机床电气控制电路分析课件

1、第3章机床电气控制电路分析本章前言3.1普通车床电气控制电路分析3.2 普通铣床电气控制电路分析3.3 数控车床电气控制线路分析3.4 数控铣床电气控制线路分析下一页返回本章前言 在进行机械设备的加工过程中，机床是实际加工的设备。从功能上，可以将机床分为车床、铣床、幢床、刨床、钻床、磨床等;从外形上，可以将机床分为立式、臣式等;从控制方式上，可以将机床分为普通电控机床与数控机床等。除此之外，机床还有具体的加工尺寸、精度等方面的要求。 机床电气控制电路相对来说比较复杂，而目，与各部件的执行功能对应。所以，分析机床电气控制电路必须结合实际控制过程与执行情况。一般来说，机床电气控制电路分析步骤如下。

2、下一页返回本章前言 了解机床的卞要结构、运动方式、各部分对电气控制的要求。 分析卞电路。了解各电动机的用途、传动方案、控制方法及其工作状态。 分析控制电路和执行电路。拆分成基本环节来分析各卞令电器(如操作乎柄、开关、按钮)在电路中的功能。 分析电路中所能实现的保护、联锁及信号和照明电路的控制。上一页返回3.1普通车床电气控制电路分析 金属切削机床的机械运动分为3类:对金属工件进行切削的运动成为主运动(一般为机床卞轴的旋转运动);持续把金属工件的被切削层投入到切削的运动成为进给运动;其他运动统称为辅助运动。 中国生产的金属切削机床型号的组成形式及含义如图3.1所示。以 CA6140 车床为例进行

3、解释，如图 3.2所示。车床是机械加工行业中应用最广泛的一种机床，占机床总数的 1/3 以上，普通车床是车床中应用最多的。普通车床主要用来车削外圆、内圆、端面、螺纹、倒角、割槽、切断等，还可以安装钻头或者铰刀进行钻孔、铰孔等加工。下一页返回3.1普通车床电气控制电路分析3.1.1CA6140 车床主要结构及运动形式1. 主要结构普通车床主要由床身、主轴箱、挂轮箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾架、丝杠、光杠等部分组成，如图 3.3 所示。2. CA6140 车床主要运动形式车床主要用于加工各种回转表面，在进行车削加工时，工件被夹在卡盘上由主轴带动旋转；加工工具车刀被装在刀架上，由溜板、溜板箱带

4、动作横向和纵向运动，以改变车削的位置和深度。这样看来，车床的主运动是主轴的旋转运动，进给运动是溜板箱带动刀架的直线运动，辅助运动是刀架的快速移动和工件的被加紧与放松。上一页下一页返回3.1普通车床电气控制电路分析3.1.2CA6140 车床电气控制线路分析CA6140 车床的电气原理图如图 3.4 所示。1. 主电路分析该机床主电路有 3 台控制电机。一是主电机 M1，完成主轴主运动和刀具的纵横向进给运动的驱动。该电动机为不能调速的笼型感应电动机，主轴采用机械变速，正反向运动采用机械换向机二是冷却泵电动机 M2，加工时提供冷却液，以防止刀具和工件的温升过高。三是电动机 M3，为刀架快速移动电动

5、机，可根据使用需要，随时手动控制启动或停止。上一页下一页返回3.1普通车床电气控制电路分析电动机均采用全压直接启动，皆为接触器控制的单向运行控制电路。三相交流电源通过低压断路器 QS 引入，接触器 KM1 的主触头控制 M1 的启动和停止；接触器 KM2 的主触头控制 M2 的启动和停止；接触器 KM3 的主触头控制 M3 的启动和停止。M1、M2 为连续运动的电动机，分别利用热继电器 FR1、FR2 作过载保护；M3为短时工作电动机，因此未设过载保护。熔断器 FU1、FU2 分别对主电路、控制电路和辅助电路实行短路保护。上一页下一页返回3.1普通车床电气控制电路分析2. 控制电路分析控制电路

6、的电源为制变压器 TC 次级输出 110 V 电压。主轴电动机的控制：采用了具有过载保护全压启动控制的典型环节。按下启动按钮 SB2，接触器 KM1 得电吸合，其辅助动断触头 KM1 闭合自锁，KM1 的主触头闭合，主轴电动机 M1 启动；同时其辅助动合触头 KM1 闭合，作为 KM2 得电的先决条件，按下停止按钮 SB1，接触器 KM1 失电释放，电动机 M1 停转。冷却泵电动机 M2 的控制：采用两台电动机 M1、M2 顺序连续控制的典型环节，以满足生产要求，使主轴电动机启动后，冷却泵电动机才能启动；当主轴电动机停止运行时，冷却泵电动机也自动停止运行。主轴电动机 M1 启动后，即在接触器

7、KM1 得电吸合的情况下，其辅助动合触头 KM1 闭合，因此合上开关 SQ1，使接触器 KM2 线圈得电吸合，冷却泵电动机 M2 才能启动。上一页下一页返回3.1普通车床电气控制电路分析刀架快速移动电动机 M3 的控制：采用点动控制。按下按钮 SB3，KM3 得电吸合，其主触头闭合，对 M3 电动机实施点动控制。电动机 M3 经传动系统，驱动溜板带动刀架快速移动。松开 SB3、KM3 失电释放，电动机 M3 停转。3. 照明与电源信号电路电源同样由 TC 提供，照明电压 24 V 为安全电压，EL 由转换开关 SQ2 控制；HL 为电源信号灯，信号电压为 6.3 V，只要三相电源正常，HL 就

8、工作，分别由FU3、FU4 作短路保护。上一页下一页返回3.1普通车床电气控制电路分析4. 电气保护（1）失电压、欠电压保护电动机正常工作时，如果因为电源电压消失或者欠压而停转，一旦电源电压恢复时，有可能自行启动，电动机的自行启动将造成人身事故或机械设备损坏。为防止电压恢复时电动机自行启动或电器元件自行投入工作而设置的保护，电磁感应加热，称为失电压、欠电压保护。采用接触器和按钮控制的启动、停止，就具有失电压、欠电压保护作用。这是因为当电源电压消失或者欠压时，接触器就会自动释放而切断电动机电源，当电源电压恢复时，由于接触器自锁触头已断开，不会自行启动。如果不是采用按钮而是用不能自动复位的手动开关

9、、行程开关来控制接触器，必须采用专门的零压、欠压继电器。工作过程中一旦失电或者欠压，零压、欠压继电器释放，其自锁电路断开，电源电压恢复时，不会自行启动。上一页下一页返回3.1普通车床电气控制电路分析KM1、KM2 和 KM3 分别控制电动机 M1、M2 和 M3 的启停就可以实现失电压、欠电压保护。（2）短路保护称某电路的电流瞬间增大为原来 10 倍以上时的现象为短路。短路对电路、用电器、低压电器、电动机等都具有强大的破坏作用，可以轻而易举地烧毁任何电器。可以达到保护功能的电器通常用熔断器、断路器等。熔断器 FU 用作总电源的短路保护，FU1、FU2 分别对主电路、控制电路和辅助电路实行短路保

10、护。FU3、FU4 分别对照明与电源信号电路实行短路保护。另外，总电源开关通常用断路器，也有短路保护功能。上一页下一页返回3.1普通车床电气控制电路分析（3）过载、过热保护如果电动机长时间处于过载工作，电动机的转子电流因此而长时间地超过额定值工作，转子绕组产生的热量也同样超出自身的散热能力，从而引起转子绕组过热而被烧毁。可见，连续运动电动机的电路必须要有过热、过载保护装置。热继电器 FR1、FR2 分别对连续运动的电动机 M1、M2 作过载保护，M3 为短时工作电动机，因此未设过载保护。上一页下一页返回3.1普通车床电气控制电路分析（4）接地保护机壳接地、变压器副边可靠接地，防止意外触电，通过

11、 XB 接地实现。3.1.3CA6140 车床的电器元件明细表（表 3.1）3.1.4CA6140 车床常见的电气故障诊断与维修（表 3.2）上一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析铣床可以用来加工各种形式的表面，如平面、成型面，各种形式的沟槽；也可以用来加工各种回转体。铣床按结构和形式可以分为升降台式铣床、无升降台式铣床、仿形铣床、龙门铣床等。升降台式铣床又可以分为卧式铣床、卧式万能铣床和立式铣床，X62W 就是卧式万能铣床。X62W 型号的组成形式及含义如图 3.5所示。3.2.1X62W 铣床主要结构及运动形式1. 主要结构铣床主要结构由床身、主轴、刀杆、横梁、工作台、回转盘、横溜板和

12、升降台等几部分组成，如图 3.6、图 3.7 所示。下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析箱形的床体固定在底座上，在床身内装有主轴传动机构及主轴的变速机构。顶部有水平导轨，导轨上带有一个或两个刀杆支架的悬梁。刀杆支架用来支承安装铣刀心轴的一端，而心轴的另一端固定在主轴上。在床身的前方有垂直导轨，一端悬持的升降台可沿轨道上下移动。在升降台上面的水平导轨上，装有可平行于主轴轴线方向移动的溜板（横向移动），工作台可以沿着溜板上部转动部分的导轨在垂直于主轴轴线的方向移动（纵向移动）。这样，安装在工作台上的工件，可以在 3 个方向调整位置完成进给运动。此外，由于转动部分对溜板可绕垂直轴线转动一个角度

13、（通常为45）。这样，工作台于水平面上除了那个平行于或者垂直于主轴轴线方向进给以外，还在倾斜方向上进给，从而完成铣螺旋槽的加工。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析2. X62W 铣床主要运动形式（1）运动形式主轴转动是由主轴电动机通过弹性联轴器来驱动传动机构，当机构中的一个双联滑动齿轮块啮合时，主轴即可旋转。工作台面的移动是由进给电动机驱动，它通过机械机构使工作台能进行 3 种形式 6 个方向的移动，即：工作台面能直接在溜板上部可转动部分的导轨上作纵向（左、右）移动；工作台面借助横溜板做横向（前、后）移动；工作台面还能借助升降台做垂直（上、下）移动。上一页下一页返回3.2 普通铣

14、床电气控制电路分析（2）铣床对电气线路的主要要求 机床要求有 3 台电动机，分别称为主轴电动机、进给电动机和冷却泵电动机。 由于加工时有顺铣和逆铣两种，所以要求主轴电动机能正反转及在变速时能瞬时冲动一下，以利于齿轮的啮合，并要求还能制动停车和实现两地控制。 工作台的 3 种运动形式、6 个方向的移动是依靠机械的方法来达到的，对进给电动机要求能正反转，且要求纵向、横向、垂直 3 种运动形式相互间应有联锁，以确保操作安全。同时要求工作台进给变速时，电动机也能瞬时冲动、快速进给及两地控制等。 冷却泵电动机只要求正转。 进给电动机与主轴电动机需实现两台电动机的联锁控制，即主轴工作后才能进行进给。上一页

15、下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析3.2.2 X62W 铣床电气控制线路分析X62W 铣床的电气原理图如图 3.8 所示，铣床的电气控制较车床要复杂得多。1. 主电路分析主电路有 3 台电动机：M1 是主轴电动机；M2 是进给电动机；M3 是冷却泵电动机。主轴电动机 M1 通过换相开关 SA5 与接触器 KM1 配合，能进行正反转控制，而与接触器 KM2制动电阻器及速度继电器的配合，能实现串电阻瞬时冲动和正、反转反接制动控制，并能通过机械进行变速。进给电动机 M2 能进行正反转控制，通过接触器 KM3、KM4 与行程开关及KM5、牵引电磁铁 YA 配合，能实现进给变速时的瞬时冲动、6

16、个方向的常速进给和快速进给控制。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析冷却泵电动机 M3 只能正转。熔断器 FU1 做机床的总短路保护，也兼做 M1 的短路保护；FU2 作为 M2、M3及控制变压器 TC、照明灯 EL 的短路保护；热继电器 FR1、FR2、FR3 分别作为M1、M2、M3 的过载保护。2. 控制电路分析（1）主轴电动机的控制（电路如图 3.8 所示） SB1、SB3 与 SB2、SB4 是分别装在机床两边的停止（制动）和启动按钮，实现两地控制，方便操作。 KM1 是主轴电动机的启动接触器，KM2 是反接制动和主轴变速的冲动接触器。 SQ7 是与主轴变速手柄联动的瞬时

17、动作行程开关。 主轴电动机需启动时，要先将 SA5 扳到主轴电动机所需要的旋转方向，然后再按启动按钮 SB3 或 SB4 来启动电动机 M1。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析 M1 启动后，速度继电器 KS 的一副常开触点闭合，为主轴电动机的停转制动做好准备。 停车时，按停止按钮 SB1 或 SB2 切断 KM1 电路，接通 KM2 电路，改变 M1的电源相序进行串电阻反接制动。当 M1 的转速低于 120 r/min 时，速度继电器 KS的一组常开触点恢复断开，切断 KM2 电路，M1 停转，制动结束。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析为了实现主轴电动机迅速、准

18、确停车，采用电磁离合器 YC1 制动，如图 3.9 所示。 主轴电动机变速时的瞬动（冲动）控制，是利用变速手柄与冲动行程开关 SQ7 通过机械上联动机构进行控制的。变速时，先下压变速手柄，然后拉到前面，当快要落到第二道槽时，转动变速盘，选择需要的转速。此时凸轮压下弹簧杆，使冲动行程 SQ7 的常闭触点先断开，切断 KM1线圈的电路，电动机 M1 断电；同时 SQ7 的常开触点后接通，KM2 线圈得电动作，M1 被反接制动。当手柄拉到第二道槽时，SQ7 不受凸轮控制而复位，M1 停转。接着把手柄从第二道槽推回原始位置时，凸轮又瞬时压动行程开关 SQ7，使 M1 反向瞬时冲动一下，以利于变速后的齿

19、轮啮合。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析注意，不论是开车还是停车时，都应以较快的速度把手柄推回原始位置，以免通电时间过长，引起 M1 转速过高而打坏齿轮，如图 3.10 所示。（2）工作台进给电动机的控制工作台的纵向、横向和垂直运动都由进给电动机 M2 驱动，接触器 KM3 和 KM4使 M2 实现正反转，用以改变进给运动方向。它的控制电路采用了与纵向运动机械操作手柄联动的行程开关 SQ1、SQ2 和横向及垂直运动机械操作手柄联动的行程开关 SQ3、SQ4 组成复合联锁控制。即在选择 3 种运动形式的 6 个方向移动时，只能进行其中一个方向的移动，以确保操作安全，当这两个机械操

20、作手柄都在中间位置时，各行程开关都处于未压的原始状态。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析由主电路可知：M2 电动机在主轴电动机 M1 启动后才能进行工作。在机床接通电源后，将控制圆工作台的组合开关 SA3-2 扳到断开状态，使触点 SA3-1 和 SA3-3闭合，然后按下 SB3 或 SB4，这时接触器 KM1 吸合，就可进行工作台的进给控制。 工作台纵向（左右）运动的控制。工作台的纵向运动是由进给电动机 M2驱动，由纵向操纵手柄来控制。此手柄是复式的，一个安装在工作台底座的顶面中央部位，另一个安装在工作台底座的左下方。手柄有 3 个：向左、向右、零位。当手柄扳到向右或向左运动方

21、向时，手柄的联动机构压下行程 SQ2 或 SQ1，使接触器 KM4 或 KM3 动作，控制进给电动机 M2 的转向。工作台左右运动的行程，可通过调整安装在工作台两端的撞铁位置来实现。当工作台纵向运动到极限位置时，撞铁撞动纵向操纵手柄，使它回到零位，M2 停转，工作台停止运动，从而实现了纵向终端保护。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析工作台向左运动：在 M1 启动后，将纵向操作手柄扳至向右位置，一方面机械接通纵向离合器，同时在电气上压下 SQ2，使 SQ2-2 断、SQ2-1 通，而其他控制进给运动的行程开关都处于原始位置，此时使 KM4 吸合、M2 反转，工作台向左进给运动。工作

22、台向右运动：当纵向操纵手柄扳至向左位置时，机械上仍然接通纵向进给离合器，但却压动了行程开关 SQ1，使 SQ1-2 断、SQ1-1 通，使 KM3 吸合、M2正转，工作台向右进给运动。各开关位置及其动作说明见表 3.3。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析 工作台垂直（上下）和横向（前后）运动的控制。工作台的垂直和横向运动，由垂直和横向进给手柄操纵。此手柄也是复式的，有两个完全相同的手柄分别装在工作台左侧的前、后方。手柄的联动机械一方面压下行程开关 SQ3 或 SQ4，同时能接通垂直或横向进给离合器。操纵手柄有 5 个位置（上、下、前、后、中间），5 个位置是联锁的，工作台的上下和

23、前后的终端保护是利用装在床身导轨旁、在工作台座上的撞铁，将操纵十字手柄撞到中间位置，使 M2 断电停转。工作台向后（或者向上）运动的控制：将十字操纵手柄扳至向后（或者向上）位置时，机械上接通横向进给（或者垂直进给）离合器，同时压下 SQ3，使 SQ3-2断、SQ3-1 通，使 KM3 吸合、M2 正转，工作台向后（或者向上）运动。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析工作台向前（或者向下）运动的控制：将十字操纵手柄扳至向前（或者向下）位置时，机械上接通横向进给（或者垂直进给）离合器，同时压下 SQ4，使 SQ4-2断、SQ4-1 通，使 KM4 吸合、M2 反转，工作台向前（或者向下

24、）运动。 进给电动机变速时的瞬动（冲动）控制：变速时，为使齿轮易于啮合，进给变速与主轴变速一样，设有变速冲动环节。当需要进行进给变速时，应将转速盘的蘑菇形手轮向外拉出并转动转速盘，把所需进给量的标尺数字对准箭头，然后再把蘑菇形手轮用力向外拉到极限位置并随即推向原位，就在一次操纵手轮的同时，其连杆机构二次瞬时压下行程开关 SQ6，使 KM3 瞬时吸合、M2 做正向瞬时冲动。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析由于进给变速瞬时冲动的通电回路要经过 SQ1SQ4 这 4 个行程开关的常闭触点，因此只有当进给运动的操作手柄都在中间（停止）位置时，才能实现进给变速冲动控制，以保证操作时的安全

25、。同时，与主轴变速时冲动控制一样，电动机的通电时间不能太长，以防止转速过高，在变速时打坏齿轮。 工作台的快速进给控制：为提高劳动生产率，要求铣床在不做铣切加工时，工作台能快速移动。工作台快速进给也是由进给电动机 M2 来驱动，在纵向、横向和垂直 3 种运动形式 6 个方向上都可以实现快速进给控制。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析主轴电动机启动后，将进给操纵手柄扳到所需位置，工作台按照选定的速度和方向做常速进给移动时，再按下快速进给按钮 SB5（或 SB6），使接触器 KM5通电吸合，接通牵引电磁铁 YA，电磁铁通过杠杆使摩擦离合器合上，减少中间传动装置，使工作台按运动方向做快速

26、进给运动。当松开快速进给按钮时，电磁铁YA 断电，摩擦离合器断开，快速进给运动停止，工作台仍按原常速进给时的速度继续运动。（3）圆工作台运动的控制铣床如需铣切螺旋槽、弧形槽等曲线时，可在工作台上安装圆形工作台及其传动机械，圆形工作台的回转运动也是由进给电动机 M2 传动机构驱动的。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析圆工作台工作时，应先将进给操作手柄都扳到中间（停止）位置，然后将圆工作台组合开关 SA3 扳到圆工作台接通位置。此时，SA3-1 断、SA3-3 断、SA3-2 通。准备就绪后，按下主轴启动按钮 SB3 或 SB4，则接触器 KM1 与 KM3 相继吸合。主轴电动机 M

27、1 与进给电动机 M2 相继启动并运转，而进给电动机仅以正转方向带动圆工作台作定向回转运动。由上可知，圆工作台与工作台进给有互锁，即当圆工作台工作时，不允许工作台在纵向、横向、垂直方向上有任何运动。若误操作而扳动进给运动操纵手柄（即压下 SQ1SQ4、SQ6 中的任一个），M2 即停转。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析轴电动机 M1 与进给电动机 M2 相继启动并运转，而进给电动机仅以正转方向带动圆工作台作定向回转运动。由上可知，圆工作台与工作台进给有互锁，即当圆工作台工作时，不允许工作台在纵向、横向、垂直方向上有任何运动。若误操作而扳动进给运动操纵手柄（即压下 SQ1SQ4、

28、SQ6 中的任一个），M2 即停转。（4）换刀制动在主轴上刀或换刀时，主轴的意外转动将造成人身事故。因此在上刀和换刀时，应使主轴处于制动状态。控制线路中采用了在停止按钮动合触点两端并联一个转换开关 SA2-2 触点，在换刀时使它处于接通状态，电磁离合器 YC1 线圈通电，主轴处于制动状态。换刀结束后，将 SA2 拨到断开位置，这时 SA2-2 触点断开，为主轴启动做好准备。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析3. 照明电路照明电源同样由 TL 提供，照明电压 24 V 为安全电压，EL 由转换开关 SA4控制，由 FU4 做短路保护。4. 电气保护 失电压、欠电压保护：所有的电动机

29、都采用接触器和按钮控制的启动停止，具有失电压、欠电压保护作用。 短路保护：熔断器 FU1FU6 分别对总电源、主电路、变压器电路、控制电路、照明电路和直流电路等有短路保护作用。上一页下一页返回3.2 普通铣床电气控制电路分析 过载、过热保护：热继电器 FR1、FR2、FR3 分别对 M1、M2、M3 做过载保护。 接地保护：所有电动机机壳均可靠接地，防止漏电引起的触电。3.2.3X62W 铣床的电器元件明细表（表 3.4）3.2.4X62W 铣床的故障诊断与维修（表 3.5）上一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析数控（Numerical Control，NC）技术是指用数字、文字和符号组成

30、的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。数控技术通常也叫计算机数控技术（ComputerizedNumerical Control，CNC），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执

31、行元件带动设备运行。下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析传统的机械加工都是用手工操作普通机床作业的，加工时用手摇动机械刀具切削金属，靠眼睛用卡尺等工具测量产品的精度。现代工业早已使用电脑数字化控制的机床进行作业了，数控机床可以按照技术人员事先编好的程序自动对任何产品和零部件直接进行加工。这就是人们说的“数控加工”。数控机床一般由加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统和辅助控制装置、检测反馈系统以及机床本体组成。数控车床由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析3.3.1数控车床的组成数控车

32、床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件车削加工。卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。卧式数控车床按功能可进一步分为经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心，如图 3.11 所示。TK1640 数控车床采用主轴变频调速，机床主轴的旋转运动由 5.5 kW 变频主轴电动机经皮带传动至 I 轴，经三联齿轮变速将运动传至主轴，并得到低速、中速和高速 3 段范围内的无级变速。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析机床进给为两轴联动，配有四工位电动刀架，可满足不同需要的加工。Z 坐标为大拖板左右运动方向，其运动由 GK6063-6AC

33、31 交流永磁伺服电动机与滚珠丝杠直联实现；X 坐标为中拖板前后运动方向，其运动由 GK6062-6AC31交流永磁伺服电动机通过同步齿形带及带轮带动滚珠丝杠和螺母实现。为保证螺纹车削加工时主轴转一圈，刀架移动一个导程（即被加工螺纹导程）。主轴箱的左侧安装了一个光电编码器配合纵向进给交流伺服电动机，主轴至光电编码器的齿轮传动比为 1:1。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析数控机床的主轴性能是在很宽范围内转速连续可调，恒功率范围宽。当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时，则需要对主轴进行进给控制和位置控制。此时，主轴驱动系统也可称为主轴伺服系统，主轴电动机装配有编码

34、器或者在主轴上安装外置式的编码器，作为主轴位置检测。主轴驱动变速目前主要有两种形式：一是主轴电动机带齿轮换挡，目的在于降低主轴转速，增大传动比，以适应切削的需要；二是主轴电动机通过同步齿形带或 V 带驱动主轴，该类主轴电动机又称宽域电动机或强切削电动机，具有恒功率宽的特点。由于无需机械变速，主轴箱内省了齿轮和离合器，主轴箱实际上成为主轴支架，简化了主传动系统，从而提高了传动链的可靠性。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析由于交流驱动系统保持了直流驱动系统的优越性，而且交流电动机无须维护，便于制造，不受恶劣环境影响，所以目前直流驱动系统已被交流驱动系统所取代。初期是采用模拟式交流伺服

35、系统，而现在伺服系统的主流是数字式交流伺服系统。交流伺服驱动系统走向数字化，驱动系统中的电流环、速度环的反馈控制已全部数字化，系统的控制模型和动态补偿均由高速微处理器实时处理，增强了系统自诊断能力，提高了系统的快速性和精度。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析3.3.2TK1640 数控车床的电气控制电路 1. 机床的运动及控制要求如前所述，TK1640 数控车床主轴的旋转运动由 5.5 kW 变频主轴电动机实现，与机械变速配合得到低速、中速和高速 3 段范围的无级变速。Z 轴、X 轴的运动由交流伺服电动机带动滚珠丝杠实现，两轴的联动由数控系统控制。加工螺纹由光电编码器与交流伺服电

36、动机配合实现。除上述运动外，还有电动刀架的转位，冷却电动机的启、停等。2. 主回路分析图 3.12 是 TK1640 数控车床电气控制中的 380 V 强电主回路。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析图中，QF1 为电源总开关。QF3、QF2、QF4、QF5 分别为主轴强电、伺服强电、冷却电动机、刀架电动机的空气开关，它们的作用是接通电源及短路、过流时起保护作用。其中，QF4、QF5 带辅助触头，该触点输入到 PLC，作为 QF4、QF5 的状态信号，并且这两个空气开关的保护电流为可调的，可根据电动机的额定电流来调节空气开关的设定值，起到过流保护作用。KM3、KM1、KM6 分别为

37、主轴电动机、伺服电动机、冷却电动机的交流接触器，由它们的主触点控制相应电动机；KM4、KM5 为刀架正反转交流接触器，用于控制刀架的正反转。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析TC1 为三相伺服变压器，将交流 380 V 变为交流 200 V，供给伺服电源模块。RC1、RC3、RC4 为阻容吸收，当相应的电路断开后，吸收伺服电源模块、冷却电动机、刀架电动机中的能量，避免产生过电压而损坏器件。3. 电源电路分析图 3.13 为 TK1640 数控车床电气控制中的电源回路图。图 3.13 中，TC2 为控制变压器，初级为 AC380 V，次级为 AC110 V、AC220 V、AC24

38、 V。其中，AC110 V 给交流接触器线圈和强电柜风扇提供电源；AC24 V 给电柜门指示灯、工作灯提供电源；AC220 V 通过低通滤波器滤波给伺服模块、电源模块、DC24 V 电源提供电源；VC1 为 24 V 电源，将 AC220 V 转换为 DC24 V 电源，给世纪星数控系统、PLC 输入/输出、24 V 继电器线圈、伺服模块、电源模块、吊挂风扇提供电源；QF6、QF7、QF8、QF9、QF10 为空气开关为电路的短路保护。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析4. 控制电路分析（1）主轴电动机的控制图 3.14、图 3.15 分别为交流控制回路图和直流控制回路图。在图

39、3.12 中，先将 QF2、QF3 空气开关合上，在图 3.15 中，当机床未压限位开关、伺服未报警、急停未压下、主轴未报警时，KA2、KA3 继电器线圈通电，继电器触点吸合，并且 PLC 输出点 Y00 发出伺服允许信号，KA1 继电器线圈通电，继电器触点吸合。在图 3.14 中，KM1 交流接触器线圈通电，交流接触器触点吸合，KM3 主轴交流接触器线圈通电，在图 3.12 中交流接触器主触点吸合，主轴变频器加上 AC380 V 电压。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析若有主轴正转或主轴反转及主轴转速指令时（手动或自动），在图 3.15 中，PLC 输出主轴正转 Yl0 或主轴

40、反转 Y11 有效、主轴转速指令输出对应于主轴转速的直流电压值（010 V）至主轴变频器上，主轴按指令值的转速正转或反转；当主轴速度到达指令值时，主轴变频器输出主轴速度到达信号给 PLC，主轴转动指令完成。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析主轴的启动时间、制动时间由主轴变频器内部参数设定。（2）刀架电动机的控制当有手动换刀或自动换刀指令时，经过系统处理转变为刀位信号，这时，在图 3.15 中，PLC 输出 Y06 有效，KA6 继电器线圈通电，继电器触点闭合，在图3.14 中，KM4 交流接触器线圈通电，交流接触器主触点吸合，刀架电动机正转；当 PLC 输入点检测到指令刀具所对应

41、的刀位信号时，PLC 输出 Y06 有效撤销，刀架电动机正转停止；接着 PLC 输出 Y07 有效，KA7 继电器线圈通电，继电器触点闭合，在图 3.14 中 KM5 交流接触器线圈通电，交流接触器主触点吸合，刀架电动机反转，延时一定时间后（该时间由参数设定，并根据现场情况做调整），PLC输出 Y07 有效，KM5 交流接触器主触点断开，刀架电动机反转停止，换刀过程完成。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析为了防止电源短路和电气互锁，在刀架电动机正转继电器线圈、接触器线圈回路中串入了反转继电器、接触器常闭触点，反转继电器、接触器线圈回路中串入了正转继电器、接触器常闭触点，如图 3.

42、14 和图 3.15 所示。注意，刀架转位选刀只能一个方向转动，取刀架电动机正转。刀架电动机反转时，刀架锁紧定位。（3）冷却电动机控制当有手动或自动冷却指令时，这时在图 3.15 中 PLC 输出 Y05 有效，KA8 继电器线圈通电，继电器触点闭合，在图 3.14 中 KM6 交流接触器线圈通电，交流接触器主触点吸合，冷却电动机旋转，带动冷却泵工作。5. 主轴电动机与变频器控控制对应接线图（图 3.16）上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析3.3.3数控车加工程序的结构和常用代码1. F 功能F 功能指令用于控制切削进给量。在程序中，有两种使用方法。（1）每转进给量编程格式：G9

43、5 FF 后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为 mm/r。例：G95 F0.2 表示进给量为 0.2 mm/r。（2）每分钟进给量编程格式：G94 FF 后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为 mm/min。例：G94 F100 表示进给量为 100 mm/min。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析2. S 功能S 功能指令用于控制主轴转速。编程格式：SS 后面的数字表示主轴转速，单位为 r/min。在具有恒线速功能的机床上，S功能指令还有如下作用。（1）最高转速限制编程格式：G50 SS 后面的数字表示的是最高转速，单位为 r/min。例：G50 S3000 表示最高转速限

44、制为 3 000 r/min。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析（2）恒线速控制编程格式：G96 SS 后面的数字表示的是恒定的线速度，单位为 m/min。例：G96 S150 表示切削点线速度控制在 150 m/min。（3）恒线速取消编程格式：G97 SS 后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如果 S 未指定，将保留G96 的最终值。例：G97 S3000 表示恒线速控制取消后主轴转速 3 000 r/min。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析3. T 功能T 功能指令用于选择加工所用刀具。编程格式：TT 后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。但也有 T

45、 后面用 4 位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。例：T0303 表示选用 3 号刀及 3 号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。T0300 表示取消刀具补偿。4. M 功能M00：程序暂停，可用 NC 启动命令（CYCLE START）使程序继续运行。M01：计划暂停，与 M00 作用相似，但 M01 可以用于机床“任选停止按钮”选择是否有效。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析M03：主轴顺时针旋转。M04：主轴逆时针旋转。M05：主轴旋转停止。M08：冷却液开。M09：冷却液关。M30：程序停止，程序复位到起始位置。5. 加工坐标系设置 G

46、50编程格式：G50 X Z式中，X、Z 的值是起刀点相对于加工原点的位置。G50 使用方法与 G92 类似。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析6. 快速定位指令 G00G00 指令命令机床以最快速度运动到下一个目标位置，运动过程中有加速和减速，该指令对运动轨迹没有要求。指令格式：G00 X（U）_ Z（W）_当用绝对值编程时，X、Z 后面的数值是目标位置在工件坐标系的坐标。当用相对值编程时，U、W 后面的数值则是现在点与目标点之间的距离与方向。因为 X 轴和 Z 轴的进给速率不同，因此机床执行快速运动指令时两轴的合成运动轨迹不一定是直线，因此在使用 G00 指令时，一定要注意避

47、免刀具和工件及夹具发生碰撞。如果忽略这一点，就容易发生碰撞，而快速运动状态下的碰撞就更加危险。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析7. 直线插补指令 G01G01 指令命令机床刀具以一定的进给速度从当前所在位置沿直线移动到指令给出的目标位置。指令格式：G01 X（U）_Z（W）_F其中，F 是切削进给率或进给速度，单位为 mm/r 或 mm/min，取决于该指令前面程序段的设置。使用 G01 指令时可以采用绝对坐标编程，也可采用相对坐标上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析编程。当采用绝对坐标编程时，数控系统在接受 G01 指令后，刀具将移至坐标值为 X、Z 的点上；当采

48、用相对坐标编程时，刀具移至距当前点的距离为 U、W值的点上。8. 圆弧插补指令 G02、G03圆弧插补指令命令刀具在指定平面内按给定的 F 进给速度做圆弧插补运动，用于加工圆弧轮廓。圆弧插补命令分为顺时针圆弧插补指令 G02 和逆时针圆弧插补指令 G03 两种。其指令格式如下。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析顺时针圆弧插补的指令格式： G02 X（U）_Z（W）_I_K_F_G02 X（U）_Z（W）_R_ F_逆时针圆弧插补的指令格式： G03 X（U）_Z（W）_ I_K_F_G03 X（U）_Z（W）_R_ F_上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析使用圆弧插补

49、指令，可以用绝对坐标编程，也可以用相对坐标编程。绝对坐标编程时，X、Z 是圆弧终点坐标值；增量编程时，U、W 是终点相对起始点的距离。圆心位置的指定可以用 R，也可以用 I、K，R 为圆弧半径值；I、K 为圆心在 X轴和 Z 轴上相对于圆弧起点的坐标增量；F 为沿圆弧切线方向的进给率或进给速度。当用半径 R 来指定圆心位置时，由于在同一半径 R 的情况下，从圆弧的起点到终点有两种圆弧的可能性，大于 180和小于 180两个圆弧。为区分起见，特规定圆心角180时，用“+R”表示；180时，用“R”。注意：R 编程只适于非整圆的圆弧插补的情况，不适于整圆加工。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控

50、制线路分析9. 暂停指令 G04G04 指令用于暂停进给，其指令格式：G04 P_ 或 G04 X（U）_暂停时间的长短可以通过地址 X（U）或 P 来指定。其中，P 后面的数字为整数，单位是 ms；X（U）后面的数字为带小数点的数，单位为 s。有些机床，X（U）后面的数字表示刀具或工件空转的圈数。该指令可以使刀具作短时间的无进给光整加工，在车槽、钻镗孔时使用，也可用于拐角轨迹控制。例如，在车削环槽时，若进给结束立即退刀，其环槽外形为螺旋面，用暂停指令 G04 可以使工件空转几秒钟，即能将环形槽外形光整圆，例如欲空转 2.5 s 时其程序段为：G04 X2.5 或 G04 U2.5 或 G04

51、 P2500上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析10. 英制和米制输入指令 G20、G21G20 表示英制输入，G21 表示米制输入。G20 和 G21 是两个可以互相取代的代码。机床出厂前一般设定为 G21 状态，机床的各项参数均以米制单位设定，所以数控车床一般适用于米制尺寸工件加工，如果一个程序开始用 G20 指令，则表示程序中相关的一些数据均为英制（单位为英寸）；如果程序用 G21 指令，则表示程序中相关的一些数据均为米制（单位为 mm）。在一个程序内，不能同时使用G20 或 G21 指令，且必须在坐标系确定前指定。G20 或 G21 指令断电前后一致，上一页下一页返回3.3

52、 数控车床电气控制线路分析即停电前使用 G20 或 G21 指令，在下次后仍有效，除非重新设定。11. 进给速度量纲控制指令 G98、G99在数控车削中有两种切削进给模式设置方法，即进给率（每转进给模式）和进给速度（每分钟进给模式）。 进 给 率 ， 单 位 为 mm/r ， 其 指 令 为 ： G99 ， 进 给 率 转 换 指 令 ：G01X_Z_F_，F 的单位为 mm/r。 进给速度，单位为 mm/min，其指令为：G98，进给速度转换指令：G01X_Z_F_， F 的单位为 mm/min。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析G98 和 G99 都是模态指令，一旦指定就一直

53、有效，直到指定另一方式为止。车削 CNC 系统缺省的进给模式是进给率，即每转进给模式，只有在用动力刀具铣削时才采用每分钟进给模式。12. 参考点返回指令 G27、G28、G30参考点是 CNC 机床上的固定点，可以利用参考点返回指令将刀架移动到该点。可以设置最多 4 个参考点，各参考点的位置利用参数事先设置。接通电源后必须先进行第一参考点返回，否则不能进行其他操作。参考点返回有两种方法。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析（1）返回参考点检查 G27G27 用于检验 X 轴与 Z 轴是否正确返回参考点。指令格式：G27 X（U）_ Z（W）_X（U）、Z（W）为参考点的坐标。执行

54、G27 指令的前提是机床通电后必须手动返回一次参考点。执行该指令时，各轴按指令中给定的坐标值快速定位，且系统内部检查检验参考点的行程开关信号。如果定位结束后检测到开关信号指令正确，则参考点的指示灯亮，说明滑板正确回到了参考点位置；如果检测到的信号不正确，系统报警，说明程序中指令的参考点坐标值不对或机床定位误差过大。上一页下一页返回3.3 数控车床电气控制线路分析（2）参考点返回指令 G28、G30G28 X（U）_ Z（W）_，第一参考点返回，其中，X（U）、Z（W）为参考点返回时的中间点，X、Z 为绝对坐标，U、W 为相对坐标。G30 P2 X（U）_ Z（W）_，第二参考点返回，P2 可省

55、略。G30 P3 X（U）_ Z（W）_，第三参考点返回。G30 P4 X（U）_ Z（W）_，第四参考点返回。上一页返回3.4 数控铣床电气控制线路分析数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的，两者的加工工艺基本相同，结构也有些相似，但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床，所以其结构也与普通铣床有很大区别。数控铣床在普通铣床上集成了数字控制系统，可以在程序代码的控制下较精确地进行铣削加工。数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。下一页返回3.4 数控铣床电气控制线路分析3.4.1XK714A 型铣床的组成（图 3.17）1. 主轴箱主轴箱包括主轴箱体和主轴传

56、动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。2. 进给伺服系统由进给电动机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。3. 控制系统数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。4. 辅助装置如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。上一页下一页返回3.4 数控铣床电气控制线路分析5. 机床基础件通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。数控铣床的工艺装备主要是指夹具和刀具。3.4.2XK714A 型铣床的电气控制线路1. 强电主回路分析图 3.18 为 380 V 强电主回

57、路。图中，QF1 为电源总开关，QF3、QF2、QF4 分别为主轴强电、伺服强电、冷却电动机的空气开关，空气开关的作用是接通电源及电源在短路、过流时起保护作用。上一页下一页返回3.4 数控铣床电气控制线路分析其中，QF4 带辅助触头，该触点输入到 PLC 作为冷却电动机报警信号，并且该空气开关为电流可调，可根据电动机的额定电流来调节空气开关的设定值，起到过流保护作用；KM2、KM1、KM3 分别为控制主轴电动机、伺服电动机、冷却电动机交流接触器，由它们的主触点控制相应电动机；TC1 为主变压器，将交流 380 V 电压变为交流 200 V 电压，为伺服电源模块；RC1、RC2、RC5 为阻容吸

58、收，当相应的电路断开后，吸收伺服电源模块、主轴变频器、冷却电动机的能量，避免上述器件产生过电压。上一页下一页返回3.4 数控铣床电气控制线路分析2. 电源电路分析图 3.19 为电源回路。图中，TC2 为控制变压器，初级为 AC380 V，次级为 AC110 V、AC220 V、AC24 V。其中，AC110 V 提供给交流控制回路、电柜热交换器电源；AC24 V 给工作灯提供电源；AC220 V 给主轴风扇电动机、润滑电动机和 24 V 电源供电，并通过低通滤波器滤波后给伺服模块、电源模块、24 V 电源提供电源控制；VC1、VC2 为 24 V 电源，将 AC220 V 转换为 DC24

59、V。其中，VC1 给数控装置、PLC 输入/输出、24 V 继电器线圈、伺服模块、电源模块、吊挂风扇提供电源；VC2 给 Z轴电动机提供直流 24 V，用于 Z 轴抱闸。QF7、QF10、QF11 空气开关为电路的短路提供保护。上一页下一页返回3.4 数控铣床电气控制线路分析3. 控制电路分析（1）主轴电动机的控制图 3.20、图 3.21 分别为交流控制回路图和直流控制回路图。在图 3.18 中，先将 QF2、QF3 空气开关合上后，在图 3.20 中可以看到，当机床未压限位开关、伺服未报警、急停未压下、主轴未报警时，外部运行允许 KA2伺服工作，KA3 的直流 24 V 继电器线圈通电，继

60、电器触点吸合，当 PLC 输出 Y00发出伺服允许信号时，伺服强电允许 KA1 24 V 继电器线圈通电，继电器触点吸合。在图 3.20 中，KM1、KM2 交流接触器线圈通电，KM1、KM2 交流接触器触点吸合。上一页下一页返回3.4 数控铣床电气控制线路分析在图 3.18 中，主轴变频器加上 AC380 V 电压，若有主轴正转或主轴反转及主轴转速指令时（手动或自动），在图 3.20 中 PLC 输出主轴正转 Y10 或主轴反转Y11 有效、主轴转速指令输出对应于主轴转速值，主轴按指令值的转速正转或反转，当主轴速度到达指令值时，主轴变频器输出主轴速度到达信号给PLC，主轴正转或反转指令完成。