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摘 要：数控机床属于现代制造工业的核心内容，其核心内容就是数控系统，数控系统的性能质量就为数控机床电气控制系统。简单来说，数控机床电气控制系统的质量与控制系统性能具有密切的联系。随着现代科学技术的发展，工程制造过程中的工业机械设备尤为重要，利用PLC数控计数实现设备程序的操作控制，能够有效提高工作效率及产品质量。基于此，本文就介绍基于PLC的数控机床电气自动化控制系统的设计。
关键词：PLC；数控机床；电气自动化；控制系统
在科学技术不断发展及进步的过程中，有效促进了工业制造业技术的创新。计算机数字化程序控制也逐渐替代了传统机床控制模式，其能够使工业生产效率得到进一步的提高，并且还能够使劳动力得到进一步的降低，以此使控制技术能够更加的完善及精准，表现出了较大的技术优势。PLC控制技术也就是可编辑逻辑控制器，系统较为稳定，不需要传统控制器中的零部件替换，只要对相关参数进行改变，就能够改变不同工艺。其中的一套设备能够有效控制多个工艺，并且还能够控制多个生产环节，有效节约大量人力及物力，使生产效率得到进一步的提高，还能够提高企业的核心竞争力，使产品生产成本得到降低。
一、数控机床电气自动化控制系统的总体结构
图1为数控机床电气自动化控制系统的总体结构，使用ARM作为CNC的主控系统，将DSP作为伺服驱动及 运动控制器核心内容，将PLC作为电子辅助系统控制的核心内容。
本文所设计的主控机床电气自动化控制系统能够有效实现以下控制：
其一，主控控制功能。控制系統能够对主轴电机开启、停止、调速、变速等控制，需要主轴的转速更加平稳，促进响应的速度，扩大了低速扭矩，提高了过载能力；
其二，辅助控制。能够控制冷却泵电机、自动对刀、液压泵、风扇电机、润滑电机等；
其三，进给轴控制。其中的X、Y和Z轴分别对伺服电机伺服，并且还要控制各个轴的转角及实现速度。其对进度的要求为：定位精度±0.001mm；重复定位精度±0.005mm；其对于快速的要求为具有良好的加减速及跟随性，并且要求具备顺畅的三轴联动，要求其平均每秒的加工精度达到每分钟20cm。对于稳定性的要求为具有较小的稳定性及较强的抗干扰能力。
其四，机床状态信号灯的控制。
其五，系统紧急暂停和工作台的限位保护。
其中具体控制模块设计会在之后章节中详细描述，以上控制都是通过CAN数控装置实现，可编程序控制器和继电器控制电路相互协同配合并且共同实现。
二、数控机床电气自动化控制系统的硬件结构
数控机床电气自动化控制系统硬件电路主要包括控制电路和主电路，其中主电路主要包括工作台电动机、液压泵电动机、垂直刀架进给电动机、横梁升降电动机、侧刀架进给电动机等，主电路控制元件主要包括熔断器、交流接触器、热继电器、刀开关等元件。本文所设计的系统使用C5115立式车床信号，此系统具备工作台升降及交叉弛豫的控制，还具备液压泵电机启动及转速与润滑系统。所以就需要使用PLC编程对主轴工作台停止和开启、变速、点动及刀架运动进行控制，以此有效实现数控机床的加工。
（一）数控机床电气自动化控制的结构
其一，断刀检测。断刀检测一般使用OC形式，根据光纤传感器，其中的OC门接入线能够与电源电弧连接，传感器一根光纤输出红外线，另外一根光纤实现空外线的接收，从而精准的判断刀具。
其二，机械手换刀。机械手中具有两个自由度，其是启动型。向上伸展机械臂和刀具夹紧能够对机械手的气缸进气动作进行有效的控制，其主要是通过电磁阀进行控制实现。通过SIMOTIOND控制机械手伸展的长度，机械手运动活塞具有磁性，能够保证刀具精准的到刀库中惠州。气缸外壁具备磁性感应装置，机械手伸展到相应位置中，能够对开关的接通进行有效感应，在SIMOTIOND接受信号以后就会关闭机械手进气路，从而实现机械手限位。
（二）数控机床电气自动化控制的电路
1.主电路
主电路能够有效控制车床的工作系统电路，并且其中的电路适用性及车床工作过程中的正常性具有密切的关系，所以本文在设计稿欧测焊工女职工会对电路完整性及实用性进行考虑。
2.控制电路
以车床电路的总体设计为基础，在PLC系统中要实现刀具、能耗制动及启动电路等设备的设计，具体为：
其一，能耗制动。在实现能量制动设备设计的时候要合理的规划电路结构，在本设计过程中能耗控制电路使用主接触器、热继电器、能耗制动接触器、电动机等电子器件，此器件利用以下电路实现连接，从而有效控制能耗制动电路。动态制动是通过油藏转子使容量损失得到降低，以此制动电流，但是要求整流电流。能耗控制电路，首先实现SB2的连接，KM1主接触器线圈就会通电，从而主电路就会连通，以此使电机开始工作。在电动机停止控制的时候，SB2就会断开，主接触器线圈就会断电，从而切断主电路，而且能耗制动接触器就会开始工作，此时的电动机就是能耗制动，然后电动机的速度得到降低，在对延迟设置以后停止电机，然后KM2与KT就会释放，然后断开电源能耗制动电路，电动机能耗制动的过程就结束。
其二，启动电路。启动电路控制属于启动控制中的低压启动控制，在本文所设计的过程中要求有效控制电压与电流，使用电动电流指示的连接方式，此种方式结构较为简单，并且价格较为优惠。为了能够有效选择工作电路器件，在本系统设计过程中使用的设备包括星型接触器、接触器、熔丝、隔离开关等。
三、数控机床电气自动化控制系统的模块设计
（一）电气控制单元
电气控制单元属于数控系统核心模块，其利用分析及使用编辑之后的软件程序从而有效控制机床，此方面也是机床工作控制的枢纽。此系统运动控制器属于控制单元中的主要部分，其能够利用对传感器指令信号进行接收，之后将其转换成为电信号。其能够实现逻辑控制及机床控制，并且还能够有效控制加工时长、机床运行及零件加工规格等，也是机床是否能够正常运行的主要部分。 （二）电气控制执行单元
电气控制系统主要是利用电磁阀控制机床，比如机械加工的时候不可避免导致刀具出现损坏及磨损的情况，利用控制电磁阀，就能够有效检测刀具并且更换。利用电磁阀开关能够夹紧或者松弛机械手或者刀具，从而实现换刀，从而使机床工作效率得到进一步的提高，此比人工换刀的速度要快，尤其换刀精准性，而且还能够实现数据检测。在出现刀具磨损及角度问题的时候，就会对中枢控制系统进行反馈，控制单元也能够实现电磁控制，从而使机械手更换并且调整刀具及角度。此种方式能够实现加工过程中的实时检测，从而能够对产品质量及工作效率得到提高，以此能够使不同批次产品的质量及规格得到统一，并且使残次品产出率得到降低。
（三）PLC模块的设计
PLC一般实现设备自动控制，其主要工作原理是以循环扫描工作方式为基础，其工作过程主要包括输入采样、输出刷新及程序执行。PLC在数控机床中主要是在机床外围使用，辅助电气控制。在本文所设计的数控电气自动化控制系统中，PLC模块的主要目的就是控制机床辅助设备，比如润滑、冷却、照明、自动对刀及换刀等系统。
1.PLC总体外部接线
本文所设计的辅助电气控制系统润滑系统包括两个输入及输出，冷却系统相同。
2.润滑和冷却控制系统
因为本文所研究的系统润滑与冷却电气控制设计相同，所以共同讨论。机床润滑及冷却系统在设计过程中的保养及调试能够使机床加工精度得到提高，还能够使机床使用寿命进行延长。但是基于润滑和冷却系统电气控制中还是存在部分问题，比如监控、补给时间单一会导致出现浪费。那么设计过程中就要完善此系统，以此能够对系统工作情况进行时刻的监控，从而保证机床机械部位能够有效润滑和冷却，并且能够以机床工作状态为基础实现供油调整，时间循环。润滑和冷却系统电气控制原理主要包括电机控制与PLC控制。
图2为润滑冷却自动控制的流程，在系统准备之后CNC就会发送信号，从而润滑系统工作，第一次润滑时间为15s，电机就会停止工作。在接通压力开关的时候就会开始计时，半个小时之后压力开关就会断开，润滑冷却电机就会工作15s，并且设置X7为润滑电机过载，X9为润滑油不足，在此信号有效的时候，系统就会出现报警信号。
3.照明和信号灯系统
本文所设计的数控机床要求在开机时候立刻打开，而且控制柜中的照明系统在控制柜打开的时候就会开启，电柜箱门关上的时候就会关闭。信号指示灯在开机的时候就会黄灯，系统在紧急停止的时候或报警的时候就会红灯，系统工作正常的时候会就绿灯。
四、结束语
数控设备已经广泛应用到国内工业生产中，但是目前其工艺水平还需要进一步的提高，从而促进生产加工工艺的提高。根据PLC实现数控机床电气自动化控制系统的设计不需要更换零件，利用代码与参数的调整和修改就能够转换不同工艺，所以其能够使生产成本得到进一步的降低，降低零件更换的时间，从而有效提高机床自动化控制的能力。
参考文献：
[1]张善耕.基于PLC的数控机床电气自动化控制的设计[J].自动化应用，2017（7）：84-85.
[2]蔡明学.基于三菱PLC的数控机床控制系统设计[J].智慧工厂，2017（3）：74-76.
[3]周国平.PLC在数控机床電气设计中的应用[J].建筑工程技术与设计，2016（11）.
[4]许晓东，雷福祥，王伟，等.基于PLC的数控机床电气控制系统研究[J].农业科技与装备，2016（10）：26-28.
作者简介：沈哲（1988—），男，汉族，天津人，硕士，助教，主要研究方向：数控制造类。
关键词：PLC；数控机床；电气自动化；控制系统
在科学技术不断发展及进步的过程中，有效促进了工业制造业技术的创新。计算机数字化程序控制也逐渐替代了传统机床控制模式，其能够使工业生产效率得到进一步的提高，并且还能够使劳动力得到进一步的降低，以此使控制技术能够更加的完善及精准，表现出了较大的技术优势。PLC控制技术也就是可编辑逻辑控制器，系统较为稳定，不需要传统控制器中的零部件替换，只要对相关参数进行改变，就能够改变不同工艺。其中的一套设备能够有效控制多个工艺，并且还能够控制多个生产环节，有效节约大量人力及物力，使生产效率得到进一步的提高，还能够提高企业的核心竞争力，使产品生产成本得到降低。
一、数控机床电气自动化控制系统的总体结构
图1为数控机床电气自动化控制系统的总体结构，使用ARM作为CNC的主控系统，将DSP作为伺服驱动及 运动控制器核心内容，将PLC作为电子辅助系统控制的核心内容。
本文所设计的主控机床电气自动化控制系统能够有效实现以下控制：
其一，主控控制功能。控制系統能够对主轴电机开启、停止、调速、变速等控制，需要主轴的转速更加平稳，促进响应的速度，扩大了低速扭矩，提高了过载能力；
其二，辅助控制。能够控制冷却泵电机、自动对刀、液压泵、风扇电机、润滑电机等；
其三，进给轴控制。其中的X、Y和Z轴分别对伺服电机伺服，并且还要控制各个轴的转角及实现速度。其对进度的要求为：定位精度±0.001mm；重复定位精度±0.005mm；其对于快速的要求为具有良好的加减速及跟随性，并且要求具备顺畅的三轴联动，要求其平均每秒的加工精度达到每分钟20cm。对于稳定性的要求为具有较小的稳定性及较强的抗干扰能力。
其四，机床状态信号灯的控制。
其五，系统紧急暂停和工作台的限位保护。
其中具体控制模块设计会在之后章节中详细描述，以上控制都是通过CAN数控装置实现，可编程序控制器和继电器控制电路相互协同配合并且共同实现。
二、数控机床电气自动化控制系统的硬件结构
数控机床电气自动化控制系统硬件电路主要包括控制电路和主电路，其中主电路主要包括工作台电动机、液压泵电动机、垂直刀架进给电动机、横梁升降电动机、侧刀架进给电动机等，主电路控制元件主要包括熔断器、交流接触器、热继电器、刀开关等元件。本文所设计的系统使用C5115立式车床信号，此系统具备工作台升降及交叉弛豫的控制，还具备液压泵电机启动及转速与润滑系统。所以就需要使用PLC编程对主轴工作台停止和开启、变速、点动及刀架运动进行控制，以此有效实现数控机床的加工。
（一）数控机床电气自动化控制的结构
其一，断刀检测。断刀检测一般使用OC形式，根据光纤传感器，其中的OC门接入线能够与电源电弧连接，传感器一根光纤输出红外线，另外一根光纤实现空外线的接收，从而精准的判断刀具。
其二，机械手换刀。机械手中具有两个自由度，其是启动型。向上伸展机械臂和刀具夹紧能够对机械手的气缸进气动作进行有效的控制，其主要是通过电磁阀进行控制实现。通过SIMOTIOND控制机械手伸展的长度，机械手运动活塞具有磁性，能够保证刀具精准的到刀库中惠州。气缸外壁具备磁性感应装置，机械手伸展到相应位置中，能够对开关的接通进行有效感应，在SIMOTIOND接受信号以后就会关闭机械手进气路，从而实现机械手限位。
（二）数控机床电气自动化控制的电路
1.主电路
主电路能够有效控制车床的工作系统电路，并且其中的电路适用性及车床工作过程中的正常性具有密切的关系，所以本文在设计稿欧测焊工女职工会对电路完整性及实用性进行考虑。
2.控制电路
以车床电路的总体设计为基础，在PLC系统中要实现刀具、能耗制动及启动电路等设备的设计，具体为：
其一，能耗制动。在实现能量制动设备设计的时候要合理的规划电路结构，在本设计过程中能耗控制电路使用主接触器、热继电器、能耗制动接触器、电动机等电子器件，此器件利用以下电路实现连接，从而有效控制能耗制动电路。动态制动是通过油藏转子使容量损失得到降低，以此制动电流，但是要求整流电流。能耗控制电路，首先实现SB2的连接，KM1主接触器线圈就会通电，从而主电路就会连通，以此使电机开始工作。在电动机停止控制的时候，SB2就会断开，主接触器线圈就会断电，从而切断主电路，而且能耗制动接触器就会开始工作，此时的电动机就是能耗制动，然后电动机的速度得到降低，在对延迟设置以后停止电机，然后KM2与KT就会释放，然后断开电源能耗制动电路，电动机能耗制动的过程就结束。
其二，启动电路。启动电路控制属于启动控制中的低压启动控制，在本文所设计的过程中要求有效控制电压与电流，使用电动电流指示的连接方式，此种方式结构较为简单，并且价格较为优惠。为了能够有效选择工作电路器件，在本系统设计过程中使用的设备包括星型接触器、接触器、熔丝、隔离开关等。
三、数控机床电气自动化控制系统的模块设计
（一）电气控制单元
电气控制单元属于数控系统核心模块，其利用分析及使用编辑之后的软件程序从而有效控制机床，此方面也是机床工作控制的枢纽。此系统运动控制器属于控制单元中的主要部分，其能够利用对传感器指令信号进行接收，之后将其转换成为电信号。其能够实现逻辑控制及机床控制，并且还能够有效控制加工时长、机床运行及零件加工规格等，也是机床是否能够正常运行的主要部分。 （二）电气控制执行单元
电气控制系统主要是利用电磁阀控制机床，比如机械加工的时候不可避免导致刀具出现损坏及磨损的情况，利用控制电磁阀，就能够有效检测刀具并且更换。利用电磁阀开关能够夹紧或者松弛机械手或者刀具，从而实现换刀，从而使机床工作效率得到进一步的提高，此比人工换刀的速度要快，尤其换刀精准性，而且还能够实现数据检测。在出现刀具磨损及角度问题的时候，就会对中枢控制系统进行反馈，控制单元也能够实现电磁控制，从而使机械手更换并且调整刀具及角度。此种方式能够实现加工过程中的实时检测，从而能够对产品质量及工作效率得到提高，以此能够使不同批次产品的质量及规格得到统一，并且使残次品产出率得到降低。
（三）PLC模块的设计
PLC一般实现设备自动控制，其主要工作原理是以循环扫描工作方式为基础，其工作过程主要包括输入采样、输出刷新及程序执行。PLC在数控机床中主要是在机床外围使用，辅助电气控制。在本文所设计的数控电气自动化控制系统中，PLC模块的主要目的就是控制机床辅助设备，比如润滑、冷却、照明、自动对刀及换刀等系统。
1.PLC总体外部接线
本文所设计的辅助电气控制系统润滑系统包括两个输入及输出，冷却系统相同。
2.润滑和冷却控制系统
因为本文所研究的系统润滑与冷却电气控制设计相同，所以共同讨论。机床润滑及冷却系统在设计过程中的保养及调试能够使机床加工精度得到提高，还能够使机床使用寿命进行延长。但是基于润滑和冷却系统电气控制中还是存在部分问题，比如监控、补给时间单一会导致出现浪费。那么设计过程中就要完善此系统，以此能够对系统工作情况进行时刻的监控，从而保证机床机械部位能够有效润滑和冷却，并且能够以机床工作状态为基础实现供油调整，时间循环。润滑和冷却系统电气控制原理主要包括电机控制与PLC控制。
图2为润滑冷却自动控制的流程，在系统准备之后CNC就会发送信号，从而润滑系统工作，第一次润滑时间为15s，电机就会停止工作。在接通压力开关的时候就会开始计时，半个小时之后压力开关就会断开，润滑冷却电机就会工作15s，并且设置X7为润滑电机过载，X9为润滑油不足，在此信号有效的时候，系统就会出现报警信号。
3.照明和信号灯系统
本文所设计的数控机床要求在开机时候立刻打开，而且控制柜中的照明系统在控制柜打开的时候就会开启，电柜箱门关上的时候就会关闭。信号指示灯在开机的时候就会黄灯，系统在紧急停止的时候或报警的时候就会红灯，系统工作正常的时候会就绿灯。
四、结束语
数控设备已经广泛应用到国内工业生产中，但是目前其工艺水平还需要进一步的提高，从而促进生产加工工艺的提高。根据PLC实现数控机床电气自动化控制系统的设计不需要更换零件，利用代码与参数的调整和修改就能够转换不同工艺，所以其能够使生产成本得到进一步的降低，降低零件更换的时间，从而有效提高机床自动化控制的能力。
参考文献：
[1]张善耕.基于PLC的数控机床电气自动化控制的设计[J].自动化应用，2017（7）：84-85.
[2]蔡明学.基于三菱PLC的数控机床控制系统设计[J].智慧工厂，2017（3）：74-76.
[3]周国平.PLC在数控机床電气设计中的应用[J].建筑工程技术与设计，2016（11）.
[4]许晓东，雷福祥，王伟，等.基于PLC的数控机床电气控制系统研究[J].农业科技与装备，2016（10）：26-28.
作者简介：沈哲（1988—），男，汉族，天津人，硕士，助教，主要研究方向：数控制造类。