数控机床电气控制技术和设计方法

摘要数控技术发展飞速的今天，数控技术在现代制造业发挥越来越重要的作用，数控机床是数控制造业的核心，本文主要介绍了对数控车床的电气系统设计的过程。

本设计以CK6140车床为载体，对其数控电气系统经行详细设计。

其内容包括强电设计、弱电设计、PLC输入输出及接口设计，本设计选用西门子808D数控系统。

最后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。

关键词：数控系统；数控车床；PLC控制1ABSTRACTThe numerical controls that the technique development fast today, the numerical controls technique at the modern manufacturing industry exertive more and more importance function, numerical control tool machine is number control a manufacturing industry of core, this text mainly introduced logarithms to control the processed that the electricity system of lather design.The design CK6140 lathe as the carrier, the detailed design of the its NC electrical system through the line. its contents includes a strong electrically design, weakness design, PLC importation output and Interface design. The design uses a Siemens 808D CNC system. Finally, to map out the whole machine electrical system schematic. This principle diagram which designs to the whole tool machine draws process and the point parts of mold piece turn and compared to in detail introduce each function and use of part. Is divided into the 380 Vs strong electricity back track, control back track, the PLC importation outputs a control, the principal axis drives a mold piece and enters to servo drive a mold piece, and introduced related electronic knowledge.Through this design system can basically control numerical control the electricity principle of lather, and basic electronic common sense, make the reader regardless can understand numerical control the lather related series of electricity knowledge from wholly the top still each mold piece.Key Words：NC system; NC lathe; PLC control2目录摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 ABSTRACT ------------------------------------------------------------------------------------------- 2目录------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3第一章绪论----------------------------------------------------------------------------------------- 61.1前言 ------------------------------------------------------------------------------------------ 61.2国外数控系统的发展趋势 ------------------------------------------------------------- 61.2.1新一代数控系统采用开放式体系结构 ------------------------------------ 61.2.2新一代数控系统控制性能大大提高---------------------------------------- 71.2.3数控系统向软数控方向发展 ------------------------------------------------- 71.3我国数控技术的发展-------------------------------------------------------------------- 81.4CK6140数控车床主简介 ---------------------------------------------------------------- 9第二章西门子808D数控车床系统 --------------------------------------------------------- 112.1 西门子808D系统简介 --------------------------------------------------------------- 112.2人机界面 ---------------------------------------------------------------------------------- 132.3进给系统 ---------------------------------------------------------------------------------- 132.4 主轴驱动系统--------------------------------------------------------------------------- 132.5刀架控制系统 --------------------------------------------------------------------------- 142.6电柜设计及电源选用------------------------------------------------------------------ 142.6.1在设计电柜时应注意以下事项：----------------------------------------- 142.6.2 24VDC电源选用---------------------------------------------------------------- 152.7数控系统各部分的连接及接口 ----------------------------------------------------- 152.7.1系统的接线---------------------------------------------------------------------- 152.7.2 接口布置 ------------------------------------------------------------------------ 15第三章CK6140数控车床的基本组成和工作原理 --------------------------------------- 173.1数控车床组成 --------------------------------------------------------------------------- 173.2数控车床工作原理 --------------------------------------------------------------------- 193.3 CK6140数控车床运动分析 ---------------------------------------------------------- 2033.4 CK6140数控车床电气系统简述 ---------------------------------------------------- 21第四章CK6140数控车床硬件系统设计及元件选型------------------------------------ 254.1主轴驱动系统 --------------------------------------------------------------------------- 254.1.1主轴电动机---------------------------------------------------------------------- 254.1.2主轴电动机选型 --------------------------------------------------------------- 254.2机床进给伺服系统 --------------------------------------------------------------------- 264.2.1 CK6140数控车床对伺服驱动进给系统的要求------------------------ 274.2.2 伺服电机的选型--------------------------------------------------------------- 284.3控制电路原理图设计------------------------------------------------------------------ 314.3.1 380V系统强电控制回路----------------------------------------------------- 314.3.2电源回路 ------------------------------------------------------------------------- 334.4常用电器元件的选型------------------------------------------------------------------ 344.4.1低压电器选型的一般原则 -------------------------------------------------- 344.4.2断路器的选型------------------------------------------------------------------- 344.4.3电动机保护用自动开关的选型 -------------------------------------------- 354.4.4 熔断器选型 --------------------------------------------------------------------- 354.4.5接触器的选型------------------------------------------------------------------- 354.4.6热继电器的选型 --------------------------------------------------------------- 364.4.7中间继电器---------------------------------------------------------------------- 364.5 CK6140数控车床控制面板 ---------------------------------------------------------- 37第五章PLC设计及参数设置------------------------------------------------------------------- 395.1 PLC的基本结构及工作原理 --------------------------------------------------------- 395.2 PLC与CNC机床的联接方式 -------------------------------------------------------- 405.3 CNC加工代码在PLC上的实现方法----------------------------------------------- 415.3.1 T功能代码的实现方法------------------------------------------------------- 425.3.2 M功能代码实现方法--------------------------------------------------------- 425.4 PLC程序的模块化设计---------------------------------------------------------------- 425.5 PLC输入输出地址分配---------------------------------------------------------------- 425.6参数设置 ---------------------------------------------------------------------------------- 4445.6.1 PLC参数设置-------------------------------------------------------------------- 445.6.2机床参数设置------------------------------------------------------------------- 45第六章结论--------------------------------------------------------------------------------------- 47致谢 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 48参考文献 --------------------------------------------------------------------------------------------- 495第一章绪论1.1前言装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，机床制造业是一个国家的基本装备工业，是工业生产的技术基础，数控技术在给机床制造业带来显著经济效益及广阔发展前景的同时，也是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备，因此它已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。

Ｘ辅 ＋ 向运行
ｘ辅 秘｛ ＿ ｝ 考 赢完成
交流主传动电路、 交流进给传动电路 、 刀具交换装置转动电路 、 急停监 控保 护 电路 、 整 流装 置 电路 、 机 床操 作板 电路 、 电 源 电路 、 Ｎ Ｃ ／ Ｐ Ｌ Ｃ连接 电路及润滑、 冷却 、 通风装置电路等。着重从下列方面浅析硬件电路的
轴＋ 向 选择 按钮
图１ Ｘ轴＋ 向运行 的 部 分 Ｐ Ｌ Ｃ控 制程 序 ２ － ３参数设置 参 数是指 以完 成机床各种 功能及数 控系统 与机床结 构的匹配 所设 置 的各 种数值 ， 所 以必须 以上述 硬件 电路 十 及Ｐ Ｌ Ｃ 程 序设计 为基础 ， 同时以该立式 加工 中心各项 功能与结 构 的具体 要求为依 据 ，对数 控机 床的各项参数（ 如驱动参数、 系统参数等 ） 进行设置 ， 由此实现数控机床 整体 眭能 的最大化 发挥及数 控机床 的正 常使用 。 ３结束语 综上所述 ，数控机床的生产效率及整体质量与电气控制系统的形 式与整体控制能力间关系密切。本文结合某立式加工中心的实际晴况， 详细 阐述 了数控 机床电气控 制系统 的设 计。 实 践证实 ， 上述模块化 设计 思路 对实现 电气控制 系统运 行可靠性 的提高 、 故 障率 的降低 、 加工 效率 主轴 闭环速 度主要 由主 轴控制部 分实现 控制 ，但 准停期 间要求实 现闭 的提 高及整体 工作性 能的改 善意义重 大 ，因此本 文所述设 计方法 能够 环位 置控制 。与此 同时 ， 经Ｃ Ｎ Ｃ内置 的 Ｐ Ｌ Ｃ可把 主轴 的实际工作 状态 满足实 际生产 的要 求 ， 值得类似加 工 中心借鉴 。 传输 至 Ｃ Ｎ Ｃ ， 由此实 现对主轴 的各项功能 进行控制 。 参 考 文 献 ２ ． １ ． ３交流进给传动电路 。进给系统的整体ｌ 生 能对整机的精度指标 ［ １ ］ 李亮 亮． 大型龙 门加 工中心双直线 电机 驱动的 同步控 制技 术闳． ２ ０ １ １ ． 与运行 状态 起着直 接性 的影 响 ，同时进 给系统 主要完成该 立式加 工 中 ｆ ２ ］ 潘超． 数控机 床直线 电驱进 给 系统控 制技 术及动 态特 性研 究闭． ２ ０ １ １ ． 心直线 坐标 轴的定 位与切 削供给 。该立式 加工 中心进给 系统主要 采用 ［ ３ １ 宴 Ｊ Ｉ 志华控制技术在数控机床中的应用及分析阴科技信息， ２ ０ １ １ ， （ ２ ９ １ ． 半 闭环控制 方式 ， 其 中电机 与脉 冲编码器 同轴 ， 同时对速度 与位置 进行 ｆ ４ ］ 王 北平． 基于 Ｐ Ｌ Ｃ的数控 机床 电气控制 系统 技术研 究田－ 电源技 术应 反馈 ； Ｘ ／ Ｙ ｆ Ｚ 轴 滚珠 丝杠与伺 服 电机 采取副 直联驱 动 ，由此 使伺服 系统 用 。 ２ ０ １ ３ （ ４ ） ． 的各种非线性环节均外置闭环 ， 例如， 传动装置问隙、 丝杠刚度 、 摩擦阻 ［ ５ ］ 刘春 芳 ， 任 修盂 ， 王丽梅． 数控 机床 用磁 悬浮 系统 自 抗扰 控制仿 真研 究 尼等 ， 进 而实 现数控 机床 电机控 制 系统稳 定性 的提 高 ， 此外 Ｘ ／ Ｙ ／ Ｚ方 向 制 造技术 与机 床 ， ２ ０ １ ２ （ ４ ） ． 支 承导轨 全部采 用直线 滚动导 轨 ， 其 中直线 滚动 导轨具有 摩擦力 小 、 刚 ［ ６ ］ 李一 然 ， 李 昂， 段 虞 闻． 基于Ａ Ｔ ｍ ｅ ｇ ａ １ ６ 单片机 步进 电机控 制技 术的探 性高 、 定位精度高、 轴移动速度（ ２ ４ ｍ ／ ｍｉ ｎ ） 快等优点。 讨［ Ｊ Ｊ ． 中国科技博 览 ， ２ ０ １ ２ ０ ） ． ２ ． １ ． ４急停与监控保护电路。急停与监控保护电路要求对电机过载 检测（ 刀库电机、 润滑电机、 冷却电机 、 机械手电机 ） 、 数控机床紧急停止 、 机床润滑站的油位与压力检测、伺服变压器过热检测等环节及机床运 行的异常警示指示进行设计。 实践证实， 上述电气控制保护措施的有效 落实对提高数控机床运行安全可靠 眭意义重大。 ２ ２ ２ Ｐ Ｌ Ｃ程序

证电动机的实际最高工作温度 T J 日 ] I *等 于或略小于电动机绝缘的允许 最高工
不到额定功率的, 转速越低, 输出功率
就越小 图1 中主轴电机的功率特性为
作温度T a, 即几习 兀 *
. 过载能力:电动机在运行时, 必 须具有一定的过载能力 特别是在短
期工作时, 由于电动机 的热惯性很大, 电动机在短期 内承受高于额定功率的
c ) 主轴电机容量选择还是按上述
方法
产效率降低, 另一方面电动机经常过 载下运行, 会使它过早损坏, 同时还可
能 出现启动 困难, 经 受不起 冲击负载
升或最大允许电流而报警, 说明电机
容量选小 了, 应重新选择
这里, 请读者注意, 在进给电机 主
轴 电机设计 选配时, 应该考虑这些电 机 的输 出都 包括含有某种类型的机械 环 节和元 件, 关 于增量运 动 系统的最
难 以显 著 地 加 以更 改, 远 不 如 电 气 部
分 灵 活 易 变 因此 , 数 控 机 床 的机 械 与
商 品生 产 的基 本 要 求是 以最 低 的
S e r o C o ntro l v
49
粉 步 J碑 / 价 穴士 古十 夕入 二 不
流伺服 电机 a )进给伺服电动机容量选择 电动 机 的选 择 主 要是 容 量 的选 择, 如果 电动机 的容量选小了, 一方面
的转速并 不高时, 就不 必选用 刚性 攻 螺纹功能 (5 )网络数控功能 近年来发展的数字化 网络制造是 指 利用网络技术和数字控制技术进行 产 品的加 工制造, 其基础 是网络数 控 技术 它是 各种先进制造 技术 的基 本
可 以选择直角坐标系中的二个不同平 面, 也可选择 不同视 角的三维立体, 可 以在 加工的 同时做实 时的显 示, 也 可 在机械锁定的方式下作加工过 程的快

． １ － ３ 交流进给传动 电路 本 文 中作 为 实例 的加工 中心 电气控 制部 １ 于提高数控机床的稳定性和可靠性 ，同时将故 在控 制 系统 的硬件 电路 中 ，进 给系 统有 障概率减到最低 ，使数控机床完全满足加工 中 列数 字交 流伺服 模块及 Ｂ ｉ 交流主 轴伺服 电机 着对加工 中心各个直线坐标轴的定位和切削进 心 的 生 产 需 要 。
数控 机床的 电气控 制技术 也随着计 算机 技术的 遍都 很高，需要在很宽 的范 围内实现可连续 的
发展 ，得 到了一定 的发展 ，为了满足加工 制造 调度 ，且在不 同的速度下都可 以实现切削所需 在 上文 中提到 的硬件 电路和 Ｐ Ｌ Ｃ软件 程序 的
的需求 ，工作者们一定要进行电气控制原理的 功率 的供 应 ，同时可以进 行刀具的 自动装卸工 设计之外 ， 我们还要注意分析加工 中心对结构 、 研究 ，并进行规范的设计 ，来提高数控 机床的 作。主轴电机里拥有一个 内置的编码器 ，可以 功能的需要来进行参数的设定 ，这样才能够最 可靠性和安全性。笔者从事相关工作 ，对此有 对主轴的速度进行检测，同时也可以检 测和确 大化 发挥机床性能 ， 保证机床能够正常的运行。
给 电磁阀和 Ｚ轴制动器 ；而控制变压器所输出
的～ ２ ２ ０ Ｖ总共供给两套设备 ，一套设备是床
Ｌ Ｃ控 制程 序 ， Ｆ ９ ４ ． ０ 身的润滑 电机和 电气箱冷 气机 ， 而另一 套设 ｘ 轴 ＋向运 行 的部分 Ｐ ８ ． ０为 ｘ 轴选择 信号 ， 作 为新 时期 下新 的加 工设备 ，数控 机床 备 则是 Ｃ Ｎ Ｃ 、伺服模 块和 直流继 电器 ，后者 为参考 点到达信 号 ，Ｒ 是由综合应用微 电子 、 计算机 技术 、自动控 制、 需要路经开关 电源 以后 ，输出 一 ２ ４的电源 。 自 动检 测、精 密机械 等多种 技术结合而成 的精 １ ． １ ． ２交流主传动 电路 密加工设备 。 随着 电子计算机技术的快速发展 ，

Abstract Can be
CNC milling machine is a common milling machine used digital control system the control of the program code accurately for milling machining
Key words :FANUC 0i mate C;CNC milling machine; Frequency conversion governor; PLC;Servo drive
FANUC 0i mate C 数控铣床电气控制系统及 PLC 控制设计
目录
引言.....................................................................1 1 FANUC 0i mate C 系统构成...............................................2 1.1 FANUC 0i mate C 系统组成及功能....................................2 1.2 FANUC 0i mate C 系统的配置........................................3 1.3 FANUC 0i mate C 系统的功能连接....................................6 2 系统硬件配置............................................................8 2.1 主轴电机的选型.....................................................8 2.2 交流异步电动机的调速方法...........................................8 2.3 变频调速器工作原理和基本构成......................................10 2.4 变频调速器的选择..................................................12 2.5 变频调速器的参数设置..............................................13 2.6 CNC 变频调速器的连接框图..........................................16 2.7 数控机床进给伺服系统的组成和功能特点..............................16 2.8 伺服电机的选型....................................................19 2.9 进给伺服单元的选型................................................24 3 电气控制系统电路图设计.................................................26 3.1 主轴控制原理图....................................................26 3.2 供电原理图.......................................................26 3.3 CNC 主板............................ ............................27

的继电器。电流继电器的线圈串入电路中，以反映电路电流的变化， 且其线圈匝数少、导线粗、阻抗小。 2电压继电器
电压继电器的输入量是电路电压的大小，它根据输入电压的大 小而动作。与电流继电器类似，电压继电器也分为欠电压继电器和 过电压继电器两种。
四、时间继电器 时间继电器在控制电路中用于时间的控制。
按其动作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式等； 按延时方式可分为通电延时型和断电延时型。
而且要求刀具由一点到另一点之间的运动轨迹为一条直线，并能控 制位移的速度。 （3）轮廓控制系统
也称连续控制系统。其特点是能够同时对两个或两个以上的坐 标轴进行连续控制。
2. 按伺服系统控制方式分类 （1）开环伺服系统
数控装置根据信息载体上的指令信号，经控制运算发出指令脉
冲，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠 螺母副，使执行机构(如工作台)移动或转动。 （2）闭环伺服系统
4. 按功能水平分类 （1）经济型数控系统(又称简易数控系统) 这一类型的数控系统一般为开环控制，采用的CPU为单板机或单片 机，用数码管显示或单色小液晶显示或CRT字符显示。 （2）普及型数控系统(又称全功能数控系统) 这类系统一般为半闭环控制，采用16位或32位CPU，9 in(228 6mm)单色显示器（1 in=25 4mm）。 （3）高性能数控系统 这类系统一般为全闭环控制，采用的微型计算机为32位以上的CPU， 显示器为彩色CRT或TFT液晶显示器．内存大于150 KB。
从第一台数控机床问世到现在的50多年中，数控技术的发展非 常迅速，集计算机技术、现代控制技术、微电子技术、传感检测技 术、信息处理技术、网络通信技术、液压气动技术、光电子技术以 及传统的机械制造技术为一体，得到了广泛的应用，在数控机床是 关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业， 其水平高低和拥有量多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志， 在国防建设上亦具有重要的战略意义。

周德卿 2015.8
图8-4 保护接地连接
11
(2）工作接地
为了保证设备的正常工作，如直流电源常需要有一极接地，作为参 考零电位，其他极与之比较，形成直流电压，例如±15V、±5V、±24V 等；信号传输也常需要有一根线接地，作为基准电位，传输信号的大小 与该基准电位相比较，这类地线称工作地线。在系统中一定要注意工作 地线的正确接法，否则非但起不到作用反而可能产生干扰，如共地线阻 抗干扰、地环路干扰、共模电流辐射等等。
周德卿 2015.8
2
图8-1 某数控车床的机床主电路与继电控制电路原理图
周德卿 2015.8
3
① 主电路如图8-1左半部分所示。该电路是指3相交流380V电源和起 拖动作用的电动机之间的电路，它由电源开关、熔断器、断路器或电动 机保护器的过流过压触点、热继电器的热元件、交流接触器的主触点、 电动机以及其它要求配置的电器如电源变压器、控制变压器、变频器、 交流开关稳压电源等电气元件连接而成。
在数控系统中，常用的隔离变压器有伺服变压器和控制变压器， 其产品与电气符号如图8-7所示。
图8-5 单点接地几种形式
周德卿 2015.8
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(3）屏蔽接地
为了抑制噪声，电缆、变压器等的屏蔽层需接地，相应的地线称为 屏蔽地线。在低阻抗网络中，低电阻导体可以降低干扰作用，故低阻抗 网络常用作电气设备内部高频信号的基准电平（如机壳或接地板），连 接时应标明符号“ ” 作为屏蔽地。以屏蔽电缆为例，数控系统中有很 多弱信号传输线，传输模拟信号或数字信号，如CNC到伺服驱动信号线、 编码器反馈电动机位置与速度的信号线等，它们极易受干扰必须使用屏 蔽电缆。
该电路的控制原理同典型的电动机拖动控制电路，只是控制 触点的信号来自CNC数控单元和I/0接口单元输出电路中的直流 继电器的常开（或常闭）触点，如图8-1中控制主轴电动机正、 反转的直流继电器KA1、KA2；控制刀架电动机正、反转的直流 继电器KA4、KA5等，均是由PLC相应输出接口控制的。

数控机床电气控制技术及设计方法武玉明齐重数控装备股份有限公司黑龙江齐齐哈尔 161005摘要：数控机床实际上是一种机械设备，其体型较大，整体构造相对来说比较复杂。

随着科学技术发展的迅猛势头，科技对当今社会产生着明显的影响，保证产品质量和生产率的情况下，技术人员在开展相关操作的过程中需要对其安全性进行强化，确保整体生产质量达到要求。

本文就其电气控制展开了相关探究。

关键词：数控机床；机床电气；电气控制技术；电气设计1数控机床的常见功能在实际工作中，数控机床是通过分布在多个轴位上的伺服电机实现最终的定位功能，并且不同轴位之间在工作过程中存在良好的联动特点，能够同时进行运动也能够分开运动，从而能够使数控机床生产的效率得到相应的保障，提高数控机床机械生产的工作准确性和真实性。

在数控机床的实际工作中，不同的轴在进行全面运动的同时，还可以通过使用光栅尺完成全闭环式的完整控制，进而保证工作台可以对整体进行定位，为了保证实际的定位和工作质量，需要合理使用外展模拟量I/O点形式来对高速变频器的工作状态进行控制以及保证不同位置的电机都可以实现启动和停止功能的优化，提升转速系统整体的同步控制效果。

将主轴的转速保持在一定水平，能够帮助提高机械生产的工作效率，同时使冷却水泵得到合理的配置，通过对电机设备的冷却处理也能够更好地检测电机设备的温度，并且使温度的保护效果得到进一步的提高，实现预期的工作目的。

在主轴运行环节通常需要进行机械手以及刀库的安装，这项工作的主要目的是为自动化以及手动化的工作方式提供保障，同时也是提升整体工作效率和产品质量的有效方式。

在采取机械手换刀的方式后，可以实现对刀具各类信息的收集。

在数控机床的实际工作中，需要对系统的刀具磨损情况以及断刀的情况进行了解，防止系统中出现刀具失效的问题而最终影响到整体的效果。

同时，在对机械和设备进行换刀的过程中，需要保障加工生产的稳定性，控制不同机位的工作模式来完成相应的任务和要求。

蹿 一、 欺控机床 电气控制系坑组成
动 调节 ， 以及 软件 编程 等技 术 。尽管 数
（一 ） 数 控 装 置 、
（二 ）、 伺 服 系 统
数控 装置 是数 控机 床 电气控 制 的中
心 ， 在 数 控 机 床 中 它 相 当于 人 的 “ 大
什么是伺 服呢 ？这是英文 Ｓ ｒ ｅ的 ｅｖ
谐 音 。 “伺 服 ” 就 是 “伺 候 ” 就 是 ，
脑 。数控装 置实质 上就 是一种 专用计 算 机 系统 ，它 除了具有 一般 计算机 的硬 件
结 构 外 ，如 Ｃ ＰＵ、存 储 器 、 总线 等 ， 还 有和数 控机 床功 能有关 的专 用功 能模
非 常 听话 ， 叫 走 到 哪 ， 就 走 到 哪 。 在 数控 机床 中， 由数控 装置 发 出指令 ，让 哪 一 个 电动 机 动 ，这 一 台 电动 机 就动 ， 而 且这 台 电动 机 的角位移 、速 度 ，完全
数 控 机 床 电气 控 制 技 术
丈树 亨
前 言：随着公司生产的发展和加工工艺的改善，这些年来公司相继投入 了一些数控机床 。这些机床对提高公司 生产效 率和产 品质量 、 改善工 人 劳动强度 、增 强企 业竞争力等方面起着 了极大 的作用 。 了解数控机床 电
气控制技 术 ，为我 们使用和维护 这些设备 会有很大 帮助 。
工作过 程是 通过 输入 装置输 入机床 加 工
零件 所 需 的各种 数 据信 息 ，经 过 译码 、 计算机 运算 处 理 ，将 每个 坐标 轴 的移 动
分量送 到 其相 应 的驱动 电路 ，带动 坐标 轴 运动 ， 同时进行 必要 的实 时位 置反馈
控 制 ，使每个 坐 标轴都 能精 确移动 到指

24V 4.5A
S-100-24
4,5
6,7
220B
3 250V 6A 4
润滑电机
主轴风扇
VC1 2
1
24V 6.5A
S-145-24
4,5 6,7
241V
241V1
1
1
QF9 6A
QF8
6A
110A 110B
220A1 220B1
2
2
返回
图6-11 XK714A电源回路
110A
伺服强电
主轴强电
KM5
KM4
336
21 22
334
21 22
RC7 1 KM4
A1
2
A2
RC8 1 KM5
A1
2
A2
RC9 1 KM6
A1
2
A2
110B
图8-5 TK40A交流控制回路
返回
图6-6 TK40A 直流控制图
伺服强电允许 外部运行允许
伺服OK
主轴电机 正转
主轴电机 反转
刀架电机 刀架电机
正转
反转
冷却电机 开/停
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6.3 XK714A数控铣床电气控制电路
2．电源电路分析 图6-10为电源回路，图中TC2为控制变压器，原方为
AC380V，副方为AC110V、AC220V、AC24V，其中 AC110V给交流接触器线圈、电柜热交换器风扇电机； 3．控制电路分析 （1）主轴电机的控制 如图6-11、图6-12分别为交流控制回路图和直流控制回路 图。 （2）冷却电机控制 （3）换刀控制
44 0 Y0 6
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１数控机床 电气控制 电路设计的基本原则 １ ． １生产工艺 、生产机械对于 电气控制的最大 限度要求需要得 以满 足 作为一名设计数控机床机械 以及系统 的人员 ，首先要 明确对于 整 个 系 统 而 言 ， 元 件 参 数 以及 机 械 环 节 对 其 产 生 的 影 响 ， 以便 能 够 在 设 计 阶 段 针 对 各 种 要 求 进 行 合 理 的 设计 。 １ ． ２ 确 保 电气 控 制 系 统 操 作 简 便 、经 济 、 具 备较 高 的安 全 性 考虑到 目前数控机床 的加工 车间，其工作 的环境相对恶 劣的情 况 ，很容易导致数控系统 出现故障 。特别是现场运作 当中 ，由于各 种 电磁对于 电气设备的干扰， 会加剧 电磁环境的进一步恶劣。 所 以， 为 了确保设备的正常运行 ，就 需要 电气控制系统拥有足够 的抗干扰 能力 ，才能够满足运作的要求 １ ． ３ 系统的正常工作需要合理、正确地选择电器元件 在设计 电气控制 电路 的时候 ，应 当对元器件的供应和 品质加 以 考虑 。另外 ，还应该考虑到安装 、调试 以及 日常维修等过程 ，从而 保 证 组 织 生 产 、 产 品 质 量 不 受 任 何 影 响 １ ． ４ 安 全性 保 障 在 设 计 电气 控 制 电 路 时 ，应 当重 视 设备 安全 以及 人 身安 全 ，设 计必须按照相应 的标准与安全规范进行操作 。确保各种信号 以及指 示容 易识别 ，操作容易切换、操作更加简便。 ２数控机床 电气控 制电路 的绘制原则 ２ ． １电气控制 电路的文字符号 以及图形 为 了将 电气控 制系 统的原理 和结 构等方面 的设 计意图正确 的表 达 出来 ，为 了更方便安装 、调试 、使用 以及维修 电器元件 ，在连接 各个 电器元件的时候 ，就 需要涉及到 的人员通过一定 的图将其表达 出来 。在 电气线路 的绘制 当中，必须按照 国家制定 的相关标准来绘 制 ，不能够使用其他非标准范围 内的符号。 ２ ． ２ 绘 制 电气 控 制 线 路 原理 图、安装 图是 电气控制 线路 最基本 的两种表示方 式。电气 原理 图 （ 本节主要是介绍 电气原理 图）主要是方便控制线路 的阅读 与分析 ，一般采取清晰 、简洁 、易懂 的原则 ，再根据工作原理绘制 出电气控制线路 。电气原理 图当中包含 了电气元件 的接线端子和导 电部分之 间的关系 ， 在 绘制过程 中，并非按照实际的接线情况绘制 ， 也不是按照实际位置进行绘制 。 在绘制 电气原理 图时 ，我们 需要把握 以下几点原则 ：第一 ，在 原理 图当中，必须按照 国家规定 的文字符号 以及 图形符号来表示 电 器 、电动机等元件 ，如果触点和线 圈属于 同一 电器 ，在表示时可 以 使用 同一文字符号 。如果 电气类型相 同，这 需要添加数字序号来加 以区分 ；第二 ，绘制原理 图一般分成主 电路和辅助 电路两个部分 。 主 电路指的是从 电源开始到 电动机绕组 的大 电流通过 的路径 。辅助 电路指的是信号 、照 明、控制 回路等方面 ；第三 ，在原理 图当中， 应该根据分析和 阅读 的原则来对各个 电器元件 的导 电部分位置进行 相应 的安排 ，并且 需要绘制在它们能够完成作用 的区域 其 中，我 们需要注意 同一 电器元件 的各个部件不 能够画在一起 ，需要 区分开 来 ；第 四，在原理 图当中，所有 电器触 点绘制都 需要在没有任何外 力作用或者是没有接通 的开 闭情况下进行绘制 。例如 ：行程开关 、 按钮 的触点就需要在不受 到任何外力 的前提下绘制 。继 电器就 需要 在未通 电的情况 下绘制 ；第五 ，在原理 图当中如果有 直接 电联系 的 交叉 导线 ，其表示需要用黑圆点。如果交叉导致没有 直接 的电联系 ，

数控机床的电气控制系统设计在设计数控机床电气控制系统时，首先要明确设计目标。

通常情况下，设计目标包括以下几个方面：高精度：提高数控机床的加工精度是首要任务。

电气控制系统作为机床的核心部分，对于提高机床精度起着至关重要的作用。

高效率：通过优化电气控制系统，提高机床的加工效率，从而缩短加工周期，提高产能。

易维护：考虑到后期维护和保养的问题，设计方案应使得电气控制系统易于更换和维修。

数控机床电气控制系统的组成部分主要包括以下几部分：主电路：包括电源、电动机、导轨等硬件设施，为整个系统提供动力。

控制电路：包括各种传感器、控制器、执行器等，用于监测和控制主电路的工作状态。

传感器：用于实时监测机床的工作状态，将信号反馈给控制电路。

操作显示屏：用于显示机床的工作状态和加工信息，同时也支持人工输入操作。

数控机床电气控制系统的设计步骤和方法如下：根据设计目标确定系统的基本架构，包括主电路和控制电路的布局。

根据设计要求选择合适的传感器和执行器，并布置在系统中。

依据系统的工作原理和性能要求，设计控制算法和程序，实现高精度和高效率的加工。

考虑到安全性，进行线路的优化和安全防护措施的设计。

数控机床电气控制系统的优化措施可以从以下几个方面进行：采用先进的控制算法：采用现代控制理论和方法，如模糊控制、神经网络控制等，以提高系统的动态性能和稳态精度。

提升智能化程度：通过引入人工智能和机器学习等技术，实现系统的自主决策和优化调整，提高生产效率。

增强抗干扰能力：针对恶劣工作环境和电磁干扰等问题，采取有效的电磁兼容设计和滤波抗干扰措施，以保证系统的稳定运行。

模块化和标准化设计：实现模块化设计和标准化元器件，便于系统的维护和升级，降低成本。

某汽车制造企业采用数控机床进行零部件的加工。

为了提高生产效率和降低成本，该企业决定对数控机床电气控制系统进行升级改造。

经过调研和分析，设计师团队采用了先进的模块化设计方案，使得系统更易于维护和扩展。

数控机床控制技术基础（第2版）222 3）主轴变频器单元。

要接基本的10V 模拟电压信号指令线、电源线和电动机电源线，还应接主轴正、反转控制线及保护信号线。

主轴电动机带单独供电电源的散热风扇时，散热电动机电源也要考虑。

（3）数控车床电气控制柜电路的连接。

1）注意事项。

① 就近原则。

两点间的连线走的路程尽量缩短，留出5cm ～20cm 的余量即可，不可以绕线。

② 强弱电尽量分开。

电柜中的强电和信号线尽量分开走线，目的是防止强电电缆所产生的电磁场对弱电信号进行干扰。

③ 连接两点间的线缆用一条完整的电线，不允许存在接头。

④ 采用接线端子时应连接牢靠，接线所用连接叉子的型号规格应该与接线端子相一致。

⑤ 整个电柜的连线应该整齐、清晰。

2）根据设计的电气原理图，将提供的光机连接起来。

连接时，可以采取相应的连接顺序进行连接，如可以分部件进行连接，也可以按照强电电缆、控制电缆、信号电缆、互连电缆等顺序进行连接，切记连接时没有顺序及章法。

① 主电源回路的连接包括伺服、变频器、步进电动机的强电电源的接线。

注意：连接强电电源时，不要将电源的输出端和输入端接反，否则会损坏设备。

② 数控系统刀架电动机连接时，应注意刀架电动机的互锁功能及接线的特点。

③ 数控系统继电器和输入端开关量控制接线的连接。

④ 数控装置和交流伺服控制线的连接。

⑤ 数控装置和步进电动机驱动器控制线的连接。

⑥ 数控装置和变频主轴控制线的连接。

⑦ 电动机电源线、反馈电缆及其他控制信号线的连接，包括急停回路、超程控制信号线的连接等。

⑧ 数控装置和手摇的连接。

综合实训5 数控铣床电气控制电路设计与连接1．实训目的（1）掌握数控铣床电气控制电路的设计方法。

（2）掌握数控铣床电气控制电路的连接。

2．实训内容及要求（1）实训内容。

HNC-21数控系统的铣床电气控制电路设计及连接。

（2）原理说明。

① 数控系统接口。

选用华中世纪星HNC-21数控系统，总体框图如图8.32所示。

数控机床电气控制课程设计前言随着数控技术的发展，数控机床已经成为现代工业中不可或缺的一部分。

而其电气控制系统的设计是其关键技术之一。

本文将介绍一种基于PLC控制器的数控机床电气控制系统设计方案。

设计方案系统架构本方案采用的是基于PLC控制器的电气控制系统设计方案。

具体来说，这个系统架构包括了以下几个部分：1.PLC控制器2.电气输入/输出模块3.人机界面4.步进电机驱动器5.直线电机驱动器6.伺服电机驱动器其中，PLC控制器是整个电气控制系统的核心，它负责控制整个系统的运行状态。

电气输入/输出模块则是负责接受电气控制信号并控制相关设备的运行。

人机界面则是负责与操作者进行交互的部分，包括显示系统的运行状态和控制参数。

步进电机驱动器、直线电机驱动器和伺服电机驱动器则分别是控制不同类型电机的部分。

控制策略在本方案中，控制策略采用的是开环控制策略。

具体来说，PLC控制器会根据运动轨迹和速度来控制步进电机和直线电机的运动。

而在伺服电机中，控制器将使用位置和速度反馈来控制伺服电机的运动。

接口设计人机界面通过使用触摸屏来实现交互。

在此基础上，系统将提供一个简单的图形界面，显示系统的运行状态和控制参数。

此外，还将提供一组操作按键，用于控制系统的开关与运行状态。

系统测试在实际使用前，本方案还需要进行一系列测试以检验电气控制系统的性能和可靠性。

首先，可将系统的控制参数设置到不同的值，并运行系统进行验证。

其次，对于系统中可能出现的故障，需要事先制定紧急处理措施。

最后，需要对整个系统进行长时间的稳定性测试，以确保其能持续稳定地运行。

总结本文介绍了一种基于PLC控制器的数控机床电气控制系统设计方案，并讨论了其系统架构、控制策略和接口设计。

此外，还介绍了对该系统进行测试的必要性。

通过这些措施，能有效提高数控机床的电气控制精度和效率，为现代工业生产提供技术支持。

机床电气控制系统设计步骤机床电气控制系统是机床不可缺少的重要组成部分，它对机床能否正确、可靠的工作起着决定性的作用。

近代机床高效率的生产方式使得机床的构造与电气控制密切相关，因此机床电气控制系统的设计应与机械部分的设计同步开展、严密配合，拟订出最正确的控制方案。

机床控制系统绝大多数属于电力拖动控制系统，电气设计内容一般包括：L拟定电气设计任务书（技术条件）2.确定电气传动控制方案，选择电动机。

3.设计电气控制原理图。

4.选择电气元、器件，制订电气设备、元件、器件清单及备件、易损件清单。

5.设计电气柜、操作台、配电板及非标准电气元件。

6.设计电气设备布置总图、电气安装图以及电气接线图。

7.编写电气说明书和使用操作说明书，包括操作顺序、调试方法、维护保养等说明。

根据实际情况，以上内容步骤可作适当调整。

1、拟定电气设计任务书依据机械设备设计总体技术方案拟定的电气设计任务书是整个电气设计的依据。

在任务书中，除了简要说明所设计的机械设备的型号、用途、工艺过程、技术性能、传动参数及现场工作条件外，还必须说明：1）用户供电电网的种类（AC或DC）、电压、频率及容量。

2）有关传动的基本特性：如运动部件的数量及用途；负载特性，调速指标；电动机的起动、制动、反向要求等。

3）有关电气控制的特性：如电气控制的基本方式，自开工作循环的组成，自动控制的动作程序，电气保护及联锁条件等。

4）有关操作方面的要求：如操作台的布置、测量显示、故障报警及照明等要求。

5）主要电气设备（电动机、执行电器及行程开关等）的参数及布置框图。

2、电力拖动方案确实定设计电气控制系统，首先要做的是：根据生产机械的调速要求，选择和确定合适的拖动方案。

在勿需电气调速和启动不频繁的场合，应首先考虑采用笼形异步电动机，仅在负载静转矩很大的拖动装置中，才考虑采用绕线式异步电动机。

当负载很平稳、功率大且启制动次数很少时，采用同步电动机更为合理，这样可充分发挥同步电动机效率高、功率因数高的优点，若通过调节激磁使它工作在过激情况下，还能提高电网的功率因数。

电气控制技术在数控机床中的运用Introduction数控机床作为现代工业生产中不可或缺的设备，其在生产加工过程中的高精度和高效率要求，对电气控制技术提出了更高的要求。

本文将探讨电气控制技术在数控机床中的运用，从硬件设计、软件开发和系统优化等方面进行分析和论述。

I. 数控机床电气控制硬件设计在数控机床中，电气控制系统的硬件设计起着决定性的作用。

首先，我们需要考虑电气控制系统所涉及的电气元件的选择和布局。

例如，选用高性能的电机作为执行元件，选择合适的传感器来获取工件状态信息，以及合理布置电气线路，确保电气控制系统的可靠性和稳定性。

其次，电气控制系统的接口设计也至关重要。

数控机床通常需要与上位计算机进行数据交换，因此，我们需要设计合理的接口模块。

例如，采用标准的通信接口协议（如RS-232或以太网），确保数据正常传输，并考虑到实时性和稳定性。

最后，对于数控机床电气控制系统的电源设计也是必不可少的。

稳定的供电对于数控机床的正常运行至关重要。

我们需要设计适当的电源模块，包括电源过滤电路、电源保护电路和稳压电路，以确保电气控制系统能够稳定地工作。

II. 数控机床电气控制软件开发除了硬件设计外，电气控制技术在数控机床中的运用还需要依靠软件的支持。

数控机床的电气控制系统通常由上位机和下位机组成，上位机负责生成控制指令，下位机负责执行控制指令。

在下位机中，我们需要编写相应的电气控制软件。

电气控制软件的开发包括编写程序、参数设定、控制逻辑设计等方面。

编写程序需要根据数控机床的具体需求，结合各种电气元件和传感器的特性，实现精确的运动控制和位置控制。

参数设定涉及到控制系统的各项参数，例如运动速度、加速度等，需要进行调试和优化以达到最佳的生产效果。

控制逻辑设计则需要考虑数控机床在加工不同工件时的不同工艺要求，并编写相应的控制算法。

III. 数控机床电气控制系统的优化为了提高数控机床的工作效率和加工精度，我们需要对电气控制系统进行优化。

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。