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摘 要：数控机床在解决复杂、精密的零件加工问题上起到了重要的作用，它是典型的机电一体化系统。基于PLC的数控机床控制系统是数控技术发展的必然结果。PLC数控机床在应用中有很多的优点，比如这个系统采用的是工件自动夹紧、断刀检测、机械手自动换刀等，这些功能提高了生产率，实现了数控机床的自动化。
关键词：数控机床;电气控制;研究策略
中图分类号：TG659 文献标识码：A
将PCB板进行一定的加工就会制成PCB数控钻床，它的核心就是对孔进行平面定位来控制微孔加工钻床。这种PCB数控钻床有两种执行方式：第一种是通过直线电机直接带动工作台运动;第二种稍复杂点的是通过伺服电机或者步进电机和滚珠丝杠作为执行部件。现在大多数的新的电气控制系统对各部分的选型都充分考虑了个部分之间接口的兼容性，这样的设计能更加高效的完成工作。
一、数控机床的概述
数控机床主要是由机械部分、硬件电路和上下位机软件三部分组成的。数控装置是机床本体的核心部分，其数控系统主要是对数字控制方式的应用。
基于PLC的数控机床分为两类，一个是内装型的PLC，它从属于CNC装置，这样的设计主要是为了实现数控机床顺序控制。第二种是独立于CNC装置的PLC，它的软硬件功能都比较完备，数控机床或其他顺序的控制领域都能满足，相比较而言，这一种更通用一些。
二、数控机床电气控制系统
PLC数控机床电气系统是一个全闭环控制系统，主要是由电机、变频器、光栅尺组成的，电气系统最大的优点就是提高控制精度。
（一）电气控制系统组成
控制系统的组成部分有工控机、SIMOTION、电源模块、电机模块、光栅尺、变频器、传感器等。
1.电源模块
一般变频器是先把一定频率的交流电变为直流电，再通过逆变器把直流电变为制定频率的交流电。电源模块分为可调和不可调两种。可调电源模块，是可以根据参数把它转化出来的直流电稳定到一个制定的可变值，并且具有与SIMOTION通信的功能;不可调的电源模块只能输出一个固定的直流电压，而且不能与SIMOTION通信。
2.电机模块
电机模块主要是把直流电逆变为指定频率的交流电，供电机使用。电机模块也有两种类型：装机装柜型和书本型【2】。书本型又有单轴和双轴两种形式。
3.SIMOTION运动控制器
SIMOTION是整个控制系统的核心部分，它的运行速度和可靠性对整个系统有着决定性的影响。它主要由三个功能：运动控制、逻辑控制和工艺控制。
（二）电气系统的硬件部分
硬件部分的设计也是电气系统不可忽略的部分，尤其是机械手自动换刀、断刀检测、深度检测等硬件的设计。
1.机械手自动换刀
机械手换刀有两个自由度，对提高数控机床的工作效率起到了很大的作用，主要是通过控制电磁阀的开关实现伸出机械臂以及刀具夹紧，从而实现机械手伸出、收回、夹紧、松开刀具的过程，也就实现了自动换刀。
2.断刀检测
断刀检测主要是一个OC门的光纤传感器，OC门的三根接入线直接接到24V的电源上，这样信号线和24V电阻就构成了一个电平输出。
在加工过程中可能刀具会受到磨损甚至是断裂，为了保证加工质量，必须检测刀具是否正常，如果刀具受到磨损了，机床能够保证自动换刀并通知上机位。断刀检测主要是通过光纤传感器检测的。
3.深度检测
由于换刀时主轴的夹紧位置是由机械手或者人把刀具插入深度决定的，所以需要用深度检测器来检测刀的深度。
（三）基于PLC数控机床电气控制的研究策略
数控机床电气控制的方式是决定控制系统成败的关键因素，所以研究PLC数控机床，电气控制是关键。如上图所示，我们设计了电气控制系统的总体方案原理图。
整个系统最重要的就是软件的设计，软件设计也是硬件结构的核心。运行在SIMOTION的软件就是下位机软件，上位机接收数据并控制执行部件工作以及检测机床状态的任务主要是由它完成的。当轴组装好以后就可以通过程序进行操作了。而SIMOTION的内部程序是由操作系统调用的。
我们可以看出，工控机主要是读取文件信息，然后把数据传递给SIMOTION，SIMOTION收到数据便会控制电机模块驱动电机，从而带动工作台进行位置控制;与此同时光栅尺就能检测到工作台的信息，在传递给SIMOTION，这样就可以对工作台进行位置调整。但是光栅尺的信号是不能被SIMOTION直接识别的，所以传感器必须先把光栅尺的信号转化为标准的信号，在传递给SIMOTION才能实现整个过程。最后工作台的工作状态再通过多个传感器（断刀检测器、深度检测器）检测到并传入系统。需要注意的是，传感器的信号也必须先经过ET200到达SIMOTION中进行信号处理，才能被传入系统。
三、数控机床故障分析
为了预防或避免数控机床加工过程中对操作人员、机床及加工工件造成伤害，通常需要对急停和超程进行处理。
下图为急停和超程保护硬件控制处理图，是HNC-21数控系机床的急停和超程保护硬件控制回路。在正常情况下，急停按钮是断开的，它的触点是处于常闭状态的。当急停按钮按下后，其触点便会断开，这时系统的急停回路所控制的中间继电器（KA）就会断开，移动装置（如进给轴电机、主轴电机、刀库/架电机等）动力电源就会被切断。同时，连接在PLC输入端的中间继电器（KA）的一组常开触点所控制的PLC输入信号（例如：X2.4）向系统发出急停报警。此信号在打开急停按钮时则作为系统的复位信号。在正常情况下，超程限位开关处于松开状态。若用户操作机床，不慎将某轴的超程限位开关压下，其常闭触点断开，使控制回路中的中间继电器（KA）断电，中间继电器（KA）的一组常开触点（例如：X2.4）通过PLC输入端向系统发出急停报警信号，同时，超程限位开关连接在PLC输入端的常开触点（例如：上图中的X0.0、X0.1）闭合，向系统发出超程报警信息。
参考文献：
[1] 齐宁宁，丁国富.基于PLC的车床电气控制系统设计[J]. 机械，2006（03）14-16.
[2] 文广，马宏伟.数控技术的现状及发展趋势[J]. 机械工程师，2003（01）22-21.
关键词：数控机床;电气控制;研究策略
中图分类号：TG659 文献标识码：A
将PCB板进行一定的加工就会制成PCB数控钻床，它的核心就是对孔进行平面定位来控制微孔加工钻床。这种PCB数控钻床有两种执行方式：第一种是通过直线电机直接带动工作台运动;第二种稍复杂点的是通过伺服电机或者步进电机和滚珠丝杠作为执行部件。现在大多数的新的电气控制系统对各部分的选型都充分考虑了个部分之间接口的兼容性，这样的设计能更加高效的完成工作。
一、数控机床的概述
数控机床主要是由机械部分、硬件电路和上下位机软件三部分组成的。数控装置是机床本体的核心部分，其数控系统主要是对数字控制方式的应用。
基于PLC的数控机床分为两类，一个是内装型的PLC，它从属于CNC装置，这样的设计主要是为了实现数控机床顺序控制。第二种是独立于CNC装置的PLC，它的软硬件功能都比较完备，数控机床或其他顺序的控制领域都能满足，相比较而言，这一种更通用一些。
二、数控机床电气控制系统
PLC数控机床电气系统是一个全闭环控制系统，主要是由电机、变频器、光栅尺组成的，电气系统最大的优点就是提高控制精度。
（一）电气控制系统组成
控制系统的组成部分有工控机、SIMOTION、电源模块、电机模块、光栅尺、变频器、传感器等。
1.电源模块
一般变频器是先把一定频率的交流电变为直流电，再通过逆变器把直流电变为制定频率的交流电。电源模块分为可调和不可调两种。可调电源模块，是可以根据参数把它转化出来的直流电稳定到一个制定的可变值，并且具有与SIMOTION通信的功能;不可调的电源模块只能输出一个固定的直流电压，而且不能与SIMOTION通信。
2.电机模块
电机模块主要是把直流电逆变为指定频率的交流电，供电机使用。电机模块也有两种类型：装机装柜型和书本型【2】。书本型又有单轴和双轴两种形式。
3.SIMOTION运动控制器
SIMOTION是整个控制系统的核心部分，它的运行速度和可靠性对整个系统有着决定性的影响。它主要由三个功能：运动控制、逻辑控制和工艺控制。
（二）电气系统的硬件部分
硬件部分的设计也是电气系统不可忽略的部分，尤其是机械手自动换刀、断刀检测、深度检测等硬件的设计。
1.机械手自动换刀
机械手换刀有两个自由度，对提高数控机床的工作效率起到了很大的作用，主要是通过控制电磁阀的开关实现伸出机械臂以及刀具夹紧，从而实现机械手伸出、收回、夹紧、松开刀具的过程，也就实现了自动换刀。
2.断刀检测
断刀检测主要是一个OC门的光纤传感器，OC门的三根接入线直接接到24V的电源上，这样信号线和24V电阻就构成了一个电平输出。
在加工过程中可能刀具会受到磨损甚至是断裂，为了保证加工质量，必须检测刀具是否正常，如果刀具受到磨损了，机床能够保证自动换刀并通知上机位。断刀检测主要是通过光纤传感器检测的。
3.深度检测
由于换刀时主轴的夹紧位置是由机械手或者人把刀具插入深度决定的，所以需要用深度检测器来检测刀的深度。
（三）基于PLC数控机床电气控制的研究策略
数控机床电气控制的方式是决定控制系统成败的关键因素，所以研究PLC数控机床，电气控制是关键。如上图所示，我们设计了电气控制系统的总体方案原理图。
整个系统最重要的就是软件的设计，软件设计也是硬件结构的核心。运行在SIMOTION的软件就是下位机软件，上位机接收数据并控制执行部件工作以及检测机床状态的任务主要是由它完成的。当轴组装好以后就可以通过程序进行操作了。而SIMOTION的内部程序是由操作系统调用的。
我们可以看出，工控机主要是读取文件信息，然后把数据传递给SIMOTION，SIMOTION收到数据便会控制电机模块驱动电机，从而带动工作台进行位置控制;与此同时光栅尺就能检测到工作台的信息，在传递给SIMOTION，这样就可以对工作台进行位置调整。但是光栅尺的信号是不能被SIMOTION直接识别的，所以传感器必须先把光栅尺的信号转化为标准的信号，在传递给SIMOTION才能实现整个过程。最后工作台的工作状态再通过多个传感器（断刀检测器、深度检测器）检测到并传入系统。需要注意的是，传感器的信号也必须先经过ET200到达SIMOTION中进行信号处理，才能被传入系统。
三、数控机床故障分析
为了预防或避免数控机床加工过程中对操作人员、机床及加工工件造成伤害，通常需要对急停和超程进行处理。
下图为急停和超程保护硬件控制处理图，是HNC-21数控系机床的急停和超程保护硬件控制回路。在正常情况下，急停按钮是断开的，它的触点是处于常闭状态的。当急停按钮按下后，其触点便会断开，这时系统的急停回路所控制的中间继电器（KA）就会断开，移动装置（如进给轴电机、主轴电机、刀库/架电机等）动力电源就会被切断。同时，连接在PLC输入端的中间继电器（KA）的一组常开触点所控制的PLC输入信号（例如：X2.4）向系统发出急停报警。此信号在打开急停按钮时则作为系统的复位信号。在正常情况下，超程限位开关处于松开状态。若用户操作机床，不慎将某轴的超程限位开关压下，其常闭触点断开，使控制回路中的中间继电器（KA）断电，中间继电器（KA）的一组常开触点（例如：X2.4）通过PLC输入端向系统发出急停报警信号，同时，超程限位开关连接在PLC输入端的常开触点（例如：上图中的X0.0、X0.1）闭合，向系统发出超程报警信息。
参考文献：
[1] 齐宁宁，丁国富.基于PLC的车床电气控制系统设计[J]. 机械，2006（03）14-16.
[2] 文广，马宏伟.数控技术的现状及发展趋势[J]. 机械工程师，2003（01）22-21.