ［ ３ １ 宴 Ｊ Ｉ 志华控制技术在数控机床中的应用及分析阴科技信息， ２ ０ １ １ ， （ ２ ９ １ ． 半 闭环控制 方式 ， 其 中电机 与脉 冲编码器 同轴 ， 同时对速度 与位置 进行 ｆ ４ ］ 王 北平． 基于 Ｐ Ｌ Ｃ的数控 机床 电气控制 系统 技术研 究田－ 电源技 术应 反馈 ； Ｘ ／ Ｙ ｆ Ｚ 轴 滚珠 丝杠与伺 服 电机 采取副 直联驱 动 ，由此 使伺服 系统 用 。 ２ ０ １ ３ （ ４ ） ． 的各种非线性环节均外置闭环 ， 例如， 传动装置问隙、 丝杠刚度 、 摩擦阻 ［ ５ ］ 刘春 芳 ， 任 修盂 ， 王丽梅． 数控 机床 用磁 悬浮 系统 自 抗扰 控制仿 真研 究 尼等 ， 进 而实 现数控 机床 电机控 制 系统稳 定性 的提 高 ， 此外 Ｘ ／ Ｙ ／ Ｚ方 向 制 造技术 与机 床 ， ２ ０ １ ２ （ ４ ） ． 支 承导轨 全部采 用直线 滚动导 轨 ， 其 中直线 滚动 导轨具有 摩擦力 小 、 刚 ［ ６ ］ 李一 然 ， 李 昂， 段 虞 闻． 基于Ａ Ｔ ｍ ｅ ｇ ａ １ ６ 单片机 步进 电机控 制技 术的探 性高 、 定位精度高、 轴移动速度（ ２ ４ ｍ ／ ｍｉ ｎ ） 快等优点。 讨［ Ｊ Ｊ ． 中国科技博 览 ， ２ ０ １ ２ ０ ） ． ２ ． １ ． ４急停与监控保护电路。急停与监控保护电路要求对电机过载 检测（ 刀库电机、 润滑电机、 冷却电机 、 机械手电机 ） 、 数控机床紧急停止 、 机床润滑站的油位与压力检测、伺服变压器过热检测等环节及机床运 行的异常警示指示进行设计。 实践证实， 上述电气控制保护措施的有效 落实对提高数控机床运行安全可靠 眭意义重大。 ２ ２ ２ Ｐ Ｌ Ｃ程序
数控机床电气控制电路设计及实例分析_郑小年(1)
证电动机的实际最高工作温度 T J 日 ] I *等 于或略小于电动机绝缘的允许 最高工
不到额定功率的, 转速越低, 输出功率
就越小 图1 中主轴电机的功率特性为
作温度T a, 即几习 兀 *
. 过载能力:电动机在运行时, 必 须具有一定的过载能力 特别是在短
期工作时, 由于电动机 的热惯性很大, 电动机在短期 内承受高于额定功率的
c ) 主轴电机容量选择还是按上述
方法
产效率降低, 另一方面电动机经常过 载下运行, 会使它过早损坏, 同时还可
能 出现启动 困难, 经 受不起 冲击负载
升或最大允许电流而报警, 说明电机
容量选小 了, 应重新选择
这里, 请读者注意, 在进给电机 主
轴 电机设计 选配时, 应该考虑这些电 机 的输 出都 包括含有某种类型的机械 环 节和元 件, 关 于增量运 动 系统的最
难 以显 著 地 加 以更 改, 远 不 如 电 气 部
分 灵 活 易 变 因此 , 数 控 机 床 的机 械 与
商 品生 产 的基 本 要 求是 以最 低 的
S e r o C o ntro l v
49
粉 步 J碑 / 价 穴士 古十 夕入 二 不
流伺服 电机 a )进给伺服电动机容量选择 电动 机 的选 择 主 要是 容 量 的选 择, 如果 电动机 的容量选小了, 一方面
的转速并 不高时, 就不 必选用 刚性 攻 螺纹功能 (5 )网络数控功能 近年来发展的数字化 网络制造是 指 利用网络技术和数字控制技术进行 产 品的加 工制造, 其基础 是网络数 控 技术 它是 各种先进制造 技术 的基 本
可 以选择直角坐标系中的二个不同平 面, 也可选择 不同视 角的三维立体, 可 以在 加工的 同时做实 时的显 示, 也 可 在机械锁定的方式下作加工过 程的快
浅析数控机床电气控制技术和设计方法
． １ － ３ 交流进给传动 电路 本 文 中作 为 实例 的加工 中心 电气控 制部 １ 于提高数控机床的稳定性和可靠性 ，同时将故 在控 制 系统 的硬件 电路 中 ，进 给系 统有 障概率减到最低 ，使数控机床完全满足加工 中 列数 字交 流伺服 模块及 Ｂ ｉ 交流主 轴伺服 电机 着对加工 中心各个直线坐标轴的定位和切削进 心 的 生 产 需 要 。
数控 机床的 电气控 制技术 也随着计 算机 技术的 遍都 很高，需要在很宽 的范 围内实现可连续 的
发展 ，得 到了一定 的发展 ，为了满足加工 制造 调度 ，且在不 同的速度下都可 以实现切削所需 在 上文 中提到 的硬件 电路和 Ｐ Ｌ Ｃ软件 程序 的
的需求 ，工作者们一定要进行电气控制原理的 功率 的供 应 ，同时可以进 行刀具的 自动装卸工 设计之外 ， 我们还要注意分析加工 中心对结构 、 研究 ，并进行规范的设计 ，来提高数控 机床的 作。主轴电机里拥有一个 内置的编码器 ，可以 功能的需要来进行参数的设定 ，这样才能够最 可靠性和安全性。笔者从事相关工作 ，对此有 对主轴的速度进行检测，同时也可以检 测和确 大化 发挥机床性能 ， 保证机床能够正常的运行。
给 电磁阀和 Ｚ轴制动器 ；而控制变压器所输出
的～ ２ ２ ０ Ｖ总共供给两套设备 ，一套设备是床
Ｌ Ｃ控 制程 序 ， Ｆ ９ ４ ． ０ 身的润滑 电机和 电气箱冷 气机 ， 而另一 套设 ｘ 轴 ＋向运 行 的部分 Ｐ ８ ． ０为 ｘ 轴选择 信号 ， 作 为新 时期 下新 的加 工设备 ，数控 机床 备 则是 Ｃ Ｎ Ｃ 、伺服模 块和 直流继 电器 ，后者 为参考 点到达信 号 ，Ｒ 是由综合应用微 电子 、 计算机 技术 、自动控 制、 需要路经开关 电源 以后 ，输出 一 ２ ４的电源 。 自 动检 测、精 密机械 等多种 技术结合而成 的精 １ ． １ ． ２交流主传动 电路 密加工设备 。 随着 电子计算机技术的快速发展 ，
数控机床电气控制电路设计实例
电压继电器的输入量是电路电压的大小，它根据输入电压的大 小而动作。与电流继电器类似，电压继电器也分为欠电压继电器和 过电压继电器两种。
四、时间继电器 时间继电器在控制电路中用于时间的控制。
按其动作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式等； 按延时方式可分为通电延时型和断电延时型。
而且要求刀具由一点到另一点之间的运动轨迹为一条直线，并能控 制位移的速度。 （3）轮廓控制系统
也称连续控制系统。其特点是能够同时对两个或两个以上的坐 标轴进行连续控制。
2. 按伺服系统控制方式分类 （1）开环伺服系统
数控装置根据信息载体上的指令信号，经控制运算发出指令脉
冲，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠 螺母副，使执行机构(如工作台)移动或转动。 （2）闭环伺服系统
4. 按功能水平分类 （1）经济型数控系统(又称简易数控系统) 这一类型的数控系统一般为开环控制，采用的CPU为单板机或单片 机，用数码管显示或单色小液晶显示或CRT字符显示。 （2）普及型数控系统(又称全功能数控系统) 这类系统一般为半闭环控制，采用16位或32位CPU，9 in(228 6mm)单色显示器（1 in=25 4mm）。 （3）高性能数控系统 这类系统一般为全闭环控制，采用的微型计算机为32位以上的CPU， 显示器为彩色CRT或TFT液晶显示器．内存大于150 KB。
从第一台数控机床问世到现在的50多年中，数控技术的发展非 常迅速，集计算机技术、现代控制技术、微电子技术、传感检测技 术、信息处理技术、网络通信技术、液压气动技术、光电子技术以 及传统的机械制造技术为一体，得到了广泛的应用，在数控机床是 关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业， 其水平高低和拥有量多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志， 在国防建设上亦具有重要的战略意义。
数控机床第8章 数控机床电气控制电路设计与案例(2015-08))
图8-4 保护接地连接
11
(2）工作接地
为了保证设备的正常工作，如直流电源常需要有一极接地，作为参 考零电位，其他极与之比较，形成直流电压，例如±15V、±5V、±24V 等；信号传输也常需要有一根线接地，作为基准电位，传输信号的大小 与该基准电位相比较，这类地线称工作地线。在系统中一定要注意工作 地线的正确接法，否则非但起不到作用反而可能产生干扰，如共地线阻 抗干扰、地环路干扰、共模电流辐射等等。
周德卿 2015.8
2
图8-1 某数控车床的机床主电路与继电控制电路原理图
周德卿 2015.8
3
① 主电路如图8-1左半部分所示。该电路是指3相交流380V电源和起 拖动作用的电动机之间的电路，它由电源开关、熔断器、断路器或电动 机保护器的过流过压触点、热继电器的热元件、交流接触器的主触点、 电动机以及其它要求配置的电器如电源变压器、控制变压器、变频器、 交流开关稳压电源等电气元件连接而成。
在数控系统中，常用的隔离变压器有伺服变压器和控制变压器， 其产品与电气符号如图8-7所示。
图8-5 单点接地几种形式
周德卿 2015.8
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(3）屏蔽接地
为了抑制噪声，电缆、变压器等的屏蔽层需接地，相应的地线称为 屏蔽地线。在低阻抗网络中，低电阻导体可以降低干扰作用，故低阻抗 网络常用作电气设备内部高频信号的基准电平（如机壳或接地板），连 接时应标明符号“ ” 作为屏蔽地。以屏蔽电缆为例，数控系统中有很 多弱信号传输线，传输模拟信号或数字信号，如CNC到伺服驱动信号线、 编码器反馈电动机位置与速度的信号线等，它们极易受干扰必须使用屏 蔽电缆。
该电路的控制原理同典型的电动机拖动控制电路，只是控制 触点的信号来自CNC数控单元和I/0接口单元输出电路中的直流 继电器的常开（或常闭）触点，如图8-1中控制主轴电动机正、 反转的直流继电器KA1、KA2；控制刀架电动机正、反转的直流 继电器KA4、KA5等，均是由PLC相应输出接口控制的。
3-电控基础-数控机床电气控制解析
第3章
5）分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。 6）长延时电流整定值等于电动机额定电流。 7）瞬时整定电流：对保护笼型感应电动机的断路 器，瞬时整定电流为8~15倍电动机额定电流；对于保 护绕线型感应电动机的断路器，瞬时整定电流为3~6 倍电动机额定电流。 8）6倍长延时电流整定值的可返回时间等于或大 于电动机实际起动时间。
第3章
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图3-6 直流接触器的结构示意图 1—铁心;2—线圈;3—衔铁; 4—静触点;5—动触点; 6—辅助触点;7，8—接线柱; 9—反作用弹簧;10—底板
第3章
2、接触器的主要技术参数
接触器的主要技术参数有极数和电流种类，额 定工作电压、额定工作电流（或额定控制功率）， 额定通断能力，线圈额定电压，允许操作频率，机 械寿命和电寿命，接触器线圈的起动功率和吸持功 率，使用类别等。
分类：空气式、电动式、晶体管式及直流电磁式等几大类。 延时方式：通电延时和断电延时两种。
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第3章
（1）直流电磁式时间继电器
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直流电磁式时间继电器
第3章
（2）空气阻尼式时间继电器
空气式时间继电器是利用空气阻尼的原理制成的 分：通电延时、断电延时 组成：电磁系统、延时机构、工作触点
第3章
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电压继电器电气符号
（2）电磁式电流继电器
第3章
A．过电流继电器 通常，交流 过电流继电器的吸合电流I0= （1.1～3.5）IN，直流过电流继 电器的吸合电流I0=（0.75～3） IN。由于过电流继电器在出现过 电流时衔铁吸合动作，其触头来 切断电路，故过电流继电器无释 放电流值。
数控机床电气控制技术
动 调节 ， 以及 软件 编程 等技 术 。尽管 数
（一 ） 数 控 装 置 、
（二 ）、 伺 服 系 统
数控 装置 是数 控机 床 电气控 制 的中
心 ， 在 数 控 机 床 中 它 相 当于 人 的 “ 大
什么是伺 服呢 ？这是英文 Ｓ ｒ ｅ的 ｅｖ
谐 音 。 “伺 服 ” 就 是 “伺 候 ” 就 是 ，
脑 。数控装 置实质 上就 是一种 专用计 算 机 系统 ，它 除了具有 一般 计算机 的硬 件
结 构 外 ，如 Ｃ ＰＵ、存 储 器 、 总线 等 ， 还 有和数 控机 床功 能有关 的专 用功 能模
非 常 听话 ， 叫 走 到 哪 ， 就 走 到 哪 。 在 数控 机床 中， 由数控 装置 发 出指令 ，让 哪 一 个 电动 机 动 ，这 一 台 电动 机 就动 ， 而 且这 台 电动 机 的角位移 、速 度 ，完全
数 控 机 床 电气 控 制 技 术
丈树 亨
前 言：随着公司生产的发展和加工工艺的改善，这些年来公司相继投入 了一些数控机床 。这些机床对提高公司 生产效 率和产 品质量 、 改善工 人 劳动强度 、增 强企 业竞争力等方面起着 了极大 的作用 。 了解数控机床 电
气控制技 术 ，为我 们使用和维护 这些设备 会有很大 帮助 。
工作过 程是 通过 输入 装置输 入机床 加 工
零件 所 需 的各种 数 据信 息 ，经 过 译码 、 计算机 运算 处 理 ，将 每个 坐标 轴 的移 动
分量送 到 其相 应 的驱动 电路 ，带动 坐标 轴 运动 ， 同时进行 必要 的实 时位 置反馈
控 制 ，使每个 坐 标轴都 能精 确移动 到指
数控机床电气控制电路设计实例
24V 4.5A
S-100-24
4,5
6,7
220B
3 250V 6A 4
润滑电机
主轴风扇
VC1 2
1
24V 6.5A
S-145-24
4,5 6,7
241V
241V1
1
1
QF9 6A
QF8
6A
110A 110B
220A1 220B1
2
2
返回
图6-11 XK714A电源回路
110A
伺服强电
主轴强电
KM5
KM4
336
21 22
334
21 22
RC7 1 KM4
A1
2
A2
RC8 1 KM5
A1
2
A2
RC9 1 KM6
A1
2
A2
110B
图8-5 TK40A交流控制回路
返回
图6-6 TK40A 直流控制图
伺服强电允许 外部运行允许
伺服OK
主轴电机 正转
主轴电机 反转
刀架电机 刀架电机
正转
反转
冷却电机 开/停
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6.3 XK714A数控铣床电气控制电路
2．电源电路分析 图6-10为电源回路，图中TC2为控制变压器，原方为
AC380V，副方为AC110V、AC220V、AC24V，其中 AC110V给交流接触器线圈、电柜热交换器风扇电机； 3．控制电路分析 （1）主轴电机的控制 如图6-11、图6-12分别为交流控制回路图和直流控制回路 图。 （2）冷却电机控制 （3）换刀控制
44 0 Y0 6
Y0 0 10 0
11 7
基于PLC的数控车床电气控制系统设计毕业论文-(2)[1]
1。1.1数控系统的组成
CNC系统的一般结构如图1.1所示，CNC系统主要是指图中的CNC控制器，它是由计算机硬件、数控系统软件及相应的输入/输出接口构成的专用计算机和
2。2 数控车床中PLC的功能
2。2.1 PLC对辅助功能的处理
目前，数控机床程序中,有关机床坐标系约定、准备功能、辅助功能、刀具功能及程序格式等方面己趋于统一，形成了统一的标准，即所谓的CNC机床ISO代码。归纳起来有4种功能：一种是准备功能,即所谓的G代码;第二种是辅助功能，即所谓的M代码；第三种是刀具功能,即所谓的T代码；第四种是转速功能即所谓的S代码.其中,G功能主要与联动坐标轴驱动有关，是通过CPU控制数控装置的I/0接口实现；M功能主要控制机床强电部分,包括主轴换向、冷却液开关等功能;T功能与刀具的选择和补偿有关。
目前，PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，并被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一.
与一般微机控制系统最大的区别是，PLC必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围.
1.2。2 PLC的基本结构
（2） 开关量控制
数控机床的开关量信号控制是通过PLC来完成的.
机床的各开关量可通过I/O口进行信息交换。由于I/O口可输入信号和输出信号,其输出信号经过逻辑译码电路转换成多路的输出信号,可实现主轴电机、冷却泵及主轴变速等的控制；输入口可接受行程限位开关暂停、主轴同步脉冲、选刀回答等信号。从而实现各种状态的检测，最终实现机床的各开关量控制。
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数控机床电气控制技术及设计方法武玉明齐重数控装备股份有限公司黑龙江
齐齐哈尔 161005
摘要：数控机床实际上是一种机械设备，其体型较大，整体构造相对来说比
较复杂。
随着科学技术发展的迅猛势头，科技对当今社会产生着明显的影响，保
证产品质量和生产率的情况下，技术人员在开展相关操作的过程中需要对其安全
性进行强化，确保整体生产质量达到要求。
本文就其电气控制展开了相关探究。
关键词：数控机床；机床电气；电气控制技术；电气设计
1数控机床的常见功能
在实际工作中，数控机床是通过分布在多个轴位上的伺服电机实现最终的定
位功能，并且不同轴位之间在工作过程中存在良好的联动特点，能够同时进行运
动也能够分开运动，从而能够使数控机床生产的效率得到相应的保障，提高数控
机床机械生产的工作准确性和真实性。
在数控机床的实际工作中，不同的轴在进
行全面运动的同时，还可以通过使用光栅尺完成全闭环式的完整控制，进而保证
工作台可以对整体进行定位，为了保证实际的定位和工作质量，需要合理使用外
展模拟量I/O点形式来对高速变频器的工作状态进行控制以及保证不同位置的电
机都可以实现启动和停止功能的优化，提升转速系统整体的同步控制效果。
将主
轴的转速保持在一定水平，能够帮助提高机械生产的工作效率，同时使冷却水泵
得到合理的配置，通过对电机设备的冷却处理也能够更好地检测电机设备的温度，并且使温度的保护效果得到进一步的提高，实现预期的工作目的。
在主轴运行环
节通常需要进行机械手以及刀库的安装，这项工作的主要目的是为自动化以及手
动化的工作方式提供保障，同时也是提升整体工作效率和产品质量的有效方式。
在采取机械手换刀的方式后，可以实现对刀具各类信息的收集。
在数控机床的实
际工作中，需要对系统的刀具磨损情况以及断刀的情况进行了解，防止系统中出
现刀具失效的问题而最终影响到整体的效果。
同时，在对机械和设备进行换刀的
过程中，需要保障加工生产的稳定性，控制不同机位的工作模式来完成相应的任
务和要求。
2数控机床电气控制系统的结构
2.1基础结构
数控机床通常由基本结构和特殊结构两部分构成。
基础结构包括机床主体、
电气控制单元和电气控制系统执行部分，主要起到加工原材料的作用。
机床本体
是数控机床加工运动的实际机械部件，对材料加工的整体质量有着密不可分的联系。
而电气控制单位能够控制机床本体的运行操作，可以根据企业的生产需求，
适当调节机床本体的运动方向、运动方式和加工工艺等内容，从而完成一系列的
精密加工任务。
电气控制单元主要由电源、电机和PLC三部分构成。
电源是电气
控制系统正常运行的基础，能够充分满足控制管理机床时的电力需求，确保材料
加工任务的顺利进行。
而电机主要起到了转换电流的作用，通过电机可以将直流
电转换成交流电，使机床的运行效率得到显著增强，进而令材料加工速度大幅度
提升。
而PLC作为电气控制系统的核心，对机床的运行起着总体的协调作用，通
过向执行部分下达各项指令，使数控机床按照使用者的意愿顺利运行，完成原材
料的加工制造工作。
执行部分则是按照电气控制系统的各项指令，对刀具角度、
推进距离和运行速度等加工参数予以调节，使材料加工的整体质量得到精准控制。
2.2特殊结构
在使用数控机床加工材料的过程中，常常会因工作人员疏忽、操作不规范或
数值设置错误等原因，造成现场突发事故的发生，其不仅会对材料加工质量，造
成一定程度的影响，还极容易对工作人员造成损伤，令工作人员的生命安全受到
严重威胁。
而数控机床中的特殊结构，恰恰是为了预防和控制突发事故专门设置
的按钮开关。
特殊结构包括紧急按钮和超程限位两个部分，若在材料加工过程中
出现突发情况，操作人员可以及时按下紧急按钮，使数控机床内部的接触点自动
断开，从而达到切断电源的效果。
而且，按下紧急按钮的同时，输入单元会将报
警信号传输至PLC的CPU。
待CPU接收到报警信号后，会按照预定程序的设计内
容，经输出单元向各个系统发出停止运行的操作指令，使突发情况得到有效控制[1]。
在系统停止工作后，也会使相应的程序完成复位操作，确保后续操作的顺利进行。
超程限位开关和紧急按钮的作用相类似，也是在工作人员按下开关以后，使数控机床的正常运行即刻停止，将突发事件造成的影响降至最低。
紧急按钮和超程限位的应用，在提升数控机床操作安全性方面发挥了良好的作用。
3数控机床电气控制技术及设计方法
3.1严格遵循操作流程
在实际开展数控机床电气安全检测工作时，技术人员需要按照相关的工作要求和流程落实有关技术形式，促使这项工作的开展可以产生较好的效果。
在确定数控机床电气安全检测标准之后，操作人员要严格遵循机床的操作流程，尤其是需要对不同的电气检测内容和形式进行综合分析，防止其在操作当中产生不符合要求的形式影响检测结果[2]。
工业企业在生产经营当中要对技术人员提出具体的要求，让其按照科学的检测方法完成工作任务，以取得较好的检测效果，以便达到预期要求。
由于数控机床电气安全检测工作内容较多，对技术人员的能力和水平要求较高，其在操作当中就需要明确相关的注意事项，尤其要提高自身的专业能力。
3.2电气控制系统设计
基于PLC的数控机床电气控制系统设计，主要包括上位机功能设计、PLC程序设计和伺服机构设计三项内容。
上位机功能设计的内容，主要是利用编写软件程序的方式，对数控机床的实时运行状态和PLC数据传输情况予以监控，确保数据传输的准确有效，令数控机床的各项运行操作顺利有序进行。
在编写软件程序的过程中，工作人员应根据材料加工的各项需求，将钢板尺寸、厚度和孔位大小等数据输入到加工程序中，并将所有数据上传至PLC的数据区，通过串口将上位机与PLC相连接，完成两者之间的信息交流[3]。
令内部监控软件有据可依，确保数控机床的每一步操作均准确无误。
若数控机床在材料加工过程中出现异常，上位机即刻会接收到实时数据，并在监控画面中显示报警信息，以引起操作人员的
及时关注，使其采取有效的措施予以处理，避免各类安全事故的发生，确保材料
加工的顺利进行。
3.3控制系统功能要求
PLC控制系统应同时满足手动加工和自动加工的双重功能，使数控机床的实
时加工位置得以明确，保障各项材料加工的顺利有序进行。
手动加工功能是指通
过上位机软件的调试页，实时观察机床上X、Y、Z轴的各项数值，从而准确掌握
数控机床的加工位置，确保材料加工质量的稳定可靠[4]。
而自动加工功能，是通
过输入程序、超程校验、调整零点坐标和按下启动伺服指令等环节，令数控机床
按照预定的轨迹完成材料加工操作，并将相应的加工信息实时反映在显示屏上，
以便后续的观察与调整。
结束语：
通过对PLC和数控机床电气控制系统的深入了解，可以发现PLC在数控机床
的生产操作中占据着至关重要的地位。
根据企业产品的生产需求，对上位机功能、PLC程序和伺服机构科学设计，不仅能够显著提升材料加工的速度和精度，还可
以对数据机床的各项数据进行实时监控，避免各类安全事故的发生，确保材料加
工的顺利进行，进而为我国企业的长远有序发展，发挥了积极的促进作用。
参考文献：
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[2]徐永梅.数控机床电气控制系统的PLC设计[J].电子技术与软件工
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[3]王丽君.电气控制系统研究价值及数控机床电气控制系统优化设计[J].微
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[4]杨海燕.数控机床电气控制技术及设计方法探析[J].现代盐化
工,2018,45(04):76-77.。