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数控机床电气控制系统的PLC设计
数控机床电气控制系统的PLC设计
摘要：数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合国力的水平，近年来，PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。本文介绍某数控机床电气控制系统的PLC设计的具体步骤及方法。
关键词：电气系统 数控机床 PLC
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：
随着PLC（可编程控制器）技术的发 展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。在机床的实际设计和生产过程中，为了提高数控机床加工的精度，对其定位控制装置的选择就显得尤为重要。PLC是一种专门为工业运用而设计出来的计算机，目前已经被运用到数控机床这一工业领域之中。PLC在控制的性能和硬件成本等诸多方面所展现出的种种优势均为其他种类的工业控制产品所无法进行比拟的。所以，可编程控制器技术在工业自动化在数控机床中的运用正在变得愈来愈多。 1、数控车床电气控制电路分析 1.1工作原理及功能
数控车床根据被加工零件工作图与工艺过程卡，用规定的数控代码和程序格式编写加工程序，将正确的加工程序输入数控系统，数控系统将给定的加工程序和输入的信号，进行运算和控制处理，然后将处理的结果送往控制系统，驱动机床的各运动部件有序地按机械加工要求运行，自动地制造出合格的零件。数控车床是用来加工轴类或盘类的回转体零件，自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，广泛应用于机械制造业。改造后的车床应该满
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足上述功能。
1.2电气控制电路的分析 1.2.1主轴电机电气控制
主轴电动机M3是一台交流变频电动机，由变频器驱动，正转、反转及速度控制也是由数控系统进行控制。 1.2.2主轴控制
来自零件程序的输入信号有：M03、M04、M05。 来自机床操作面板有主轴正转、反转、点动、停止。 输出信号：主轴正转Q0.0；主轴反转Q0.1；主轴停止Q0.2。 1.2.3其他辅助电机控制
数控车床辅助电机主要有刀架电机、冷却泵电机、润滑泵电机，各辅助电机的控制简述如下： （1）冷却泵电动机控制：
来自零件程序输入信号有：MO8、MO9；来自机床操作面板，冷却起停键；冷却控制输出信号：Q0.3；手动控制-按纽；自动控制-数控指令M代码。
（2）润滑泵电动机控制：
输入信号：来自机床参数设置导轨润滑间隔；来自机床控制面板导轨润滑键；输出信号润滑控制Q06；手动控制-按钮；自动控制-机床参数设定。
（3）刀架电动机控制：
输入信号：I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6来自刀位检测信号 来自零件程序T代码有I1.0：T1；I1.1：T2；I1.2 T3；I1.3：T4；
来自机床控制面板手动换刀键。
输出信号：刀架正转Q0.4；刀架反转Q0.5。手动控制―按钮：数控系统→KM1→KM2→刀架电动机M3。自动控制―数控指令T代码：数控系统→KM1→KM2→刀架电动机M3。 2、电气系统设计
2.1强电电气控制柜的设计 2.1.1控制电路及组成
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（1）控制电路：1）交流380V电源通过漏电保护总开关QS和空气开关QF1供主轴变频器使用。2）交流380V电源通过变压器转换成交流220V电源通过空气开关QF2、供给伺服放大器作电源用。3）交流380V电源通过变压器转换成交流220V电源通过U41、W41经开关电源供直流24V给系统供电用。4）交流380V电源通过空气开关QF3，接触器KM1、KM2使刀架正转（换位）、反转。
（2）电路组成：380V电源经开关QS后接入各电源回路中，开关QS后有4个空气开关（QF1、QF2、QF3、QF4）、3个接触器（KM1、KM2、KM3）、1个DC24/5A开关电源、1个2.2KW变压器等组成。所有强电都安装在电控柜内。 2.1.2电源输出
（1）I/O接口模块直流24V接线柱已与外部相连。如发现电压不稳，立急断电，查明原因并解决后才能上电，直流24V开关电源容量为直流24V/5A，数控系统需3A，外部电源可提供2A容量供用户使用。（2）电源输出模块有一电源钥匙开关，其开关是为强电的控制回路供电。
2.2电气控制电路的设计
数控系统由隔离变压器提供AC220V电源，以避免电网扰动对系统的干扰。X轴和Z轴的驱动装置由机床变压器提供AC220V电源。采用两个开关稳压电源分别提供I/O+24V和中间继电器+24V，以避免干扰对I/O信号的影响。整个系统的电源配置必须接地可良好，因为接地的好坏直接影响到系统的抗干扰性和安全性。 2.2.1主电路设计
数控车床主电路包括主轴控制电路、刀架电机控制电路、冷却电机控制电路和伺服驱动组成。如图1所示为数控车床电气控制中的380V强电回路图。
QS为电源总开关，QF1、QF3、QF4、QF2分别为主轴控制、刀架控制、冷却控制、伺服驱动空气开关为电路的短路保护。TC1为控制变压器，初级为AC380V，次级为AC220V。
主轴控制电动机M1，由变频器控制主轴的转速；刀架电动机M3由接触器KM1/KM2来控制正反转；冷却控制电动机M2由接触器KM3