基于ＰＬＣ的数控机床电气控制系统研究 

摘要

:主要对高精度 PCB 数控机床的电气控制系统进行介绍,提出了电气控制系统总体方案

以及设计框架。并详细介绍了高精度

PCB 数控机床的电气控制系统的硬件设计和各功能模

块。系统采用

SIMOTION D、变频器、电机、光栅尺构成全闭环控制系统。同时为了提高生产

率而采用工件自动夹紧、机械手自动换刀、断刀检测等多种功能

,实现机床监控的自动化。 

　　关键词

:数控机床;电气控制;可编程逻辑控制器;抗干扰 

　　

 

　　

PCB 数控钻床是用于对 PCB 板进行加工的一种机床,其本质是通过对孔进行平面定位

来控制微孔加工钻床。一般运动执行方式有两种

:一种是采用伺服电机或者步进电机和滚珠

丝杠作为运动执行部件

,第二种是通过直线电机直接带动工作台运动。新的电气控制系统设

计采用模块化的设计技术

,从机床的机械部分、控制系统的硬件和软件方面进行全新的设计。

可以实现高精度的闭环控制

,高可靠的状态控制,高效率的加工方式以及友好的人机界面。 

　　

 

　　

1 电气控制总体设计 

　　

 

　　

1.1 机械设计 

　　总体布局采用

X、Y 轴分立式结构,装配简单,两方向运动质量基本相同。X、Y 轴的电机带

动滚珠丝杠旋转

,通过螺母副带动工作台在 X、Y 方向上移动。Z 轴结构对于高速钻孔极其重

要

,设计和制造严格保证驱动电机主轴和钻孔主轴共线。采用上端固定下端悬臂丝杠结构,采

用弹性联轴器。滚珠丝杠和导轨采用国际知名品牌。机床底座

,横梁,工作台采用全花岗石,保

证高精度稳定性和温度稳定性。

 

　　

1.2 电气控制原理 

　　机床基本工作原理如下图

1 所示: 

　

 

　　这个系统的工作原理是

,机读取文件信息,把数据传递给 SIMOTION D,再根据这些收到

的数据控制电机模块驱动电机带动工作台进行位置控制

,光栅尺实时检测工作台的位置信息

并传递给

SIMOTION D,实现对工作台进行位置调整满足对位置的精度要求。由于光栅尺信

号不能直接识别

,所以通过传感器模块转换为标准的信号传递给 SIMOTION D。被接收到主

轴的转速信息通过模拟量模块输出一个相应的电压控制变频器驱动主轴转动。工作台的工作
状态可以通过多个传感器如接近开关、断刀检测传感器、深度检测传感器等检测到并传入系
统。这些传感器的信号先送到扩展模块中

,再送入 SIMOTION D 中,运用强大的工艺处理、逻

辑处理能力

,对这些信号进行处理,从而完成整个的加工任务。 

　　

 

　　

2PCB 数控机床电气控制 

　　

 

　　为了实现较高的控制精度

,采用变频器、电机、光栅尺构成全闭环控制系统。同时为了提

高生产率

,数控机床具有工件自动夹紧、机械手自动换刀、断刀检测、通信检测自动建立通信

连接以及刀位检测等多种功能

,实现机床监控的自动化。 

　　

2.1 硬件结构 

　　数控机床是由上位机软件、下位机软件、硬件电路和机械部分组成。硬件电路负责机床的
驱动、各部分之间信息的传递以及系统的保护等。

 

　　

(1)机械手换刀。 

　　机械手为气动型有两个自由度

,向上伸出机械臂和刀具加紧。分别通过对电磁阀的开关

控制实现对机械手气缸进气控制使机械手可以自由的伸出、收回、加紧刀具和松开刀具。为了