篇一：数控机床电气控制系统综述论文
前言
科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。因此，如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题。由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维护更是不容忽视。
1.数控技术
谈到维修，首先必须从总体上了解我们的维修对象。
1.1数控机床电气控制系统综述
数据输入装臵将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装臵。它可以是穿孔带阅读机(已很少使用)，3.5in软盘驱动器，CNC键盘(一般输入操作)，数控系统配备的硬盘及驱动装臵(用于大量数据的存储保护)、磁带机(较少使用)、PC计算机等等。
数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。
数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。
可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自CNC的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC，使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制,当代PLC多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。PLC与CNC的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的
控制命令，完成对运动或功能的控制,不同厂商的PLC有不同的PLC语言和不同的语言表达形式，因此，力求熟悉某一机床PLC程序的前提是先熟悉该机床的PLC语言。
主轴驱动系统接受来自CNC的驱动指令，经速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过PLC将主轴的各种现实工作状态通告CNC用以完成对主轴的各项功能控制,主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例如零漂等。通常CNC中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。
进给伺服系统接受来自CNC对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流(转矩)调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过PLC与CNC通信，通报现时工作状态并接受CNC的控制,伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位臵开环的条件下作最佳化调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机械传动链
的状态发生变化，就需重调速度环调节器。
电器硬件电路随着PLC功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器(继电器、接触器)，很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中
还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由PLC逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的PLC语言与程序深入掌握才行。
机床(电器部分)包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。
这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。
速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制,这里应注意测速反馈电压的匹配联接，并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。
位臵测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采用光栅尺和数字脉冲编码器作为位臵测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位臵进行直接或间接的测量，将测量值反馈到CNC并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位臵，从而实现对位臵的精确控制,位臵环可能出现的故障多为硬件故障，例如位臵测量元件受到污染，导线连接故障等。
外部设备一般指PC计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配臵。使用中的主要问题与输入装臵一样，是匹配问题。
1.2数控机床运动坐标的电气控制
数控机床一个运动坐标的电气控制由电流(转矩)控制环、速度控制环和位臵控制环串联组成 .
电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数，其反馈信号也在伺服系统内联接完成，因此不需接线与调整。
速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分(PI)调节器，其P、I调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统(导轨、传动机构)的传动刚度与传动间隙等机械特性，一旦这些特性发生明显变化时，首先需要对机械传动系统进行修复工作，然后重新调整速度环PI调节器。
速度环的最佳调节是在位臵环开环的条件下才能完成的，这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行，而对于垂向运动坐标轴则位臵开环时会自动下落而发生危险，可以采取先摘下电动机空载调整，然后再装好电动机与位臵环一起调整或者直接带位臵环一起调整，这时需要有一定的经验和细心。
速度环的反馈环节见前面“速度测量”一节。
位臵环是控制各坐标轴按指令位臵精确定位的控制环节。位臵环将最终影响坐标轴的位臵精度及工作精度。这其中有两方面的工作：①位臵测量元件的精度与CNC系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位移动距离发出的脉
冲数目经过外部倍频电路和/或CNC内部倍频系数的倍频后要与数控
篇二：数控机床电气控制_强电控制电路
数控机床电气控制_强电控制电路辅导
一、机床常用低压电器的工作原理
1.开关电器
1）组合开关
组合开关又称转换开关，实质上也是一种刀开关，主要用作电源的引入开关。与普通刀开关不同的是，组合开关的刀片是旋转式的，比刀开关轻巧，是一种多触点，多位置，可控制多个回路的电器。
①组合开关的结构组成和工作原理
组合开关由动触点、静触点、转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。根据动触片和静触片的不同组合，组合开关有多种接线方式，其结构示意图及外形图如图2.5所示。
②组合开关的主要技术参数和电气符号
组合开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、极数等。组合开关一般有单极、双极和三极。
2）低压断路器
低压断路器又称自动空气开关，它不但能用于正常工作时不频繁接通和断开的电路，而且当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备。因此，低压断路器在机床上使用得越来越广泛。机床上常用的低压断路器有DZ10、DZ5-20和DZ5-50系列。
①低压断路器的结构组成和工作原理
低压断路器主要由触点系统、操作机构和脱扣器等部分组成。图2.7所示为低压断路器的结构示意图。开关的主触头是靠操作机构手动或电动合闸的，并由自动脱扣机构将主触头锁在合闸位置上。如果电路发生故障，自由脱扣机构在有关脱扣器的推动下动作，使钩子脱开。于是主触头在弹簧作用下迅速分断。
过流脱扣器5的线圈和热脱扣器6的热元件与主电路串联，欠压脱扣器7的线圈与电路并联。当电路发生短路或严重过载时，过流脱扣器的衔铁被吸合，使自由脱扣机构4动作。当电路过载时，热脱扣器的热元件产生的热量增加，使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路电压过低时，欠压脱扣器7的衔铁释放，也使自由脱扣机构动作。
②低压断路器的主要技术参数和电气符号
a) 额定电压 低压断路器额定电压包括额定工作电压，额定绝缘电压和额定脉冲电压。 b) 额定电流 断路器额定电流指额定持续电流，即脱扣器能长期通过的电流。
c) 通断能力 通断能力也称作额定短路通断能力，指断路器在给定电压下接通和分断的最大电流值。
d) 分断能力 分断能力指切断故障电流所需要的时间，包括固有的断开时间和燃弧时间。 低压断路器型号繁多、品种复杂，按其用途和结构形式分为框架式和塑壳式两大类。 低压断路器的图型符号和文字符号如图2.8所示
2.主令电器
自动控制系统中用于发送控制指令的电器称为主令电器。常用的主令电器有控制按钮开关、行程开关、接近开关等。
1）按钮开关
按钮开关通常用作短时接通或断开小电流控制电路的开关，通常用于控制电路中发出起动或停止等指令，再通过接触器、继电器来控制电器接通或断开主电路。
按钮开关的结构组成和工作原理
按钮开关是由按钮帽、复位弹簧、桥式触头、静触头和外壳组成。通常制成具有常开触头和常闭触头的复合结构，其结构示意图如2.9所示。
按钮的结构形式很多。紧急式按钮装有突出的蘑茹形钮帽，用于紧急操作；旋钮式按钮用于旋转操作；指示灯式按钮在透明的钮帽内装有信号灯显示信号；钥匙式按钮须插入钥匙方可操作。按钮帽有多种颜色，一般红色用作停止按钮，绿色用作起动按钮。
2）行程开关
行程开关又称限位开关，是根据运动部件位置而切换电路的自动控制电器。动作时，由挡块与行程开关的滚轮相碰撞，使触头接通或断开来控制运动部件的运动方向、行程大小或位置保护。行程开关种类很多，按结构可分为直动式、滚动式和微动式。机床上常使用微动式行程开关。如图2.11所示，为微动式行程开关的结构示意图。
3）接近开关
接近开关又称无触点行程开关。当运动着的物体在一定范围内与之接近时，接近开关就会发生物体接近而“动作”的信号，以不直接接触方式控制运动物体的位置。
接近开关按工作原理来区分，有高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型等多种，其中以高频振荡型最为常用。高频振荡型接近开关的电路由振荡器、晶体管放大器和输出电路三部分组成。其基本原理是：当装在运动部件上的金属物体接近高频振荡器的线圈L时，由于该物体内部产生涡流损耗，使振荡回路等效电阻增大，能量损耗增加，使振荡器减弱直至终止,开关输出控制信号。
接近开关应根据其使用目的、使用场所的条件以及与控制装置的相互关系等来选择。检测距离也称为动作距离，是接近开关刚好动作时感辨头与检测体之间的距离。如图3.13所示。接近开关多为三线制。三线制接近开关有二根电源线（通常为24V）和一根输出线。输出有常开、常闭两种状态。
接近开关具有工作稳定可靠、使用寿命长、重复定位精度高、操作频率高等优点，其主要参数有：工作电压、输出电流、动作距离、重复精度及工作响应频率等。
3.交流接触器
接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载（如电动机）的主电路自动控制电器。接触器按其主触头通过电流的种类不同，分为交流、直流两种，机床上应用最多的是交流接触器，下面我们仅介绍交流接触器。
1）交流接触器的结构和工作原理
交流接触器的外形与结构组成如图2.17所示，它由电磁机构、触头系统、灭弧装置及其他部件等四部分组成。
①电磁机构
电磁机构由吸引线圈、铁心及衔铁组成。它的作用是将电磁能转换成机械能带动触点使之闭合或断开。
②触点系统是接触器的执行元件，用来接通和断开电路。接触器触点系统包括主触点和辅助触点，主触点容量大，用于接通或断开主电路，根据其容量大小，有桥式触点和指形触点两种形式。辅助触点容量小，用在控制电路中起电气自锁或互锁作用。
③灭弧装置
当主触点分断大电流时，在动、静触点间产生强列的电弧。电弧一方面会烧坏触点，另一方面会使电路切断时间延长，甚至会引起事故，为了使接触器可靠工作，必须采用灭弧装置使电弧迅速熄灭。容量在10A以上的接触器都有灭弧装置。10A下的接触器，常采用双断口桥形触点以利于灭弧。
④其它部件包括反作用弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。
交流接触器是这样工作的：当电磁线圈通电后，铁心被磁化产生磁通，由此在衔铁气隙处产生电磁力，将衔铁吸合，主触点在衔铁的带动下闭合，接通主电路，同时衔铁还带动辅助触点动作，动断辅助触点首先断开，接着动合辅助触点闭合。当线圈断电或外加电压显著降低时，在反力弹簧的作用下衔铁释放，主触点、辅助触点又恢复到原来的状态。
2）接触器的主要技术参数和电气符号
交流接触器的主要技术参数有额定电压、额定电流、额定操作频率、接通与分断能力等。接触器的图形符号和文字符号如图2.18所示。
接触器的额定电压是指主触头的额定电压。交流接触器的额定电压，一般为500V或380V两种。接触器的额定电流是主触头的额定电流，有5，10，20，40，60，150A等几种。
额定操作频率是指接触器每小时允许的接通次数，一般为300次/小时、600次/小时和1200
次/小时。
接触器的接通和分断能力是指主触头在规定条件下，能可靠地接通和分断的电流值。在此电流值下，接通时主触点不应发生熔焊，分断时应能可靠灭弧。
图2.18 接触器的图形及文字符号
4.继电器
继电器是一种根据某种输入信号的变化，而接通或断开控制电路，实现控制目的的电器。继电器的输入信号可以是电流、电压等电学量，也可以是温度、速度、时间、压力等非电量，而输出通常是触头的动作（断开或闭合）。继电器的种类很多，按工作原理可分电磁式继电器、热继电器、压力继电器、时间继电器、速度继电器等。在机床电气控制中，应用最多的是电磁式继电器。
1）电磁式继电器
①电磁式继电器的结构组成和工作原理
电磁式继电器的结构和工作原理与电磁式接触器相似，也是由电磁机构、触点系统和释放弹簧等部分组成。触点有动触点和静触点之分，在工作过程中能够动作的称为动触点，不能动作的称为静触点。如图2.19为电磁式继电器的结构示意图。
当线圈通电后，铁心被磁化产生足够大的电磁力，吸动衔铁并带动簧片，使动触点和静触点闭合或分开；当线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁返回原来的位置，动触点和静触点又恢复到原来闭合或分开的状态。应用时只要把需要控制的电路接到触点上，就可利用继用器达到控制的目的。 电流继电器与电压继电器在结构上的区别主要是线圈不同。电流继电器的线圈匝数少、导线粗，与负载串联以反映电路电流的变化。电压继电器的线圈匝数多、导线细，与负载并联以反映其两端的电压。中间继电器实际上也是一种电压继电器，只是它具有数量较多、容量较大的触点，起到中间放大的作用。
②电磁式继电器的主要技术参数和电气符号
电磁继电器的主要参数有以下几个：
额定工作电压或额定工作电流：这是指继电器工作时线圈需要的电压或电流。为了适应不同电压的电路应
吸合电流：它是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在实际使用中，要使继电器可靠吸合，给定电压可以等于或略高于额定工作电压。但是，给定电压一般不要大于额定工作电压的1.5倍。否则会烧毁线圈。
篇三：数控车床电气控制系统设计 .doc
学习工业安全职业学院
毕业论文（设计）
题目:数控车床电气控制系统设计
姓 名
系 别机电工程系
专 业 数控技术
年 级2010级
指导教师
2013 年 5 月 10 日
毕业论文（设计）成绩评定表
目 录
摘要 ................................................................... 1
第一章 概 述 .......................................................... 2
1.1什么是数控机床 .................................................. 2
1.2数控机床的组成 .................................................. 2
1.3数控机床工作原理和结构简介 ...................................... 4
1.4CK6140数控车床主简介 ............................................ 5
第二章 CK6140数控车床主轴驱动系统 ...................................... 6
2.1CK6140数控车床运动分析 .......................................... 6
2.2CK6140数控车床电气系统简述 ...................................... 6
2.3主轴驱动系统概述 ................................................ 7
2.3.1 主轴电动机 .................................................... 7
2.3.2 主轴电动机选型的要求 .......................................... 8
2.3.3 主轴电动机选型 ................................................ 8
2.4变频器电动机主轴驱动装置 ........................................ 9
2.4.1 FANUC 0I MATE主轴驱动装置 ...................................... 9
2.4.2 设备的选型方法 ............................................... 10
2.4.3变频器主轴伺服驱动电路 ....................................... 11
第三章 CK6140数控车床进给伺服系统设计 ................................ 13
3.1 机床进给伺服系统概述 ............................................ 13
3.2 CK6140数控车床对伺服驱动进给系统的要求 ......................... 13
3.3 进给伺服系统的选型与控制原理 .................................... 14
3.4 伺服电机的选型 .................................................. 14
第四章 CK6140数控车床辅助系统设计 ..................................... 15
4.1CK6140数控车床辅助系统概述 ..................................... 15
4.2刀架传动系统设计 ............................................... 15
4.2.1 CK6140数控车床电动刀架的选型 ................................ 15
4.2.2电动刀架连接电路 ............................................. 16
4.3冷却系统的设计 ................................................. 17
4.4液压系统设计 ................................................... 18
第五章 常用电器元件的选型 ............................................. 20
5.1低压电器选型的一般原则 ......................................... 20
5.2断路器的选型 ................................................... 20
5.3电动机保护用自动开关的选型 ..................................... 21
5.4熔断器的选型 ................................................... 21
5.5接触器的选型 ................................................... 21
5.6热继电器的选型 ................................................. 22
5.7中间继电器 ..................................................... 22
第六章 可编程式控制制器（PLC） ........................................ 23
6.1可编程式控制制器概述 ........................................... 23
6.2可编程式控制制器（PLC）的特点 .................................. 23
6.3程控制器的组成及工作方式 ....................................... 24
6.4PLC选型及I/O接线图 ............................................ 25
6.5输入/输出点 .................................................... 25
6.6基本功能面板设计 ............................................... 27
6.7通讯界面 ....................................................... 27
参考文献 .............................................................. 28
致谢 .................................................................. 29
摘 要
数控机床是典型的机电一体化产品，它综合了电子计算机、自动控制、自动检测、液压与气动以及精密机床等方面的技术。数控机床的高精度、高效率决定了发展数控机床是当前中国机械制造业技术改造的必由之路。是未来工厂自动化的基础。
CK6140数控车床，对其电气系统设计使尤为重要的，其内容包括强电设计、弱点设计、PLC输入输出及接口设计，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。
关键字：数控车床 主电路 控制电路 PLC控制
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