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[摘 要]在经济发展中工业生产占据着非常重要的地位，近年来，伴随着社会经济的快速发展，工业生产行业也取得了突飞猛进的发展，国家对于工业生产行业的重视度也越来越高，于工业生产中出现了很多新技术，且这些技术也被广泛应用于生产中，不仅使生产效率得到了提高，同时还使企业获得了更好的经济效益。在工业生产中数控机床作为重要生产设备之一，可实现精密且复杂零件的生产以及加工。本次研究笔者在PLC的基础上就数控机床电气控制系统的设计进行探讨和分析。
[关键词]PLC；电气控制；工业生产；数控机场；系统
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0003-01
一、引言
伴随着科学技术水平的提高，关于数控机床控制系统方面的研究也随之增多，传统数控机床电气控制系统逐渐被可编程逻辑控制器（PLC）所代替。传统数控机床控制器主要是借助于接触器以及继电器予以控制，因技术存在缺陷造成控制器线路结构复杂，不仅容易引发故障，同时还会加大设备维护和检修的成本，久而久之这种传统接触器以及继电器控制机床的方法也被淘汰。基于PLC设计数控机床电气控制系统，无需经常对零件进行更换，只需修改有关参数以及代码就能实现工艺的转变，这种方法在节约成本的同时，还可减少由于工艺和零件的更换花费的时间，从此进一步提高生产加工效率，实现自动化和规范化。
二、数控机床电气控制系统结构分析
（一）基础结构分析
所谓数字控制技术就是指借助于数字化信息技术控制设备系统，由此可知数控机床就是借助于数字控制技术控制机床运动轨迹以及零件加工过程，数控机床在编码以及规定内符号的控制上所具逻辑处理能力非常强。其构成部分主要包含有机床主体、数据控制系统、电气控制单元以及执行系统。数控机床主体为机床重要构成部分，直接作用于零件，以实现零件的加工。电气控制系统由运动控制器、电源模块以及电机模块等构成，其中目前比较常见的电源模块分为两种，第一种为能把固定电流转化成为预定电流，同时和运动控制器能一同完成通信可调电流；第二种为不可转化电流，不可和运动控制器一同调电流。常见电动机模块为装机装柜型与书本型，其主要功能就是将经过的电流转变成为符合电动机运行需求的交流电。在数控机床中电气控制单元被认为是指挥中心，运动控制器作为电气控制系统重要构成部分，其主要作用为控制主体工作的工艺、运动以及逻辑，其运行的可靠性以及正常性直接关系着电气控制系统的运转。执行系统经电磁阀控制完成各种机械活动，提高工作效率，当对机床实施换刀时，刀具原本运动轨迹会发生改变，加工刀具时，会出现断裂或者磨损等现象，此时光纤传感器检测刀具，可确保加工质量。在数控机床中，其控制系统核心为软件对于程序的使用与分析。经输入信息读取，由工控机把正确信息传递至运动控制器，此时运动器则会按照所接收到的相关信息控制电动机模块，以此进一步控制数控机床工作区域。此外，光栅尺所检测到的关于加工区域信息，经传感器把信息转化成为一种标准的信号传递至运动控制器，经传感器检测把数控机床实时工作状态信息传递至电气控制系统，以便于正数控机床工作情况的了解。
（二）特殊结构分析
数控机床加工期间，因人员操作不合理或者机械磨损会引起一些安全事故的发生，为避免在操作期间对加工零件以及操作人员产生不必要的损失以及伤害，需紧急停止或超程处理。在紧急停止中，一般情况下，数控机床急停按钮不会接通，其开关接触点处在关闭状态中，当按下该按钮以后，其接触点会断开，此时系统中该按钮控制的相关回路继电器也会断开，且为移动设备提供动力的相关电源也会被切断。在超程处理中，一般情况下超程限位程序所处状态为松开，当数控机床开始运行的时候，按下某条轴超程限位开关，此时其接触点断开，同时超程限位所在控制回路上的继电器也会断电，并发出报警信号。
三、在PLC基础上设计数控机床电气控制系统
PLC所具抗干扰能力和可靠性均比较强，具备广泛通用性，其工作方法为循环扫描系统程序，经采集输入样本，分析程序，而后根据程序输出相应的控制指令。基于PLC设计数控机床电气控制系统，需注意以下两个方面的内容：第一，方式：影响数控机床系统运行的一个主要因素就是其控制方式，在加工过程中要想使机床运转速度以及加工产品的精度上升至更高层次，就必须要注重系统优劣情况。基于PLC设计数控机床电气控制系统时，需分析加工零件条件，了解系统功能，基于系统特点分析编辑程序。在明确 X轴和Y轴时，采取封闭式控制方式，所控制的内容包含有PLC控制系统、光栅尺、运动系统以及电机部分等，这种方式便于PLC所具数据处理能力、文件处理能力和人机交互能力正常发挥。其中运动控制器最为显著的优势就在于高速性以及稳定性，而光栅尺则可为程序提供更为精确且合理的信息，且经传感器的接入，进一步强化系统稳定性以及可靠性。传统控制卡实用性较小，应用时所接入的轴较少，而应用运动控制器，除了可增加接入轴数量以外，同时还可为系统今后升级打好基础，提供便利。第二，功能分析：就目前市场上现有的数控机床来看，其种类非常多，很多机床除了包含X轴和Y轴以外，还有相应的Z轴，工作期间，三轴能够联动，轴和轴间不仅能够同时运动，同时还可分开运动。为有效控制全闭合环，借助于X轴和Y轴运动轨迹定位工作台，以此提升加工精度。经控制变频器，可同步控制其他主轴电机。借助于X轴和Y轴实施限位双重保护，并限位Z轴下侧。为使数控机床加工效率得以提高，让主轴转速达至最高水平，需实时监测电机温度，同时配备冷却水泵，以此更好地保护机床温度。此外，为增强手动以及自动换刀有效性，根据系统操作要求对主轴配设机械换刀手以及刀库，利用机械手实施换刀工作，可自动测量刀具位置以及深度，使加工效率和质量得以提高，同时在检测期间若发现刀具存在断裂或者磨损现象，检测系统可发出警报或者提示，经系统指令完成手动换刀和自动换刀作业。
综上所述，随着科学技术发展速度的加快，数控机床中PLC逻辑处理能力也逐渐成熟，但是其作用依旧未充分发挥出来，对此，需设计一套与之相匹配且完整的系统，使该系统具备更好的兼容功能。在成本以及功能方面把PLC应用于数控机床电气控制系统，所具优势非常大。从目前国内数控机床生产以及使用情况来看，因科技水平不是很高，再加上制约生产工艺以及技术提高的因素还有很多，因此在今后数控机床电气控制系统的研究中，还需进一步对设计方法进行改进，以此进一步提高加工精度以及生产效率，保证生产的安全性以及可靠性。
参考文献
[1] 毕庆，袁清珂.数控多排钻PLC控制系统应用研究[J].机械设计与制造，2014，（5）：142-143，146.
[2] 张贺，郭桦，肖楠等.基于PLC的异型石材数控加工中心电气控制系统设计[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2010，06（4）：372-374.
[3] 张文有，王筱芳，穆颖等.浅析基于PLC的数控机床电气控制[J].甘肃科技，2012，28（8）：76-78.
[4] 刘乐平，高群群，李海东等.基于三菱E60S系统的高速高精数控车床电气控制的设计[J].组合机床与自动化加工技术，2013，（10）：73-75.
[5] 陆微，李爱淑.基于PLC的数控机床电气控制系统探析[J].科技创新导报，2014，（28）：72-72
[6] 刘德兵.普通车床数控化改造设计及教学应用——电气改造部分[J].制造技术与机床，2013，（9）：138-141.
[关键词]PLC；电气控制；工业生产；数控机场；系统
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0003-01
一、引言
伴随着科学技术水平的提高，关于数控机床控制系统方面的研究也随之增多，传统数控机床电气控制系统逐渐被可编程逻辑控制器（PLC）所代替。传统数控机床控制器主要是借助于接触器以及继电器予以控制，因技术存在缺陷造成控制器线路结构复杂，不仅容易引发故障，同时还会加大设备维护和检修的成本，久而久之这种传统接触器以及继电器控制机床的方法也被淘汰。基于PLC设计数控机床电气控制系统，无需经常对零件进行更换，只需修改有关参数以及代码就能实现工艺的转变，这种方法在节约成本的同时，还可减少由于工艺和零件的更换花费的时间，从此进一步提高生产加工效率，实现自动化和规范化。
二、数控机床电气控制系统结构分析
（一）基础结构分析
所谓数字控制技术就是指借助于数字化信息技术控制设备系统，由此可知数控机床就是借助于数字控制技术控制机床运动轨迹以及零件加工过程，数控机床在编码以及规定内符号的控制上所具逻辑处理能力非常强。其构成部分主要包含有机床主体、数据控制系统、电气控制单元以及执行系统。数控机床主体为机床重要构成部分，直接作用于零件，以实现零件的加工。电气控制系统由运动控制器、电源模块以及电机模块等构成，其中目前比较常见的电源模块分为两种，第一种为能把固定电流转化成为预定电流，同时和运动控制器能一同完成通信可调电流；第二种为不可转化电流，不可和运动控制器一同调电流。常见电动机模块为装机装柜型与书本型，其主要功能就是将经过的电流转变成为符合电动机运行需求的交流电。在数控机床中电气控制单元被认为是指挥中心，运动控制器作为电气控制系统重要构成部分，其主要作用为控制主体工作的工艺、运动以及逻辑，其运行的可靠性以及正常性直接关系着电气控制系统的运转。执行系统经电磁阀控制完成各种机械活动，提高工作效率，当对机床实施换刀时，刀具原本运动轨迹会发生改变，加工刀具时，会出现断裂或者磨损等现象，此时光纤传感器检测刀具，可确保加工质量。在数控机床中，其控制系统核心为软件对于程序的使用与分析。经输入信息读取，由工控机把正确信息传递至运动控制器，此时运动器则会按照所接收到的相关信息控制电动机模块，以此进一步控制数控机床工作区域。此外，光栅尺所检测到的关于加工区域信息，经传感器把信息转化成为一种标准的信号传递至运动控制器，经传感器检测把数控机床实时工作状态信息传递至电气控制系统，以便于正数控机床工作情况的了解。
（二）特殊结构分析
数控机床加工期间，因人员操作不合理或者机械磨损会引起一些安全事故的发生，为避免在操作期间对加工零件以及操作人员产生不必要的损失以及伤害，需紧急停止或超程处理。在紧急停止中，一般情况下，数控机床急停按钮不会接通，其开关接触点处在关闭状态中，当按下该按钮以后，其接触点会断开，此时系统中该按钮控制的相关回路继电器也会断开，且为移动设备提供动力的相关电源也会被切断。在超程处理中，一般情况下超程限位程序所处状态为松开，当数控机床开始运行的时候，按下某条轴超程限位开关，此时其接触点断开，同时超程限位所在控制回路上的继电器也会断电，并发出报警信号。
三、在PLC基础上设计数控机床电气控制系统
PLC所具抗干扰能力和可靠性均比较强，具备广泛通用性，其工作方法为循环扫描系统程序，经采集输入样本，分析程序，而后根据程序输出相应的控制指令。基于PLC设计数控机床电气控制系统，需注意以下两个方面的内容：第一，方式：影响数控机床系统运行的一个主要因素就是其控制方式，在加工过程中要想使机床运转速度以及加工产品的精度上升至更高层次，就必须要注重系统优劣情况。基于PLC设计数控机床电气控制系统时，需分析加工零件条件，了解系统功能，基于系统特点分析编辑程序。在明确 X轴和Y轴时，采取封闭式控制方式，所控制的内容包含有PLC控制系统、光栅尺、运动系统以及电机部分等，这种方式便于PLC所具数据处理能力、文件处理能力和人机交互能力正常发挥。其中运动控制器最为显著的优势就在于高速性以及稳定性，而光栅尺则可为程序提供更为精确且合理的信息，且经传感器的接入，进一步强化系统稳定性以及可靠性。传统控制卡实用性较小，应用时所接入的轴较少，而应用运动控制器，除了可增加接入轴数量以外，同时还可为系统今后升级打好基础，提供便利。第二，功能分析：就目前市场上现有的数控机床来看，其种类非常多，很多机床除了包含X轴和Y轴以外，还有相应的Z轴，工作期间，三轴能够联动，轴和轴间不仅能够同时运动，同时还可分开运动。为有效控制全闭合环，借助于X轴和Y轴运动轨迹定位工作台，以此提升加工精度。经控制变频器，可同步控制其他主轴电机。借助于X轴和Y轴实施限位双重保护，并限位Z轴下侧。为使数控机床加工效率得以提高，让主轴转速达至最高水平，需实时监测电机温度，同时配备冷却水泵，以此更好地保护机床温度。此外，为增强手动以及自动换刀有效性，根据系统操作要求对主轴配设机械换刀手以及刀库，利用机械手实施换刀工作，可自动测量刀具位置以及深度，使加工效率和质量得以提高，同时在检测期间若发现刀具存在断裂或者磨损现象，检测系统可发出警报或者提示，经系统指令完成手动换刀和自动换刀作业。
综上所述，随着科学技术发展速度的加快，数控机床中PLC逻辑处理能力也逐渐成熟，但是其作用依旧未充分发挥出来，对此，需设计一套与之相匹配且完整的系统，使该系统具备更好的兼容功能。在成本以及功能方面把PLC应用于数控机床电气控制系统，所具优势非常大。从目前国内数控机床生产以及使用情况来看，因科技水平不是很高，再加上制约生产工艺以及技术提高的因素还有很多，因此在今后数控机床电气控制系统的研究中，还需进一步对设计方法进行改进，以此进一步提高加工精度以及生产效率，保证生产的安全性以及可靠性。
参考文献
[1] 毕庆，袁清珂.数控多排钻PLC控制系统应用研究[J].机械设计与制造，2014，（5）：142-143，146.
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[3] 张文有，王筱芳，穆颖等.浅析基于PLC的数控机床电气控制[J].甘肃科技，2012，28（8）：76-78.
[4] 刘乐平，高群群，李海东等.基于三菱E60S系统的高速高精数控车床电气控制的设计[J].组合机床与自动化加工技术，2013，（10）：73-75.
[5] 陆微，李爱淑.基于PLC的数控机床电气控制系统探析[J].科技创新导报，2014，（28）：72-72
[6] 刘德兵.普通车床数控化改造设计及教学应用——电气改造部分[J].制造技术与机床，2013，（9）：138-141.