第1章机床电气控制技术绪论

1、 机电电气控制技术机电电气控制技术1机床电气控制技术机床电气控制技术 郑州大学郑州大学机械工程学院机械工程学院第一章第一章 绪论绪论 机电电气控制技术机电电气控制技术2第一章第一章 目目 录录1.1 1.1 机床电气控制技术概述机床电气控制技术概述 1.2 1.2 机床电气控制技术的发展机床电气控制技术的发展 1.3 1.3 本书内容选择本书内容选择 机电电气控制技术机电电气控制技术31.1 机床电气控制技术概述机床电气控制技术概述 1、机床电气控制的基本概念、机床电气控制的基本概念 现代机床结构现代机床结构：工作机构、传动机构、原动机和自动控制：工作机构、传动机构、原动机和自动控制系统等部分

2、。系统等部分。 机床控制电路组成机床控制电路组成：电力驱动部分和电气控制部分：前者：电力驱动部分和电气控制部分：前者主要包括电动机、传动机构及工作机构；给系统提供动力并主要包括电动机、传动机构及工作机构；给系统提供动力并完成传动，后者是主要包括各类控制电器，以实现电机启动完成传动，后者是主要包括各类控制电器，以实现电机启动、制动、正反转、调速等功能、制动、正反转、调速等功能 机床电气控制系统的主要任务：机床电气控制系统的主要任务：实现对主轴转速和进给系实现对主轴转速和进给系统进给量的控制，同时还要完成安全保护、冷却润滑、照明统进给量的控制，同时还要完成安全保护、冷却润滑、照明等机床辅助功能的控

3、制。等机床辅助功能的控制。 机电电气控制技术机电电气控制技术4车车床床结结构构示示意意图图图图1-2 数控机床工作示意图数控机床工作示意图1-工作台；工作台；2-测量装置；测量装置；3-滚珠丝杠滚珠丝杠 图图1-1 卧式车床加工示意图卧式车床加工示意图1-主轴；主轴；2-工件；工件；3-刀架；刀架；4-拖板；拖板；5-车刀；车刀；6-光杠光杠 机电电气控制技术机电电气控制技术52、（数控）机床电气控制、（数控）机床电气控制技术的支撑技术技术的支撑技术l精密机械技术精密机械技术l计算机控制技术计算机控制技术l传感器技术传感器技术l伺服驱动技术伺服驱动技术l电力电子技术电力电子技术l现代通讯技术现

4、代通讯技术l故障诊断技术等。故障诊断技术等。 机电电气控制技术机电电气控制技术61.2 机床电气控制技术的发机床电气控制技术的发展展1、机床电力驱动系统的发展概况、机床电力驱动系统的发展概况 电力驱动系统：电力驱动系统：直流驱动、交流驱动。直流驱动、交流驱动。 直流驱动直流驱动是以直流电动机为动力是以直流电动机为动力: 优点优点具有良好的起动、制动和调速性能，可以很方便具有良好的起动、制动和调速性能，可以很方便地在宽范围内实现平滑无级调整；地在宽范围内实现平滑无级调整； 缺点缺点结构复杂，维护困难，使大容量、高转速和高电结构复杂，维护困难，使大容量、高转速和高电压直流电机的制造受到限制；新技术

5、：无刷直流电机。压直流电机的制造受到限制；新技术：无刷直流电机。 交流驱动交流驱动则是以交流电动机为动力：则是以交流电动机为动力： 优点优点结构简单、运行可靠、使用维护方便和价格便宜结构简单、运行可靠、使用维护方便和价格便宜； 缺点缺点调速性能较差；新技术：变频调速。调速性能较差；新技术：变频调速。 机电电气控制技术机电电气控制技术7机床电力驱动系统的发展机床电力驱动系统的发展l发展历史：成组驱动、单电机驱动和多机驱动三个阶段。发展历史：成组驱动、单电机驱动和多机驱动三个阶段。l成组驱动，一台电动机驱动多台电机，电机驱动一根天轴成组驱动，一台电动机驱动多台电机，电机驱动一根天轴，再由天轴通过皮

6、带轮和皮带分别驱动各台机床。特点：，再由天轴通过皮带轮和皮带分别驱动各台机床。特点：机构复杂、传递路径长、损耗大、效率低，一旦电动机发机构复杂、传递路径长、损耗大、效率低，一旦电动机发生故障，将使得成组的机床停止工作。生故障，将使得成组的机床停止工作。l单电机驱动，用一台电动机驱动一台机床。特点：简化了单电机驱动，用一台电动机驱动一台机床。特点：简化了传动机构，缩短了传动路径，降低了能量损失，提高了传传动机构，缩短了传动路径，降低了能量损失，提高了传动效率，可实现电机调速，可实现自动控制。动效率，可实现电机调速，可实现自动控制。l多电机驱动：多台电动机分别驱动不同运动机构。特点：多电机驱动：多

7、台电动机分别驱动不同运动机构。特点：简化了机床的机械结构，提高了传动效率，使机床各运动简化了机床的机械结构，提高了传动效率，使机床各运动部件选择最合理的运动速度，缩短了加工工时，便于分别部件选择最合理的运动速度，缩短了加工工时，便于分别控制，易于实现各运动部件的自动化，提高机床整体的自控制，易于实现各运动部件的自动化，提高机床整体的自动化程度。动化程度。 机电电气控制技术机电电气控制技术82、机床电气控制系统的发、机床电气控制系统的发展概况展概况（1）机床调速技术的发展）机床调速技术的发展 机床调速：机床调速：有级调速、电气有级调速、电气-机械有级调速、电气无级调速机械有级调速、电气无级调速

8、机械有级调速系统：机械有级调速系统：电动机不调速，通过改变齿轮箱的电动机不调速，通过改变齿轮箱的变速比来调速。变速比来调速。特点：特点：负载转矩经机械传动机构传到电动负载转矩经机械传动机构传到电动机轴上，电动机轴上转矩只是负载转矩的传动比的倍数，机轴上，电动机轴上转矩只是负载转矩的传动比的倍数，可以选择转矩较小的电动机，但机械系统较复杂，加工精可以选择转矩较小的电动机，但机械系统较复杂，加工精度不高。多用于在普通车床、钻床、铣床。度不高。多用于在普通车床、钻床、铣床。 电气电气-机械有级调速系统：机械有级调速系统：在机械有级调速系统中，用多在机械有级调速系统中，用多速鼠笼式异步电动机以简化机械

9、传动机构。多速电动机一速鼠笼式异步电动机以简化机械传动机构。多速电动机一般采用双速电动机，少数机床采用三速、四速电动机。般采用双速电动机，少数机床采用三速、四速电动机。 机电电气控制技术机电电气控制技术9电气无级调速系统电气无级调速系统 通过直接改变电动机转速来实现机床工作机构转速的无级通过直接改变电动机转速来实现机床工作机构转速的无级调节，具有调速范围宽、可以实现平滑调速、调速精度高调节，具有调速范围宽、可以实现平滑调速、调速精度高、控制灵活等优点，还可大大简化机床的机械传动机构，、控制灵活等优点，还可大大简化机床的机械传动机构，因而广泛应用于机床的主驱动和进给驱动系统中。因而广泛应用于机床

10、的主驱动和进给驱动系统中。 电气无级调速系统主要分为直流无级调速系统和交流无级电气无级调速系统主要分为直流无级调速系统和交流无级调速系统两大类。调速系统两大类。 机电电气控制技术机电电气控制技术10（2）电气控制技术的发展）电气控制技术的发展 在操作上：在操作上：紧张、繁重紧张、繁重 轻巧自如；轻巧自如； 在控制方法上：在控制方法上：手动控制手动控制 自动控制；自动控制； 在控制功能上在控制功能上：单一功能：单一功能 多功能；多功能； 机电电气控制技术机电电气控制技术11拖动方式拖动方式电动机类别电动机类别优点优点应用范围应用范围直流拖动直流拖动直流电动机直流电动机起动制动特性起动制动特性好、

11、好、调速调速性能性能良好、良好、能在很宽的能在很宽的范围内进行平滑调速范围内进行平滑调速调速性能要求较调速性能要求较高，速度要精确高，速度要精确控制的机床控制的机床交流拖动交流拖动交流电动机交流电动机结构简单结构简单、易制造易制造、造价低造价低、易维护易维护普通机床普通机床备注备注80年代以后年代以后, 高性能交流调速系统的出现，交流拖动的调速高性能交流调速系统的出现，交流拖动的调速性能大大提高，应用更广泛。性能大大提高，应用更广泛。直流拖动和交流拖动特点直流拖动和交流拖动特点 机电电气控制技术机电电气控制技术12主要发展阶段主要发展阶段手动控制手动控制 继电器继电器接触器为主的非连续控制接触器为主的非连续控制 连续的自动控制连续的自动控制继电器继电器触发器为主顺序控制触发器为主顺序控制可编程序控制器（可编程序控制器（PC）一般数控机床一般数控机床 加工中心加工中心 (