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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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[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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