第1章数控机床电气控制概述资料
数控机床电气控制课件：数控机床电器系统
项目一 数控机床电器系统
一、低壓電器的分類
低壓電器的分類
按工作原理分類
電磁式電器
依據電磁感應原理 來工作的電器， 如交直流接觸器、 各種電磁式繼電器等。
控制電器
電器的工作是靠 外力或某非電物理量的 變化而動作的電器， 如刀開關、行程開關、 按鈕、速度繼電器 壓力繼電器、 溫度繼電器等。
项目一 数控机床电器系统
主要有控制按鈕、行程開關、接近開關 開關等。
项目一 数控机床电器系统
一、控制按鈕
按鈕的外形圖和結構 常用於接通和斷開控制電路。
(a) 外形圖
(b) 結構
常閉觸點
常開觸點
项目一 数控机床电器系统
一、控制按鈕
按鈕圖形符號和文字元號
SB
SB
動合（常開）觸頭 動斷（常閉）觸頭
SB
複合觸頭
按鈕的選擇應根據使用場合、控制電路所需觸點數目及 按鈕顏色等要求選用。
控制電器
用於各種控制 電路和控制系統的 電器，如接觸器、 繼電器等。
主令電器
用於自動控制 系統中發送控制 指令的電器，如 按鈕、行程開關等。
保護電器
用於保護電路 及用電設備的 電器，如熔斷器、 熱繼電器等。
配電電器
用於電能的輸送 和分配的電器。 如低壓斷路器、 隔離器。
執行電器
用於完成某種 動作或傳動功能的 電器，如電磁鐵、 電磁離合器等。
外殼等部分成。
直杆式
分類：按結構分為
單輪旋轉式
旋轉式 雙輪旋轉式
项目一 数控机床电器系统
二、行程開關
行程開關結構與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。
未撞擊
撞擊
(a)外形圖
(b)示意圖
项目1-数控机床电气控制基础知识
润滑保养
定期对机床导轨、丝杠等运动部 件进行润滑，减少磨损，保证机 床精度和稳定性。
定期保养计划及实施方法
制定保养计划
01
根据机床使用频率、工作环境等因素，制定合理的定期保养计
划，明确保养周期和项目。
实施保养措施
02
按照计划进行定期保养，包括更换磨损件、清洗液压系统、检
查电气系统等。
保养记录与评估
数控机床分类及应用领域
数控机床分类
根据加工方式的不同，数控机床可分为金属切削类、金属成 形类和特种加工类等。根据控制运动轨迹的不同，可分为点 位控制、直线控制和轮廓控制等。
应用领域
数控机床广泛应用于汽车、航空航天、模具制造、医疗器械 等领域，对于提高产品质量、生产效率和降低成本具有重要 意义。
02 电气控制基础知识
按钮开关
一种手动操作接通或断开小电流控制电路的电器，常用于控制电路中 发出启动或停止等指令。
电气控制线路分析与设计方法
分析方法
设计原则
根据电气原理图，分析各电器元件的 作用和相互关系，明确控制过程和工 作原理。
确保系统安全可靠、经济合理、技术 先进、维护方便等。同时，应遵循国 家相关标准和规范进行设计。
电气控制系统组成及功能
控制电路
根据指令和信号，控制电机的 启动、停止、正反转以及速度 等。
保护电路
对电机和电路进行过载系统提供能量，通常包 括交流电源和直流电源。
电机
将电能转换为机械能，驱动负 载进行工作。
信号处理电路
对传感器等输入信号进行处理， 以供控制电路使用。
项目1数控机床电气控制基础知识
目 录
• 数控机床概述 • 电气控制基础知识 • 数控机床电气控制系统设计 • 数控机床常见故障诊断与排除 • 数控机床维护与保养 • 总结与展望
数控机床电气操纵
05
数控机床电气操纵常见问题与解决方
案
数控机床电气操纵常见问题分析
01
02
03
04
电源故障
电源电压不稳定、电源线接触 不良等导致设备无法正常启动
或运行。
控制系统故障
软件程序错误、硬件电路故障 等导致设备无法按照指令进行
加工。
伺服系统故障
伺服电机、驱动器等部件故障 导致设备无法正常移动或定位
。
传感器故障
02
数控机床电气系统
数控机床电气系统的组成
主电路
控制电路
主电路是数控机床的电源电路，负责提供 机床运行所需的电能。
控制电路是数控机床的控制核心，负责接 收输入信号，根据控制程序发出控制指令 ，控制机床的各个部分协调工作。
驱动电路
检测电路
驱动电路是控制电路与主电路之间的桥梁 ，负责将控制电路的信号传递给主电路， 驱动主电路工作。
Байду номын сангаас 数控机床的分类与组成
总结词
类型与结构解析
详细描述
数控机床可以根据不同的分类标准进行分类，如按加工工艺、运动轨迹、伺服系 统等。其主要组成部分包括数控装置、伺服系统、测量反馈装置、机床本体等。
数控机床的应用与发展
总结词
应用领域与技术前沿
详细描述
数控机床广泛应用于汽车、航空、模具、能源等领域，是现代制造业的重要基础装备。随着技术的不断发展，数 控机床正朝着高精度、高效率、智能化、复合化等方向发展。
数控机床电气操纵的流程
在加工过程中，数控系统会根据加工程序输出控制信号，驱 动电机运动，实现加工轨迹的控制。同时，系统还会实时采 集加工状态信息，进行反馈控制，确保加工过程的稳定性和 精度。
1 《数控机床控制技术基础》概述
2、输入/输出 、输入 输出 输出(I/O) 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外， 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外， 还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变速控制，主轴的正、 还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变速控制，主轴的正、反转 及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具的自动交换， 及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具的自动交换，工件夹紧和放松及分度 工作台转位等。 工作台转位等。 第Ⅰ类：与驱动命令有关的连接电路，主要是与坐标轴进给驱动和主轴驱动的连接 电路。 第Ⅱ类：数控装置与测量系统和测量传感器之间的连接电路。 第Ⅰ类和第Ⅱ类接口传送的信息是数控装置与伺服驱动单元、伺服电动机、位置检 测和速度检测之间的控制信息及反馈信息，它们属于数字控制及伺服控制。 第Ⅲ类：电源及保护电路。由数控机床强电线路中的电源控制电路构成。强电线路 由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、接触器、熔断器等连接而成， 以便为辅助交流电动机（如冷却泵电动机、润滑泵电动机等）、电磁铁、离合器、 电磁阀等功率执行元件供电。强电线路不能与低压下工作的控制电路或弱电线路直 接连接，只有通过断路器、中间继电器等器件，转换成直流低电压下工作的触点的 开合动作，才能成为继电器逻辑电路和PLC可接收的电信号，反之亦然。 第Ⅳ类：开/关信号和代码信号连接电路。是数控装置与外部传送的输入、输出控 制信号。当数控机床不带PLC时，这些信号直接在数控装置和机床间传送。当数控 装置带有PLC时，这些信号除极少数的高速信号外，均通过PLC传送。
三、数控机床控制系统的构成
数控机床进行加工时， 数控机床进行加工时，首先必须将工件的几何数据和工艺数据按规定的代码和格式编 制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。 制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。数控系统对输入的加 工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。 工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。 数控机床有以下优点： （1）数控系统取代了普通机床的手工操纵，具有充分的柔性，只要编制成零件程 序就能加工出零件。 （2）零件加工精度一致性好，避免了普通机床加工时人为因素的影响。 （3）生产周期较短，特别适合小批量、单件的加工。 （4）可加工复杂形状的零件，如二维轮廓或三维轮廓加工。 （5）易于调整机床，与其他制造方法（如自动机床、自动生产线）相比，所需调 整时间较少。 数控机床的任务主要有以下方面内容： 1、主轴运动 主轴运动和普通车床一样，主运动主要完成切削任务，其动力约占整台机床动力的 70～80％。基本控制是主轴的正、反转和停止，可自动换档及无级调速；对加工中 心和有些数控车床还必须具有定向控制和C轴控制。
数控机床电气控制 第一章 数控机床电气系统
模块一 数控机床电器系统
三、低压断路器的图形符号和文字符号
QF
模块一 数控机床电器系统
四、低压断路器的主要技术参数
额定电压 额定电流 极数 脱扣器型 整定电流范围 分断能力 动作时间等
模块一 数控机床电器系统
五、低压断路器的选用原则
1）根据电气装臵的要求确定断路器的类型 2）根据对线路的保护要求确定断路器的保护形式 3）低压断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路、 设备的正常工作电压和工作电流 4）低压断路器的极限通断能力大于或等于电路最大短路 电流 5）欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压 6）过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载 电流
二、低压电器的发展方向
目前正沿着体积小、重量轻、安全可靠、 使用方便的方向发展，大力发展电子化 的新型控制电器，如接近开关、光电开 关、电子式时间继电器、固态继电器与 接触器等以适应控制系统迅速电子化的 需要。
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模块一 数控机床电器系统
1.1.2 主令电器
主令电器是用来发布命令、改变控制系 统工作状态的电器。
空气阻尼式 电磁式 电动式 电子式等。
通电延时型 断电延时型
按延时方式分
按工作原理分
数控机床中一般由计算机软件实现时间控制。
模块一 数控机床电器系统
按工作原理分为
电容型
永久磁铁型 霍尔效应型
模块一 数控机床电器系统
三、接近开关
4、高频振荡型接近开关
金 属 体 感 应 头 高频 振荡器 整形放大器 交变磁场 信号输出
振荡线圈
无金属体接近 金属体接近
振荡器振荡后，在感应头的感应面上产生交变磁场，当金属物体进入高频振荡器 的线圈磁场（感应头）时，金属体内部产生涡流损耗，吸收了振荡器的能量，使 振荡减弱以致停振。振荡与停振两种不同的状态，由整形放大器转换成二进制的 开关信号，从而达到检测有无金属物的目的。
机床电气控制
机床电气控制机床电气控制，是指通过电气信号对机床的各个部件进行控制和调节的过程。
它是现代机床制造的重要组成部分，是机床自动化和智能化的实现必要手段。
机床电气控制的主要内容包括：电气传动系统、数控系统、机床保护系统等。
一、电气传动系统机床电气控制的重要组成部分是电气传动系统。
电气传动系统是指通过电气信号，对机床的电动机等执行元件进行调节，控制机床的动力输出，实现有效的加工作业。
电气传动系统分为两个部分：主轴驱动系统和进给系统。
主轴驱动系统是指控制主轴电动机的运转状态，以便实现高速、稳定的主轴转动。
当主轴电机正常工作时，它承担了机床的高精度加工和高负荷加工的任务，切削热能利用率较高，能够实现高水平的产品质量。
进给系统是指控制进给电机的转速、转矩、切削速度等参数，以实现对工件加工的控制。
进给控制系统的设计需要考虑到极限速度、车削速度、加工功率等多个参数，设置合理的控制范围和响应机制，确保加工的稳定性和安全性。
二、数控系统随着工业化和信息技术的不断发展，数控技术已经成为现代机床中不可或缺的一部分。
数控是指通过数字信号，对机床的运动、位置、加工参数进行精密控制，实现加工工艺的可编程、可执行和可监测。
数控系统主要包括CPU、执行器、编程器和显示器等。
CPU是数控系统的核心部分，是用于控制加工数据流、计算加工轨迹、调节加工参数的计算机芯片。
执行器是指数控系统中的动作控制器，用于控制机床的运动和加工过程。
编程器是用于将加工程序转换为数控程序的设备，包括数控语言、宏指令和参数化编程等。
显示器用于显示加工过程和加工结果的数控界面，包括图形界面和文字界面等。
三、机床保护系统机床保护系统是机床电气控制的重要组成部分，主要用于检测机床的运行情况和设备的状态，及时发现故障，保护设备的安全可靠运行。
机床保护系统主要包括以下几个方面：1、过流保护系统：用于检测主轴电机和进给电机的电流是否过大，超负荷时自动切断电源，保护电机和随之工件的损伤。
项目1数控机床电气控制基础知识
1.1.5 熔断器
• 用于低压线路中的短路保护。 • 常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、
管式熔断器和有填料式熔断器。
FU
熔断器的选择
1.根据线路的要求、使用场合和安装条件选择熔断器类型。 2.熔断器额定电压应大于或等于线路的工作电压。 3.熔断器额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流。 4.熔体额定电流的选择 1）电路上、下两级都装设熔断器时，为使两级保护相互配合良好，两 极熔阻性负载的短路保护，熔体的额定电流等于或 稍大于电路的工作电流。 3）保护一台异步电动机时，考虑电动机冲击电流的影响，熔体的额定 电流按下式计算： IfN≥（1.5～2.5）IN 式中：IfN---熔体额定电流；IN---电动机额定电流 4）保护多台异步电动机时，若各台电动机不同时起动，则应按下式计 算：IfN≥（1.5～2.5）INmax+ ∑IN
• 三相异步电动机是由各种有触点的接触器、按钮等低压电器组成的电 器控制电路，实现其启动、正转、反转、制动等控制的。这种控制系 统称为继电器—接触器控制系统。
• 通过三相异步电动机具有热过载保护的控制电路进行案例导入。 • 提示:控制电路中的QS、FU、KM、FR、SB等文字符号的含义及其代表
的电器元件的作用是什么？控制电路是怎样控制主电路工作的？
• 当线圈断电或电压显著降低时，电磁吸力消失或 变小，衔铁在复位弹簧的作用下打开，使主、辅 触电恢复到原来的状态，把电路切断。
2.交流接触器
• 交流接触器用于远距离控制电压至380V，电流至 600A的交流电路，以及频繁起动和控制交流电动 机的控制电器。
• 常用的交流接触器产品，国内有NC3（CJ46）、 CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2等系列； 引进国外技术生产的有B系列、3TB、3TD、 LC—D等系列。
机床电气控制概述
机床电气控制概述机床是制造业中的主要设备，机床的数量、质量及自动化水平直接影响到整个制造业的发展。
20 世纪初电动机的发明，使机床的动力得到了根本的改变。
在现代制造业中，为了实现机床生产过程自动化的要求，机床电气控制不仅包括拖动机床的电动机，而且包括一套电动机的控制系统。
随着生产工艺的不断发展，对机床电气控制技术提出了越来越高的要求。
比如，一些精密机床要求加工精度达百分之几毫米，甚至几微米:重型锥床为保证加工精度和控制粗糙度，要求在极慢的稳速下进给，也就是要求在很宽的范围内调速: 为了提高效率，由数台或数十台机床组成的生产自动线，要求统一控制和管理。
诸如此类的要求，都是通过电动机及其控制系统和机械传动装置来实现的。
1. 机床电力拖动系统的发展概况机床是由电动机拖动运行的，这种拖动方式称为电力拖动。
电力拖动系统可以分为两个部分：一个是电力拖动部分，包括电动机以及使电动机和机床相互联系起来的传动机构: 另一个是电动机的电气控制部分。
电力拖动系统主要分为直流拖动和交流拖动两大类。
直流拖动是以直流电动机为动力，交流拖动是以交流电动机为动力。
早在19 世纪30 年代就开始使用直流电动机拖动机床。
直流电动机由于调速和启动性能优良，在机床调速领域直流拖动系统长期居于首位。
但是，直流电动机结构复杂、维护困难，制造大容量、高转速和高电压的直流电动机也受到限制。
交流电动机出现后，其中的三相异步电动机因结构简单、运行可靠、使用维护方便和价格便宜而被广泛应用于各种机床。
随着电力电子技术的飞跃发展，交流调速技术迅速发展。
三相笼型异步电动机的变频调速、三相绕线转子异步电动机的串级调速和无换向器电动机的调速技术在机床中获得了广泛应用。
由于电动机不同，它们的控制系统也就不同。
目前，交流拖动系统在机床中占主导地位。
机床电力拖动系统的发展经历了成组拖动、单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。
1) 成组拖动最初的拖动是由电动机直接代替蒸汽机，即由一台电动机拖动一组机床，称为成组拖动。
机床电气控制基本知识及技能课件
磨床电气控制系统的维护与保养
详细描述
为了保持磨床电气控制系统的稳定性和精度，需要进行定 期的维护和保养，包括清洁、润滑、检查和调整等，确保 系统的正常运行。
05
机床电气控制技术发展 趋势与展望
数控技术与机床电气控制的融合
数控技术是现代制造业的核心技术之一，与机床电气控制技术的融合将进一步提高 机床的加工精度、效率和质量。
柔性化技术将进一步提高机床的加工范围和适应能力，满足多样化加工需求。同时，高效化和绿色化将 成为未来机床电气控制技术的重要发展方向，以实现可持续发展和降低能耗。
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THANKS
02
机床电气控制基础知识
电路的基本概念
总结词
了解电路的基本组成和功能，掌握电流 、电压、电阻等基本电气参数及其单位 。
VS
详细描述
电路是由电源、负载和中间环节组成的闭 合回路，电流通过电路时，会发生能量转 换和信息传递。电流、电压、电阻是电路 的基本参数，它们之间存在一定的关系， 即欧姆定律。
常用低压电器元件
详细描述
电路图是机床电气控制系统的设计、安装和维护的重要依据。在识读电路图时 ，应了解电路图的组成和符号含义，掌握电路图的布局和标注方法，能够根据 电路图分析电路的工作原理和相互关系。
03
机床电气控制基本技能
机床电气控制线路的安装与调试
安装前准备
熟悉机床电气原理图，准备所需电气元件和工具 ，确保安全措施到位。
预防措施
针对常见故障，制定预防措施，减少故障发生。
机床电气控制系统的维护与保养
日常维护
定期检查电气元件、线路连接情况，保持电气柜内部清洁、干燥 。
定期保养
按照机床制造商推荐的保养周期，对电气控制系统进行全面检查和 保养，如更换滤网、润滑轴承等。
数控机床主轴电气控制
目录
• 数控机床主轴电气控制概述 • 主轴电机及驱动技术 • 主轴电气控制系统的设计 • 主轴电气控制系统的调试与维护 • 数控机床主轴电气控制的未来发展
01
数控机床主轴电气控制 概述
主轴电气控制系统的组成
主轴驱动器
用于接收数控系统的指令，驱动 主轴电机旋转，实现主轴的启停、 正反转和调速等功能。
伺服电机
伺服电机具有快速响应、高精度、 高动态性能等优点，常用于高速、 高精度的数控机床主轴。
电机驱动技术
变频器驱动
变频器驱动技术可以实现电机速度的精确控制，具有 调速范围宽、精度高、节能等优点。
伺服驱动器驱动
伺服驱动器驱动技术可以实现电机的快速响应和高精 度控制，适用于高速、高精度的数控机床主轴。
ABCD
精度原则
主轴电气控制系统应具有高精度控制能力，以满 足加工零件的精度要求。
易用性原则
主轴电气控制系统应具有友好的人机界面，方便 操作和维护。
主轴电气控制系统的设计流程
系统设计
根据需求分析结果，设计主轴 电气控制系统的整体结构和功 能模块。
软件设计
根据系统设计要求，编写控制 程序，实现主轴电气控制系统 的各项功能。
正反转控制
根据加工需求，控制主轴电机的正反转，实 现主轴的顺时针和逆时针旋转。
自动换挡控制
根据加工需求，自动切换主轴电机的挡位， 实现主轴的多挡控制。
主轴电气控制技术的发展历程
模拟控制阶段
早期的主轴电气控制系统采用模拟电路实现控制，精度和稳定性较 低。
数字控制阶段
随着微处理器技术的发展，主轴电气控制系统逐渐采用数字电路实 现控制，提高了精度和稳定性。
智能控制阶段
数控机床电气控制基础
模块一数控机床电气控制基础[模块教学内容]1、介绍数控机床主电路常用电器元件包括低压断路器、开关、熔断器、接触器、热继电器以及变压器的结构、原理、功能、技术参数、选型和应用。
2、介绍数控机床控制电路常用电器元件包括继电器、按钮、开关、信号灯和直流稳压电源的结构、原理、功能、技术参数、选型和应用。
3、介绍图形文字符号及选择方法；数控机床电气原理图的画法规则。
[模块学习目标]1、了解数控机床主要电器的结构。
2、掌握数控机床主要电器的基本应用技术。
3、掌握组成电气控制线路的基本规律和绘图方法。
单元一数控机床主电路常用电器元件数控机床是在通用机床基础之上发展而来的，至今很多方面还保留着通用机床的痕迹，在电气系统主电路方面二者仍然是统一的。
本单元介绍数控机床主电路常用的电器元件，如低压断路器、开关、熔断器、接触器等，同时介绍其工作原理及选用原则，以便学会正确选择和合理使用，为分析和设计数控机床电气控制线路打下基础。
一、电器的作用与分类根据外界特定的信号和要求自动或手动接通或断开电路，断续或连续改变电路参数，实现对电路或非电对象的接通、切换、保护、检测、控制、调节作用的装置称为电器。
工作在交流 1200V、直流 1500V 额定电压以下的电路中，能根据外界信号(机械力、电动力和其他物理量)，自动或手动接通和断开电路的电器称为低压电器。
其作用是实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节。
数控机床电气控制系统中采用了低压电器作为基本组成元件，而且控制系统的优劣与所用的低压电器直接相关，因此掌握低压电器的基本知识和常用低压电器的结构及工作原理，并能准确选用、检测和调整常用低压电器元件，才能够分析数控机床电气控制系统的工作原理，处理及维修一般故障。
低压电器种类繁多、功能各样、构造各异，工作原理各不相同，常用低压电器的分类方法有：1．按操作方式分类（1）自动电器依靠自身参数的变化或外来信号的作用，自动完成接通或分断等动作，如接触器、继电器等。
一、数控机床电气概述
• 什么是数控机床
用专业术语来说，数控机床即“数字程序控制 机床”(Numerically Controlled Machine Tool)， 是用数字和字母形式来表达工件的形状和尺寸 等技术要求及加工工艺要求，经过数控装置运 算，用数字代码信息(程序指令)控制刀具按给定 的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的 机床。
数控机床的分类
分类方法 机床类型
一般数控 按坐标轴 加工中心 多坐标 机床 系统控制 点位控制 直线控制 轮廓控制 特点 有无测量 开环 半闭环 闭环 装置 功能水平 经济型 普及型 高级型
数控系统控制特点可分为:
• • • • 点位控制 直线控制 轮廓控制（连 续轨迹控制）
• 只控制刀具或工作台 从一点移至另一点的 准确定位，然后进行 定点加工，而点与点 之间的路径不需控制。 • 如：数控钻床、数控 镗床、数控坐标镗床
• 可采用较大的切削量，有 效地节省了机动工时。 • 有自动换速、自动换刀和 其他辅助操作自动化等功 能，使辅助时间大为缩短， 而且无需工序间的检验与 测量 • 比普通机床的生产率高3～ 4倍甚至更高 • 时间利用率90％ • 普通机床30％～50％
数控机床的优点
• 适应性强 • 加工质量稳定 • 生产效率高
按照伺服系统的类型可分为
• 开环伺服机构 • 半闭环伺服机构 • 全闭环伺服机构
• 由步进电机驱动线路和 步进电机组成。每一脉 冲信号使步进电机转动 一定的角度，通过滚珠 丝杠推动工作台移动一 定的距离。 • 没有检测反馈装置。 • 控制精度取决于步进电 机和丝杠的精度。 • 比较简单，工作稳定， 易掌握使用，但精度和 速度的提高受到限制。
速度控制
执行电动机
半 闭 环 编 码 器
数控机床的电气控制系统设计
数控机床的电气控制系统设计一、本文概述《数控机床的电气控制系统设计》这篇文章主要探讨了数控机床电气控制系统的基本设计原理、实现方法及其在实际应用中的优化策略。
数控机床作为现代制造业的核心设备，其电气控制系统的设计直接关系到机床的性能、稳定性和加工精度。
因此，对数控机床电气控制系统的深入研究与设计优化，对于提升机床的整体性能、提高生产效率以及降低运行成本具有重要意义。
本文将首先介绍数控机床电气控制系统的基本组成和工作原理，包括数控系统、伺服驱动系统、传感器与检测装置等关键组成部分的功能与特点。
随后，文章将重点分析电气控制系统的设计要点，包括硬件设计、软件设计、控制算法选择等方面，以及如何根据机床的具体需求和加工要求来进行合理的系统设计。
本文还将探讨电气控制系统设计中的关键技术问题，如抗干扰设计、故障诊断与处理、系统可靠性保障等，并介绍相应的解决方案和策略。
文章将总结数控机床电气控制系统设计的发展趋势和未来挑战，为相关领域的研究与实践提供参考和借鉴。
通过本文的阅读，读者可以全面了解数控机床电气控制系统的设计原理与实践方法，掌握关键技术的实现与应用，为数控机床的设计、制造和维护提供有力支持。
二、数控机床电气控制系统概述数控机床的电气控制系统是数控机床的重要组成部分，负责实现机床的运动控制、加工过程监控、故障诊断与保护等功能。
电气控制系统的设计直接关系到数控机床的性能、稳定性和加工精度。
随着科技的发展，数控机床电气控制系统也在不断进化，从早期的简单电路控制，发展到现在的基于微处理器、PLC（可编程逻辑控制器）以及CNC（计算机数控）系统的复杂控制。
数控机床电气控制系统主要由电源电路、输入/输出电路、控制核心、驱动电路、传感器电路以及安全保护电路等部分组成。
其中，控制核心通常使用CNC装置，它能够解析编程好的加工指令，转化为对机床运动的精确控制信号。
驱动电路则负责将控制信号放大，以驱动电动机等执行机构实现所需的运动。
数控机床电气控制技术第1章
②磁电式仪表的特点：
磁电式仪表具有灵敏度高，准确度高、阻尼性好、刻度均匀、消耗功率小的 优点，但由于通入线圈的电流方向不同，指针的偏转方向也不同，所以在使用时， 要注意表的正负极不能接错，仅能测直流，不能直接测交流。同时，由于线圈绕 线和游丝的截面积比较小，不能直接通入大电流。
（2）电磁式仪表
电磁式仪表主要用来显示交流电流、电压的有效值，也可作为交、直流两用 电流表、电压表使用。它是利用载流线圈的磁场使铁片磁化而动作的。
说明：对于任意节点，如果我们规定，流入节点的电流为正，流出节点的电流 为负，则电流的代数和永远等于零。
（3）基尔霍夫电压定律
基尔霍夫电压定律又叫回路电压定律，它反映 了在一个封闭回路中各段电压之间的关系。它指 出：电路中任一回路内各段电压的代数和为零， 即
在运用基尔霍夫电压定律时，往往需要规定一 个回路的绕行方向，若电压的参考方向与回路绕 行方向相一致，则此电压取正号；若电压的参考 方向与回路绕行方向相反，则取负号。
5、电阻的连接及其等效变换
（1）电阻的连接的概念 把电阻一个接一个地依次连接起来，就构成了串联电阻电路。 把几个电阻并列地连接起来，就组成了并联电阻电路。 如果一个电路中，既有电阻串联，又有电阻并联，则这个电路 就称为混联电阻电路。 （2）电阻串、并联的特点及等效变换 （3）电阻的混连及等效变换 在实际的电子电路中，可能既有电阻的串联，又有电阻的并联， 这种电路叫做电阻的混连电路。对于简单的电阻混连电路 , 可以分 别通过电阻串、并联的规律，一步一步加以等效简化，最终求出总 电阻。 对电阻混连电路进行等效变换，通常采用两种方法：①利用电 流的流向，画出等效电路图。②利用电路中各个等电位点，画出等 效电路图。
②电磁式仪表的特点：
数控机床电气控制
第二章数控机床低压电器
第一节数控机床低压电器概述 第二节控制继电器 第四节数控机床电气控制设计基本原则和画法规则
第一节数控机床低压电器概述
一、常用低压电器的分类
1按用途或控制对象分类 （1）配电电器：主要用于低压配电系统中。 （2）控制电器：主要用于电气传动系统中。 2按动作方式分类 （1）自动电器：依靠自身参数的变化或外来信号的作用，自动完成接通或分断 等动作，
5按低压电器型号分类 （1）刀开关H。 （2）熔断器R。 （3）断路器D。 （4）控制器K。 （5）接触器C。 （6）起动器Q。 （7）控制继电器J。 （8）主令电器L。 （9）电阻器Z。 （10）变阻器B。 （11）调整器T。 （12）电磁铁M。 （13）其他A。
二、低压电器的结构 （一）电磁机构
数控技术（Numerical Control Technology）是采用数字控制的 方法对某一工作过程实现自动控制的技术。
数控机床（Numerical Control Machine Tools）是采用数控技 术对机床的加工过程进行控制的机床。
二、数控加工过程
(1)数控加工程序的编制。在零件加工前，首先根据被加工零件图样 进行工艺分析，确定加工的工艺过程、工艺参数、几何参数以及 切削用量等，然后根据机床编程手册规定的代码和程序格式编写 零件加工程序。
第二阶段——软件数控阶段 第四代数控：1970年开始，采用大规模集成电路的小型通用电 子计算机控制系统(CNC)。 第五代数控：1974年开始，采用微型计算机的控制系统(CNC)。 第六代数控：1990年开始，基于PC机的开放式CNC系统。
2数控机床的发展趋势 （ 1）高速度、高精度化 （2）开放式 （3）智能化 （4）复合化 （ 5）高可靠性 （6）多种插补功能 （7）人机界面的友好
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第1章 数控机床电气控制概述
• 1.1数控机床电气控制系统的组成及特点 • 1.2数控机床的分类及性能指标 • 1.3数控机床电气控制系统发展 • 1.4数控机床自动控制基础 • 思考题与习题
第1章数控机床电气控制概述
第1章 数控机床电气控制概述
1.1数控机床电气控制系统的组成及特点
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图1-3 数控铣床直线控制轨迹示意图
图1-2 数控钻床点位控制示意图
图1-4数控铣床轮廓加工示意图
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（3） 轮廓控制系统又称连续控制系统，其特点是数控系统能够对两个 或两个以上的坐标轴同时进行连续控制。加工时不仅要控制起点和 终点，还要控制整个加工过程中每点的速度和位置。图1-4为数控 铣床轮廓加工示意图。 2.按工艺用途分类 （1） 金属切削类数控机床和传统的通用机床产品种类类似，有数控车 床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗床以及加工中心机床 等。数控加工中心是带有自动换刀装置，在一次装夹后，可以进行 多种工序加工的数控机床。
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2．主轴驱动系统 主轴驱动系统主要由主轴驱动装置、主轴电动机、速度检测元件 等组成。主轴运动主要完成切削任务，其动力约占整台机床动力的 70%～80%。正、反转和准停以及自动换挡无级调速是主轴的基本控 制功能。 3．进给伺服系统 进给伺服系统由进给伺服驱动装置、各轴进给伺服电动机以及速 度、位置检测元件等组成。进给运动主要完成工件或刀具的X、Y、 Z等方向的精准运动。 4．检测反馈系统 检测反馈系统的作用是把检测装置检测到的数控机床位置、速度 等物理量转化为电量并反馈至数控装置，以便使控制指标达到预定 要求。例如，位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测 出来，经反馈系统输入到机床的数控装置，数控装置将反馈回来的 实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照指令设定值运 动。
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5．机床强电控制系统 机床强电控制系统主要完成对机床辅助运动和辅助动作，如刀库 、液压系统、气动系统、冷却系统、润滑系统等的控制，以及对各 保护开关、行程开关、操作键盘按钮、指示灯、波段开关等的检测 和控制。 6．编程装置 数控机床加工程序可通过键盘用手工方式直接输入数控系统，还 可由编程计算机或采用网络通信方式传送到数控系统中。
• （2）
• 直线控制系统不仅要求具有准确的定位功能，而且要控制两点之间刀具移动 的轨迹是一条直线，且在移动过程中刀具能以给定的进给速度进行切削加工。 直线控制系统的刀具运动轨迹一般是平行于各坐标轴的直线。特殊情况下， 如果同时驱动两套运动部件，其合成运动的轨迹与坐标轴成一定夹角的斜线。 数控铣床直线控制如图1-3所示。
• 1.1.1 数控机床电气控制系统的组成
• 数字控制（NC,Numerical Control，简称数控）技术 是用数字化信息进行控制的自动控制技术，采用数控 技术的控制系统称为数控系统，装备了数控系统的机 床即为数控机床。
• 数控机床电气控制系统由数控装置（CNC, Computer Numerical Control）、主轴驱动系统、进给伺服系统、 检测反馈系统、机床强电控制系统、编程装置等几部 分组成。数控机床电气控制系统的组成如图1-1所示。
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（2) 金属成型类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控压力机等 。 （3) 数控特种加工机床有数控线切割机床、数控电火花加工机床、数 控激光切割机床等。 3. （1） 开环控制系统机床的伺服进给系统中没有位移检测反馈装置，通 常使用步进电机作为执行元件。数控装置发出的控制指令经驱动装 置直接控制步进电机的运转，然后通过机械传动系统转化成工作台 的位移，开环控制系统结构如图1-5所示。
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4．能完成复现而数控机床则完全可以做到。
5.减轻劳动强度，改善劳动条件。数控机床的加工，除了装卸零 件、操作键盘、观察机床运行外，其他机床动作都是按照程序要求 自动连续地进行切削加工，操作者不需要进行繁重的重复手工操作 。因此能减轻工人劳动强度，改善劳动条件。
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1.1.2 数控机床的特点 数控机床是一种高度自动化机加工设备。与普通机床相比有以下 特点： 1．对零件加工的适应性强、灵活性好。因数控机床能实现若干个 坐标联动，加工程序可按对加工零件的要求而变换，而不需改变机 械部分和控制部分的硬件，所以其适应性强、灵活性好。 2．加工精度高、加工质量稳定。在数控机床上加工零件，零件加 工的精度和质量由机床保证，消除了操作者的人为误差。所以数控 机床的加工精度高，一致性好，加工质量稳定。 3.加工生产效率高。在数控机床上可以采用较大的切削用量，有 效地节省了加工时间。还有自动换刀、自动换速和其他辅助操作自 动化等功能，而且无需工序间的检验与测量，故使辅助时间大为缩 短。
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图1-1 数控机床电气控制系统组成
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1．数控装置（CNC）
• 数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器 中取出或接受输入装置送来的数控加工程序，经过数 控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑 处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分 的工作，使其进行规定的有序运动和动作。零件的轮 廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀 具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运 动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能 是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足 要求，因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和 终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列 中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制 各坐标轴（即进给运动的各执行元件）的进给速度、 进给方向和进给位移量等。
6．有利于生产管理。采用数控设备，有利于向计算机控制和管理 生产方向发展，为实现制造和生产管理自动化创造了条件。
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1.2数控机床的分类及性能指标
• 1.2.1数控机床的分类
• 1.按运动轨迹分类
• （1）
• 点位控制系统数控机床只要求控制一个位置到另一个位置的精确移动，在移 动过程中不进行任何加工。为了精确定位和提高生产率，一般先快速移动到 终点附近，然后再减速移动到定位点，以保证良好的定位精度，而对移动路 径不作要求。图1-2为数控钻床点位控制示意图。