机床电气控制课件

緒論１.１機床在國民經濟中的重要作用

為了實現工業、農業、科學和國防的現代化，就要在機械產業不斷地更新設備機床一般是指金屬切削機床，它利用刀具對金屬毛坯進行切削，從而加工出機械零件。機床的性能直接影響機械產品的性能、品質和經濟性１.２電氣自動控制系統介紹及地位

電氣自動控制對於現代機床、其他機器設備及生產過程，有著極其重要的作用。通常，電氣控制系統主要包括以下三個主要環節：動力部分：是整個系統的電源供給環節，是整個系統的主幹，是電能轉換為其他能量的通道部件，包括動力電源開關、電器控制部件、電動機等。生產過程自動控制部分：是生產過程自動化的核心，也是間接控制、指揮動力電器及系統工作的部件，包括繼電器和各種控制儀錶、智能儀錶等。傳動裝置：是生產機械的連接及傳動環節，位於電動機和工作機械之間，如減速箱、皮帶、連軸器等。１.３電氣自動控制在現代機床中的地位

現代機床由工作機構、傳動機構、原動機、自動控制系統組成。傳統的生產機械由工作機構、傳動機構、原動機三部分組成。機床從傳統到現代的數控系統，結構不斷改進，性能不斷提高，在很大程度上取決於電氣拖動與電氣控制系統的更新。１.４機床電氣自動控制的發展概況

１.４.１電氣拖動的發展與分類◆成組拖動◆單電機拖動◆多電機拖動◆直流無級調速

１.４.２電氣控制系統的發展與分類

１.邏輯控制系統

◆手動控制

◆自動控制２.連續控制系統３.混合控制系統１.４.３機床電氣自動控制的發展概況

電氣控制技術又是與微電子技術、電力電子技術、檢測傳感技術、機械製造技術等緊密聯繫在一起的。當前科學技術繼續在突飛猛進，向前發展，21世紀的今天，電氣控制技術必將達到更高的水準。１.５本章小結

本課程是一門綜合性的主幹課、專業課。對培養應用型的電氣運行與控制專業中等職業教育人才具有重要作用。本課程是在學習了“電工基礎”、“機械基礎”之後，在進行了電工實訓的基礎上進行講授的，以使學生具有較牢固的基礎理論知識和初步的電工實踐技能，為學習本課程打下基礎。

機床常用低壓電器

２.１低壓電器的基本知識

低壓電器的分類按電器元件所在的系統分類

◆低壓配電電器

◆低壓控制電器按電器動作的原理分類

◆手動電器

◆自動電器

按電器在系統中的作用分類

◆控制電器

◆檢測電器

◆運算電器、

◆保護電器

◆執行電器２.１.２常用低壓電器接觸器：交流接觸器、直流接觸器。繼電器：電磁式繼電器、時間繼電器、熱繼電器、速度繼電器。熔斷器：插入式熔斷器、螺旋式熔斷器、有填料密封式熔斷器、無填料密封式熔斷器、快速熔斷器、自複式熔斷器。斷路器：萬能式短路器、裝置式斷路器、快速式斷路器、限流式斷路器。隔離器：低壓刀開關、熔斷器式刀開關、組合開關。主令電器：控制按鈕、行程開關、接近開關、轉換開關、主令控制器。2.1.3常用低壓電器的發展第一代是從20世紀60年代到70年代初期。第二代是從20世紀70年代後期到20世紀80年代。第三代是從20世紀90年代至今

2.1.3常用低壓電器的發展前景產品設計方面產品性能測試方面產品的可靠性方面產品新技術應用方面產品網路化方面2.2低壓電器的基本機構電磁機構電磁機構示意圖（a）銜鐵按棱角轉動拍合式（b）銜鐵按軸轉動拍合式（c）銜鐵直線運動螺管式2.2低壓電器的基本結構2.觸頭系統（a）點接觸橋式（b）面接觸橋式（c）線接觸指圖觸頭的結構形式2.2低壓電器的基本結構3.滅弧系統

3.1電弧產生及滅弧原理

3.2低壓電器常用滅弧方法電動力滅弧金屬柵片滅弧磁吹滅弧

2.3低壓隔離器低壓隔離器是一種結構比較簡單，應用十分廣泛的手動操作電器。低壓隔離器的品種很多，主要有低壓刀開關、熔斷器式刀開關和組合開關三種。

1-上膠蓋；2-下膠蓋；3-插座；4-觸刀；5-瓷柄；6-膠蓋緊固螺母；7-出線座；8-熔絲；9-觸刀座；10-瓷底板；11-進線座圖塑殼刀開關結構圖2.4主令電器主令電器是用來接通和斷開控制電路的低壓電器，用以控制電力拖動系統中電動機的啟動、停車、制動以及調速等。主令電器可直接作用於控制電路，也可以通過電磁式電器間接作用於控制電路。控制按鈕行程開關萬能轉換開關萬能控制器按鈕開關1-按鈕；2-複位彈簧；3-動觸點；4-動斷觸點；5-動合觸點圖控制按鈕結構示意圖圖：控制按鈕的圖形、文字符號行程開關直動式行程開關滾輪式行程開關微動式形成開關接近開關滾輪式行程開關結構示意圖

微動式行程開關結構示意圖滾輪式行程開關結構示意圖

電感式接近感測器的工作原理框圖萬能轉換開關萬能轉換開關結構原理圖

主令控制器1，7-凸輪塊；2-接線端子；3-靜觸點；4-動觸點；5-支杆；6-轉動軸；8-小輪圖主令控制器的結構原理圖2.5接觸器接觸器的結構及工作原理電磁機構：由電磁線圈、靜鐵心、銜鐵組成，作為最主要的部分是繼電器的執行機構。觸頭系統：根據用途不同，接觸器的觸頭可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭可以通斷電流較大的主電路，一般由三對動合觸頭組成；輔助觸頭用於通斷小電流的控制電路，由動合和動斷觸頭成對組成。滅弧裝置：用來熄滅觸點通斷過程中產生的電弧，有磁吹式，柵片式，滅弧罩式等。輔助觸點：接在控制電路中，起信號元件的作用，參與電路中的邏輯運算。反力裝置：由釋放彈簧和觸點彈簧組成，當電磁線圈失電時，被吸合的銜鐵在彈簧的作用下恢復原位。支架和底座：用於接觸器的固定和安裝。2.5接觸器圖直流接觸器外形圖2.5接觸器接觸器的主要技術參數額定電壓額定電流電磁線圈的額定電壓觸頭數目動作值接通和分斷能力機械壽命與電器壽命操作頻率額定工作制2.5接觸器接觸器選用原則接觸器的額定電壓大於等於主電路的額定電壓。接觸器線圈的額定電壓必須與接入此線圈的控制電路的額定電壓相等。接觸器的額定電流等級按下列方法選擇：按接觸器設計時規定的使用類別使用時，接觸器的額定電流應等於或稍大於負載額定電流；按照任務使用類別設計的接觸器，用於重任務使用類別時，應降低容量使用；用於反復短時工作制的接觸器，其額定電流應大於負載的等效發熱電流。選擇接觸器的型號時，各系列接觸器是按一定的使用類別設計的，應根據負載的情況選用。此外還應注意負載的工作制，用於長期工作時，應儘量選用銀或銀基合成觸頭的接觸器。接觸器的觸頭數量和種類應滿足主電路和控制電路的需要。2.6繼電器繼電器是一種自動和遠距離操縱用的電器，廣泛應用於自動控制系統、遙控、遙測系統、電力保護系統以及通信系統中，起著控制、檢測、保護和調節的作用，是現代電器裝置中最基本的器件之一。

按照用途可以分為：有控制繼電器和保護繼電器；按動作原理可以分為：電磁式繼電器、感應式繼電器、電動式繼電器、電子式繼電器和熱繼電器。按輸入信號的不同可以分為：電壓繼電器、中間繼電器、電流繼電器、時間繼電器、速度繼電器等。常用的繼電器及其應用原理電磁式繼電器時間繼電器熱繼電器速度繼電器電磁式繼電器電磁式繼電器，也叫有觸點繼電器。它的結構和工作原理與電磁式接觸器相似，也是由電磁機構、觸點系統和釋放彈簧等部分組成。1-底座2-反力彈簧3，4-調節螺釘5-非磁性墊片6-銜鐵

7-鐵心8-極靴9-電磁線圈10-觸頭系統圖電磁式繼電器結構圖時間繼電器

JS7-A系列空氣式時間繼電器結構原理圖

熱繼電器三相式熱繼電器結構原理圖

速度繼電器1-調節螺釘；2-反力彈簧；3-常閉觸點；4-動觸點；5-常開觸點；6-返回杠杆；7-杠杆；8-定子導體；9-定子；10-轉軸；11-轉子圖2-43速度繼電器結構原理圖2.7熔斷器2.7熔斷器熔斷器的主要參數額定電壓額定電流極限分斷能力熔斷電流2.8低壓斷路器1-熱脫扣器整定旋鈕；2-手動脫扣按鈕；3-脫扣彈簧；4-手動合閘機構；5-合閘聯杆；6-熱脫扣器；7-鎖扣；8-電磁脫扣器；9-脫扣聯杆；10，11-動、靜觸點；12，13-彈簧；14-發熱元件；15-電磁脫扣彈簧；16-調節旋鈕圖低壓斷路器工作原理圖低壓斷路器的主要參數和技術數據低壓斷路器的主要參數有：額定電壓、額定電流、極數、脫扣器類型及其額定電流、整定範圍、電磁脫扣器整定範圍、主觸點的分斷能力等。低壓斷路器的主要技術參數。額定電壓斷路器在電路中長期工作時的允許電壓值。斷路器額定電流指脫扣器允許長期通過的電流，即脫扣器額定電流。斷路器殼架等級額定電流指每一種框架或塑殼中能安裝的最大脫扣器的額定電流，這就是過去常稱的斷路器額定電流。斷路器的通斷能力指在規定操作條件下，斷路器能接通和分斷短路電流的能力。保護特性指斷路器的動作時間與動作電流的關係曲線。2.9本章小結本章主要介紹了機床中常用的低壓電器，介紹了大量的控制電器、保護電器以及執行電器。對每種電器的原理、結構以及應用特點以及要求做了詳細的說明。在學習的過程中，應著重掌握各電器的原理以及特點，知道各電器的使用場合以及電氣文字符號，這對以後的學習有很大的幫助。

常用電動機應用基礎3.1直流電動機應用基礎1-直流電機總成；2-後端蓋；3-通風機；4-定子總成；5-轉子（電樞）總成；6-電刷裝置；7-前端蓋圖3-1直流電機結構圖3.1.1直流電動機的基本結構及工作原理直流電機由靜止的定子和旋轉的轉子兩大部分組成。定子直流電機定子的作用是產生磁場和作為電機的機械支撐。主要由機座、主磁極、換向極和電刷裝置等組成。機座主磁極換向極電刷裝置轉子轉軸電樞鐵心電樞繞組換向器

直流電動機的模型結構直流發電機工作原理直流電動機工作原理圖直流電機的額定值電機型號額定功率額定電壓額定電流額定轉速直流電機的勵磁方式他勵電機：電樞繞組與勵磁繞組單獨分開，有兩個直流電源提供電能。並勵電機：電樞繞組與勵磁繞組並聯聯接，只有一個直流電源提供電能。串勵直流電機：電樞繞組與勵磁繞組串聯聯接，公用一個直流電源提供電能。複勵直流電機：電樞繞組與勵磁繞組既有串聯又有並聯，只有一個直流電源提供電能。

直流電動機的基本方程

設U為直流電機的端電壓，取的實際方向作為正方向，可得電樞回路電勢平衡方程式為電動機發電機直流電動機的機械特性他勵直流電動機機械特性方程式他勵直流電動機的固有機械特性他勵直流電動機的制動能耗制動反接制動發電回饋制動

他勵直流電動機的調速根據直流電動機的轉速公式：改變電樞電路串聯電阻的調速降低電樞電壓調速減弱磁通調速直流他勵電動機的調速方法有：降壓調速、電樞回路串電阻調速、減弱磁通調速三種:3.2非同步電動機非同步電動機是一種交流電機，它可以是單相的，也可以是三相的。但它的轉速和電網頻率沒有同步電機那樣嚴格不變的關係。3.2非同步電動機非同步電動機的結構、類型及工作原理1-軸2-彈簧片3-軸承4-定子繞組5-端蓋6-基座7-轉子鐵心8-定子鐵心9-吊環10-出線盒11-風罩12-風扇13-軸承內蓋圖三相鼠籠式非同步電動機的組成部件非同步電動機的結構、類型及工作原理定子部分轉子部分氣隙其他部分非同步電動機的分類非同步電動機按定子相數可分為三相、單相和兩相非同步電動機三類。除約200W以下的電動機多做成單相非同步電動機外，現代動力用電動機大多數都為三相非同步電動機。兩相非同步電機主要用於微型控制電機。按照轉子型式，非同步電機可分為鼠籠型轉子和繞線型轉子兩大類。鼠籠轉子又分為普通鼠籠轉子、深槽型鼠籠轉子和雙鼠籠轉子三種。根據機殼不同的保護方式，非同步電動機可分為開啟式、防護式、封閉式和防爆式等。三相繞線式非同步電動機外形三相非同步電機的工作原理（a）示意圖（b）電動機運行（c）發電機運行（d）制動狀態圖三相非同步電機工作原理三相非同步電動機的機械特性三相非同步電動機的功率平衡方程:

非同步電動機的啟動、調速以及制動控制三相非同步電動機的啟動是指從電動機接人電網開始轉動，到達正常運轉為止的這一過程。一般衡量三相非同步電動機啟動性能的好壞，主要有四點：啟動電流盡可能小；啟動轉矩要足夠大；啟動所需用的設備簡單、經濟、操作方便；啟動過程中的功率損耗要儘量小。非同步電動機的啟動、調速以及制動控制小容量電動機空載或輕載啟動——直接啟動中、大容量電動機空載或輕載啟動——降壓啟動星三角（Y／Δ）降壓啟動自耦變壓器降壓啟動

星形—三角降壓啟動原理線路圖

自耦變壓器降壓啟動原理線路圖三相非同步電動機的調速非同步電動機的轉速公式為:調速方式有以下三種:變極調速變轉差率調速變頻調速三相非同步電動機的反轉和制動反轉三相非同步電動機的旋轉方向取決於定子旋轉磁場的旋轉方向，並且兩者的方向相同。只要改變旋轉磁場的方向，就能使三相非同步電動機反轉。因此，將三相接線端中的任意兩相接線端對調，改變三相順序，就改變了旋轉磁場的方向，從而使三相非同步電動機反轉。制動三相非同步電動機的制動是指加上一個與電動機轉向相反的轉矩來使電動機迅速停轉或限制電動機的轉速。電動機在下屬情況下運行時屬於制動狀態。一種情況是在負載轉矩為勢能轉矩的機械設備中（例如起重機下放重物，電力機車下坡運行）使設備保持一定的運行速度。另一種情況是在機械設備需要減速或停止轉動時，電動機能實現減速或停止轉動。三相非同步電動機的制動方法有兩類：機械制動和電氣制動。

非同步電動機的能耗制動3.3步進電動機步進電動機是一種把電脈衝轉換成角位移的電動機。用專用的驅動電源向步進電動機供給一系列的且有一定規律的電脈衝信號，每輸入一個電脈衝，步進電機就前進一步，其角位移與脈衝數成正比，電機轉速與脈衝頻率成正比，而且轉速和轉向與各相繞組的通電方式有關。根據勵磁方式的不同，步進電動機分為反應式、永磁式和感應子式（又叫混合式），而反應式步進電動機應用較多，下麵以此為例來闡述步進電動機的原理3.3步進電動機步進電動機的工作原理三相反映式步進電動機的工作原理圖步進電機的三相單、雙六拍運行方式步進電機的靜態指標術語拍數：完成一個磁場週期性變化所需脈衝數或導電狀態，用n表示，或指電機轉過一個齒距角所需脈衝數，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：對應一個脈衝信號，電機轉子轉過的角位移用θ表示。θ=360°（轉子齒數J*運行拍數），以常規二、四相，轉子齒數為50電機為例。四拍運行時步距角為：θ=360°/（50*4）=1.8°（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360°/（50*8）=0.9°（俗稱半步）。靜轉矩：電機在額定靜態電作用下，電機不作旋轉運動時，電機轉軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅動電壓及驅動電源等無關。步距角精度：步進電機每轉過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數其值不同，四拍運行時應在5%之內，八拍運行時應在15%以內。失步：電機運轉時運轉的步數，不等於理論上的步數。稱之為失步。失調角：轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產生的誤差，採用細分驅動是不能解決的。最大空載啟動頻率：電機在某種驅動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接啟動的最大頻率。最大空載的運行頻率：電機在某種驅動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關係的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據

3.4本章小結本章主要介紹了常見電動機的原理及運行特性，包括直流電機的工作原理及機械特性，非同步電機的工作原理及機械特性，最後介紹了步進電機的工作原理。在學習過程中要比較區分這三種常見電動機的工作原理差別以及應用場合。在介紹時另一個重點便是重點掌握直流電機和非同步電機的機械特性。以及由機械特性引出的包括啟動、制動、正反轉和調速控制。步進電機由於轉速不受負載、電壓波動的影響，而只與控制電脈衝有關，因此廣泛用於對轉速有較高要求的場合。

典型機床電器控制7.1機床電器控制線路圖的識讀方法及步驟M7120型平面磨床電器控制線路機床電器圖的識讀，既分步驟，又講方法，而步驟和方法又是互相滲透的。機床電器控制線路圖的識讀方法及步驟應從以下幾個方面入手：（1）劃分主電路部分、控制電路部分、照明和信號及其他電路部分：根據前幾章所學的機床控制電路的基本線路，找出各電動機的控制主電路，並進行對照各屬於何種類型的主電路，找出各電動機的控制電路並對照各屬於何種類型的控制電路，並找出照明、信號及其他電路部分。在劃分中，找出主電路和控制電路的關鍵元件及互相關聯的元件和電路。（2）對主電路進行識圖分析：逐一分析各電動機控制主電路中的每一個元器件在電路中的作用、功能。分析容易出現故障的元器件出現故障時對機床的影響。（3）對控制電路進行識圖分析：逐一分析各電動機對應的控制電路中每一個元器件在電路中的作用、功能，分析容易出現故障的元器件出現故障時對機床的影響。在分析過程中，可協助機床控制線路圖上的功能文字說明框、區域標號、接觸器或繼電器線圈下麵的觸頭表格協助識圖。（4）對照明、信號其他電路部分進行識圖分析：在識圖分析中找出被控制電路部分和控制電路部分以及各元器件在電路中的作用，分析容易出現故障的元器件出現故障時對機床的影響。7.2CA6140臥式車床電器控制

臥式車床用途廣、種類多。其中CA6140型臥式車床是我國自行設計、製造的機床。該機床萬能性大，適用於加工各種軸類、套筒類、輪盤類零件上的回轉表面。可車外圓、車端面、切槽和切斷、鑽中心孔、鑽孔、鏜孔、鉸孔、車各種螺紋、車內外圓錐面、車特型面，滾花和盤繞彈簧等。CA6140型車床因加工範圍廣、結構複雜、自動化程度不高，所以，一般用於單件、小批生產。7.2.1CA6140臥式車床主要結構1-進給箱；2-掛輪箱；3-主軸變速箱；4--卡盤；5-溜板與刀架；6-溜板箱；7-尾架；8-絲杠；9-光杆；10-床身圖7-2CA6140型車床示意圖7.2.2CA6140臥式車床的運動形式及控制要求主運動和進給運動輔助運動7.2.3CA6140臥式車床電器原理圖分析CA6140臥式車床電器原理圖7.2.3CA6140臥式車床電器原理圖分析

1.主電路分析2.控制電路分析3.其他電路分析4.其他聯鎖和保護7.3M7120型平面磨床電器控制磨床是用砂輪的周邊或端面對工件進行磨削加工的精加工機床。磨床種類很多，有：平面磨床、外圓磨床、內圓磨床、無心磨床及一些專用磨床（如螺紋磨床、球面磨床和齒輪磨床等。平面磨床是用砂輪來磨削工件的平面，它的磨削精度和粗糙度都比較高，是應用較普遍的一種機床。M：磨床，7：平面磨床，1：臥軸矩臺——砂輪主軸與地面平行，矩形工作臺，20：工作臺工作面寬200mm。1-液壓換向開關2-電磁吸盤3-砂輪4-砂輪箱5-砂輪縱向進給手柄6-立柱導軌7-砂輪啟動按鈕8-工作臺9-停止按鈕10-電磁吸盤按鈕

11-液壓泵電動機啟停按鈕12-砂輪垂直進給手輪13-工作臺移動手輪圖7-4

M7120平面磨床外形圖7.3.1M7120型平面磨床的運動形式及控制要求

輔助運動縱向進給：工作臺左右往返運動。橫向進給：砂輪在床身導軌上的前後運動。垂直進給：砂輪箱在立柱導軌上的上下運動。工作臺每完成一次縱向進給，砂輪自動作一次橫向進給。當加工完整個平面後，砂輪由手動作垂直進給。控制要求只有當電磁吸盤的吸力足夠大時，才能啟動液壓泵電動機M1和砂輪電動機M2，以防止吸力過小吸不住工件，砂輪使工件高速飛出的事故。對電磁吸盤需有欠壓保護。砂輪電動機M2、液壓泵電動機M1、冷卻泵電動機M3只需單向旋轉，因容量不大，採用全壓啟動。砂輪箱電動機M4要求能正反轉，也採用全壓啟動。M3和M2應同時啟動，保證砂輪磨削時能及時供給冷卻液。電磁吸盤有去磁的控制環節。砂輪旋轉、砂輪箱升降和冷卻泵都不需要調速。工作臺縱向進給時，砂輪對工件進行磨削，工作臺反向返回時，砂輪箱由液壓裝置自動實現週期性的橫向進給一次，使工件整個加工面連續地得到加工。橫向進給也可用橫向進給手輪操縱。M7120平面磨床的工作流程圖7.3.2M7120型平面磨床的電器原理圖分析

M7120平面磨床的電器原理圖

電磁工作臺又名電磁吸盤，電磁工作臺用來吸牢工件的，它的線路通入直流電後產生磁場吸牢鐵磁性材料的工件。當工件放在兩個磁極之間時，使磁路構成回路，工件被吸住。電磁工作臺整流電源電路如圖所示，它包括三個部分：整流、控制和保護。電磁工作臺整流電源控制線路

整流部分

整流部分由整流變壓器T和橋式整流電路VC組成，提供110V直流電壓。控制部分控制部分由接觸器KM5和KM6的各兩個主觸頭組成。當要使電磁工作臺具有吸力時，可按下按鈕SB8保護部分保護部分有放電電阻R和放電電容C以及欠電壓繼電器KUV。7.4Z3040搖臂鑽床電器控制鑽床的結構形式有多種，如立式鑽床、臥式鑽床和深孔鑽床等。搖臂鑽床屬於立式鑽床，能進行多種形式的機械加工，可以鑽孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、刮平面及攻螺紋等。Z3040是中型搖臂鑽床，Z：鑽床，3：搖臂鑽床，0：圓柱形立柱，40：最大鑽孔直徑40mm。運動形式主運動主軸帶著鑽頭（刀具）的旋轉運動進給運動主軸的垂直運動（手動或自動）輔助運動輔助運動用來調整主軸（刀具）與工件縱向、橫向即水平面上的相對位置以及相對高度。在作輔助運動時，相應的夾緊機構應鬆開，完成後應夾緊。輔助運動有以下三種：搖臂升降外立柱旋轉運動主軸箱水準移動控制要求主軸的正反轉、制動停車、空擋、變速及選速等用主軸自動進給手柄控制，由主軸箱內齒輪泵供給的液壓來操縱。故主軸電動機M1只需單向轉動，拖動齒輪泵。主軸進給亦可用手動進給手柄來操縱。搖臂升降由搖臂升降電動機M2經絲杠帶動，M2應能正反轉。機床採用液壓夾緊裝置，用液壓泵電動機M3正反轉拖動液壓泵供給雙向液壓。冷卻泵電動機M4單向拖動冷卻泵供給冷卻液。搖臂的升降需有一定的動作順序。機床的機、電、液三個方面的動作應協助配合，以完成某些控制。

Z3040搖臂鑽床電器原理圖7.5X62W萬能升降臺銑床電器控制線路1-床身（立柱）2-懸樑3-刀杆支架4-主軸5-工作臺6-回轉臺7-床鞍8-升降臺9-底座圖7-16X62W萬能銑床外形圖X62W萬能銑床的電器控制線路圖7.6T68臥式鏜床電器控制1-床身2-下溜板3-上溜板4-主軸變速機構5-主軸箱6-前立柱

7-進給變速操縱盤8-平旋盤（花盤）9-刀具溜板10-主軸（鏜軸）11-回轉工作臺12-後立柱13-鏜杆支承架14-快速操縱手柄15-按鈕板圖7-18T68型鏜床外形圖T68型鏜床電器原理圖7.7組合機床電器控制組合機床是由一些通用部件和按加工需要而設計的專用部件組成的高效率自動化或半自動化的專用機床。在這類機床上可進行鑽孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、車削、銑削、磨削及精加工等工序，一般採用多軸、多刀、多工序、多面同時加工，大都具有自動工作迴圈。組合機床適用於大批量產品或定型產品的生產。組合機床的通用部件中的動力部件有動力頭和動力滑臺。動力頭能同時完成刀具切削運動和進給運動，而動力滑臺則只能完成進給運動。通用部件中還有支承部件：滑座、床身、立柱等；控制部件：液壓元件、控制板、按鈕臺、電器擋鐵等。組合機床的控制系統大多數採用機械、液壓（或氣壓）、電器相結合的控制方式，而電器控制又往往起著中樞連接作用。具有多齒盤回轉臺的組合機床控制線路7.8本章小結本章通過幾種典型機床的電器控制系統的分析介紹，使讀者瞭解各種電器控制線路的應用，進而掌握相關的機床電器系統的方法，提高了閱讀電器控制線路的能力，同時也為設計一般電器控制線路打下基礎。分析機床的電器控制系統時，首先應對該機床的傳動系統，操作方式，電動機與電器的配置和工藝要求等有一般的瞭解。在此基礎上，無論採用哪種讀圖法，都首先閱讀主電路和執行元件電路，看其如何反應拖動特點以及各電動機的控制和保護情況；然後再閱讀控制電路，看控制線路是如何實現上述要求的。在分析控制線路時，可按控制功能的不同，劃分成若干基本控制環節，逐一進行分析。在分析時，要逐一它們之間的相互聯鎖關係，最後再全面地看整個線路，這就是“化整為零看全部”。所以，在分析控制電路時，可按“化整為零看線路，積零為整看全部”來進行。最後再閱讀其他輔助電路。如能進行現場教學，那將更有助於增強時間只是和提高度圖能力。

可編程控制器及其應用8.1可編程控制器的概述可編程控制器（ProgrammableController）是電腦編程系列中的一種，是為工業控制應用而設計製造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器－接觸器實現邏輯控制。隨著技術的改進，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的範圍，因此，被稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人電腦（PersonalComputer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。8.1.1

PLC的定義“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它採用一類可編程的記憶體，用於其內部存儲程式，執行邏輯運算,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，並通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外部設備，都與工業控制系統聯成一個整體並擴充其功能的原則而設計的。”8.1.2PLC的產生和發展1.PLC的產生2.PLC的發展早期的PLC（20世紀60年代末~70年代中期）中期的PLC（20世紀70年代中期~80年代中，後期）近期的PLC（20世紀80年代中、後期至今）8.1.3PLC的特點和應用高可靠性豐富的I/O介面模組採用模組化結構編程簡單易學安裝簡單，維修方便體積小，重量輕，能耗低8.2可編程控制器的組成及工作原理PLC組成框圖中央處理單元（CPU，CentralProcessingUnit）記憶體（Memory）輸入/輸出單元（Input/OutputUnit）通信介面智能介面模組編程裝置電源其他外部設備PLC執行程式的過程分為三個階段，即輸入採樣階段、程式執行階段、輸出刷新階段8.3可編程控制器的指令系統S7-200系列PLC指令有三種表達形式，即梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）。在實際應用中，一般採用梯形圖編寫plc程式，因為梯形圖是一種比較通用的圖形編程語言，而不同類型的plc的梯形圖基本上比較相似。語句表編寫的程式則是比較接近機器代碼的文本型程式，三種語言中，語句表使用最廣，保存，注釋都比較方便。這裏介紹的指令和編程都將以梯形圖和語句表為主。8.3可編程控制器的指令系統可編程控制器的工作過程是依據一連串的控制指令來進行的，這些控制指令就是常說的編程語言。可編程控制器的編程語言一般有梯形圖、語句表、功能塊圖和電腦高級語言等幾種。S7-200可編程控制器一般使用梯形圖、語句表和功能塊圖。梯形圖是一種圖形語言，它任沿用了繼電器的觸點和線圈等符號。它是以繼電器控制系統的電器原理圖為基礎演變而來的，易於初學者使用，圖形表示易於理解，而且全世界通用。8.3可編程控制器的指令系統梯形圖編程實例語句表編程實例功能塊圖編程實例8.3可編程控制器的指令系統可編程控制器的基本指令觸點指令輸出操作指令邏輯操作指令置位操作指令複位操作指令微分操作指令串聯、並聯操作指令定時器指令計數器指令邏輯堆疊指令比較操作指令空操作指令結束及暫停指令警戒時鐘刷新指令15跳轉和標號指令副程式指令迴圈指令順序控制繼電器指令2.可編程控制器的功能指令加法指令（ADD）減法指令（SUBTRACT）乘法指令除法指令自增/自減指令數學函數指令3.邏輯運算指令邏輯“與”運算指令（LogicAnd）邏輯“或”運算指令（LogicOr）邏輯“異或”運算指令（LogicExclusiveOr）取反指令（LogicInvert）4.傳送指令數據傳送指令（Move）數據塊傳送指令（BlockMove）傳送位元組立即讀、寫指令（MoveByImmediate）位元組交換指令（SwapBytes）5.移位和迴圈移位指令移位指令（Shift）迴圈移位指令（Rotate）寄存器移位指令（ShiftRegister）6.數據轉換指令BCD碼與整數的轉換雙字整數與實數的轉換雙整數與整數之間的轉換位元組與整數的轉換7.編碼和解碼指令

1.編碼指令（Encode）

2.解碼指令（Decode）8.4可編程控制器的程式設計緊密結合生產工藝每個控制系統都是為了完成一定的生產過程控制而設計的。不同的生產工藝，具有不同的控制功能。哪怕是相同的生產過程，由於各設備的工藝參數都不一樣，控制實現的方式也就各不相同。可以說各種控制邏輯、運算都是由生產工藝決定的，所以程式設計人員都必須嚴格遵守生產工藝的具體要求來設計應用軟體。熟悉控制系統的硬體結構軟體系統是由硬體系統決定的，不同系列的硬體系統，不可能採用同一種語言進行程式設計。即使相同的語言形式，其具體的指令也不一定相同。偶爾可以選擇同一系列的可編程控制器，但由於型號或系統配置的不同，也要有不同的應用程式與之相對應，所以程式設計人員不能拋開硬體結構而單獨地考慮軟體，而應根據硬體系統而編制相應的應用程式。具備電腦和自動化兩方面的知識可編程控制器是以微處理器為核心的控制設備，無論是硬體還是軟體都離不開電腦技術，控制系統的許多知識也是從電腦技術衍變出來的；同時，控制功能的實現也離不開自動控制技術，所以，程式設計人員必須具備電腦和自動化控制兩方面的知識

8.4.1軟體設計的基本原則設置了必要的參數後，對CPU週邊設備的管理由系統自動完成。程式設計一般只需要考慮用戶程式的設計。要對輸入/輸出信號做統一操作，確定各個信號在一個掃描週期內的唯一狀態，避免由同一個信號因狀態的不同而引起的邏輯混亂。由於CPU在每個週期內都固定進行某些窗口服務，佔用一定的機器時間，所以週期時間不能無限制的縮短。定時器的時間設定值不能小於週期掃描時間，並且在定時器時間設定值不是平均週期時間的整數倍時，可能會帶來定時誤差。用戶程式中如果多次對同一個參數進行賦值，則只有最後一次操作有效，前幾次操作不影響實際輸出。8.4.2軟體設計的基本內容參數表的定義程式框圖的繪製程式清單的編制程式說明書的編寫8.4.3簡單程式編制1.閃爍電路閃爍電路的編程2.報警電路3.啟動保持和停止電路4.延時通斷電路5.脈衝寬度可控制電路6.長定時電路8.5本章小結PLC是一種專為工業環境下應用設計的電子系統，它主要由微處理器、輸入/輸出單元、記憶體及各種介面組成，各部分之間通過匯流排連成一個整體。PLC採用迴圈掃描的方式進行工作，整個過程分為五個階段進行，即自診斷、與編程器的通信、輸入採樣、用戶程式執行和輸出刷新。各個階段完成不同的任務，周而復始的直至停機。通過本章的學習要初步熟悉PLC的原理及編程過程，學會自己編制程式控制PLC的動作，本章以西門子S7-200系列的PLC編程為實例講解，生動形象，在學習過程中要學會自己思考PLC的控制。

直流調速系統9.1概述調速是機床的重要性能之一，多數機床都要求選擇最經濟的切削速度，以保證獲得最大的效益。電力拖動系統必須具有調速的控制功能。9.1.1調速的定義調速是指人為的改變電動機的轉速，以滿足機床不同的工作轉速要求。通過改變電動機的參數或電源電壓等方法來改變電動機的機械特性，從而改變與負載機械特性的交點，使得電動機的轉速改變。調速系統一般採用以下幾種：機械有級調速：在這種調速系統中，電動機採用不調速的鼠籠非同步電動機，而速度的調節是通過改變齒輪箱的傳動比來實現的。電器機械有級調速：用多速鼠籠非同步電動機代替不能調速的鼠籠非同步電動機，簡化了機械傳動機構。電器無級調速：通過直接改變電動機轉速來實現工作機構轉速的無級調節的拖動系統。此時，傳動機構的變速箱改為減速箱。目前無級調速系統以閉環自動控制系統居主流。直流電機用直流調速器控制，如西門子的6RA70等，交流電機用變頻器控制，如西門子的MM440等。這種系統具有調速範圍寬、可實現平滑調速、精度高、控制靈活等優點。調速系統的性能是評價機床性能的重要指標，常用下列指標來評價機床調速系統的性能。調速範圍調速的平滑性靜差度動態性能經濟性9.1.2直流電動機的調速

他勵直流電動機的電路原理圖9.2單閉環直流調速系統單閉環直流調速系統就是指只有一個轉速負回饋構成的閉環控制系統。單閉環直流調速系統是一種基本的回饋控制系統，其基本特徵如下：應用比例調節器的閉環系統有靜差抵抗擾動與服從給定輸入系統精度依賴於給定和回饋精度有靜差系統結構圖單閉環無靜差系統結構圖9.3雙閉環直流調速系統雙閉環直流調速系統9.3雙閉環直流調速系統

雙閉環直流調速系統的穩態結構圖雙閉環調速系統的靜特性系統的動態性能動態跟隨性能：雙閉環調速系統在啟動和升速過程中，能夠在電動機允許的超載能力下，電流為恒定值，加速啟動和上升過程，表現出很快的動態跟隨性能。動態抗擾性能：一是靠速度調節器的設計來產生抗負載擾動作用，以解決突加（減）負載而引起的動態轉速降（升）的問題；二是通過電流回饋抗電網電壓擾動。轉速超調抑制：在速度調節器上引入轉速微分負回饋，可使電動機比轉速提前動作，從而改善系統的過渡過程品質，抑制轉速超調。9.4可逆直流調速系統採用兩組晶閘管反並聯或交叉聯接是可逆系統中比較典型的電路，它解決了電動機頻繁正反轉運行和回饋制動中電能的回饋通道，但是必須解決環流問題。環流是指不流過電動機或其他負載，而直接在兩組晶閘管之間的短路電流。環流可以分為兩大類：靜態環流：當可逆電路在一定的觸發下穩定工作時，出現的環流，可分為暫態脈動環流和直流平均環流。動態環流：穩態運行時並不存在，只在系統處於過渡過程中出現的環流。

配合控制的可逆調速系統原理框圖9.5直流脈寬調速系統PWM調速示意圖直流脈寬調速系統原理框圖脈寬調製器電路9.6本章小結本章介紹了直流調速的概念以及性能指標，對幾種常用方法進行了詳細的介紹，系統的講述了直流電動機的調速問題。在學習時應把握調速這條主線，比較各調速系統的相同點以及之間的差別。熟悉以後，能應用到具體的實踐中.

交流調速系統10.1變頻調速原則及其機械特性變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的。在調速過程中從高速到低速都可以保持有限的的轉差率，因而具有高效率、寬範圍和高精度的調速性能，是非同步電動機的一種比較合理和理想的調速方法。

由於電機設計時，電機的磁通常處於接近飽和值，如果進一步增大磁通，將使電機鐵心出現飽和，從而導致電機中流過很大的勵磁電流，增加電機的銅損耗和鐵損耗，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。因此，在改變電機頻率時，應對電機的電壓進行協調控制，以維持電機磁通的恒定。10.2變頻器工作原理及應用變頻器是把固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調電壓、可調頻率的交流電的變換器，是非同步電動機變頻調速的控制裝置。變頻器的組成整流器逆變器中間直流環節控制電路三相電壓型逆變器的基本電路10.2.1變頻器工作原理首先將單相或三相交流電源通過整流器並經電容濾波後，形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈衝波形。在這裏，通過改變矩形脈衝的寬度控制其電壓幅值；通過改變調製週期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時進行輸出電壓和頻率的控制，最終滿足變頻調速對協調控制的要求。10.2.2變頻器分類1.從變頻器主電路的結構形式上可分為交-直-交變頻器和交-交變頻器2.從變頻電源的性質上看，可分為電壓型變頻器和電流型變頻器

3.交-直-交變頻器根據VVVF調製技術不同，分為PAM和PWM兩種。

4.按用途來分

按用途來分可分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器三種5.按控制方式分類10.2.3變頻器參數加減速時間轉矩提升電子熱超載保護頻率限制偏置頻率頻率設定信號增益轉矩限制加減速模式選擇轉矩向量控制節能控制10.3非同步電動機變頻調速系統非同步電動機變頻調速具有調速範圍廣、調速平滑性能好、機械特性較硬的優點，可以方便的實現恒轉矩或恒功率調速，整個調速特性與直流電動機調壓調速和弱磁調速十分相似，並可與直流調速相比擬。基頻，即基本頻率，是變頻器對電動機進行恒轉矩控制和恒功率控制的分界線，應按電動機的額定電壓（指額定輸出電壓，是變頻器輸出電壓中的最大值，通常它總是和輸入電壓相等）進行設定，即在大多數情況下，額定輸出電壓就是變頻器輸出頻率等於基本頻率時的輸出電壓值，所以，基本頻率又等於額定頻率（即與電動機額定輸出電壓對應的頻率）。非同步電動機變壓變頻調速時，通常在基頻以下採用恒轉矩調速，基頻以上採用恒功率調速。10.3.1基頻以下調速恒磁通變頻調速恒電流變頻調速恒功率變頻調速10.3.2基頻以上調速當電機的電壓隨著頻率的增加而升高時，若電機的電壓已達到電機的額定電壓，繼續增加電壓有可能破壞電機的絕緣。為此，在電機達到額定電壓後，即使頻率增加仍維持電機電壓不變。這樣，電機所能輸出的功率由電機的額定電壓和額定電流的乘積所決定，不隨頻率的變化而變化。具有恒功率特性。在基頻以上調速時，頻率可以從基頻往上增加，但電壓卻不能超過額定電壓，此時，電機調速屬於恒轉矩調速。電機在恒轉矩調速時，磁通與頻率成反比的降低，相當於直流電機弱磁升速的情況。

變頻器應用於數控車床10.4交流伺服電動機驅動模組及其應用交流伺服電動機應用日益廣泛，相近的驅動模組介面定義，能簡化交流伺服控制系統的設計、調試。僅以KT220系列交流伺服電動機驅動模組及其應用為例來說明。交流伺服電動機本身附裝了增量式光點編碼器，用於電動機速度控制及位置回饋，大多數數控機床都採用這種半閉環控制方式。如果需要進行全閉環控制，則在機床導軌上安裝直接位置測量感測器。在交流伺服電動機驅動中還具有轉矩和轉速檢測兩個輸出信號，可供用戶對電動機的轉矩和轉速進行顯示和控制。KT220系列交流伺服電動機驅動模組外形和介面10.5本章小結本章介紹了變頻調速的基本概念，對交流變頻器的原理以及分類進行了詳細的闡述，概括介紹了非同步電動機的幾種變頻調速方法，最後以KT220系列驅動模組簡單描述了交流伺服電動的驅動模組及其應用。主要內容集中在了對變頻器的介紹和非同步電動機的變頻調速，通過學習這些內容，可以很清楚的瞭解變頻調速的基本原理以及調速原則。

自動控制基礎11.1概述自動控制理論的發展與應用，使得生產過程具有了更高的準確性，有效的提高了產品的性能和品質，極大的提高了勞動生產率也改善了勞動條件。自動控制理論的應用是實現工業、農業、國防和科學技術現代化的有利工具。利用自動化儀器或控制裝置對生產設備和工藝過程進行合理的控制，使被控制的物理量達到預定的狀態或性能要求，或者按照一定的規律變化。自動控制系統則是為實現某一控制目標所需要的所有物理部件的按一定的方式組成的有機整體。在自動控制系統中，被控制的設備或過程稱為被控對象或對象；被控制的物理量稱為被控量或輸出量；決定被控量的物理量稱為控制量或給定量；妨礙控制量對被控量進行正常控制的所有因素稱為擾動量。給定量和擾動量都是自動控制系統的輸入量。擾動量按其來源可分為內部擾動和外部擾動。開環控制和閉環控制是控制系統的兩種最基本的形式

閉環控制系統開環控制系統11.1.1自動控制系統的基本組成及控制方式

典型自動控制系統方塊圖不管是簡單的還是複雜的控制系統，都是由一系列的基本元件組成的。包括如下幾種：

受控對象：是指控制系統要控制的對象。受控物理量的變化過程稱為受控過程。控制器：接收偏差信號或者輸入信號，通過一定的控制規律給出控制量，送到執行元件。如常規控制儀錶（電動儀錶，氣動儀錶）、可編程邏輯控制器（PLC）、工業控制電腦等都屬於控制器。執行元件：驅動被控制對象的環節。常用的執行元件有電動機、液壓馬達等。測量變送元件：又稱感測器，用於檢測受控對象的輸出量的大小，並回饋到輸入端。比較元件：用以產生偏差信號來形成控制，有的系統以標準裝置的方式配以專用的比較器，大部分是以隱藏的方式合併在其他控制裝置中，如電腦控制系統等。回饋環節：產生與輸出量有一定函數關係的回饋信號。11.2自動控制系統性能及評價原來處於平衡狀態的系統，在受到擾動作用後都會偏離原來的平衡狀態。所謂穩定性，就是指系統在擾動作用消失後，經過一段過渡過程後能否回復到原來的平衡狀態或足夠準確地回復到原來的平衡狀態的性能。若系統能恢復到原來的平衡狀態，則稱系統是穩定的；若干擾消失後系統不能恢復到原來的平衡狀態，而且隨時間的推移不斷的變化，則系統是不穩定的。系統的穩定性又分兩種情況：一是大範圍內穩定，指的是即使起始偏差很大，擾動消失後經過足夠的時間，系統能在很小的誤差回復到原始平衡狀態；另一種是小範圍內穩定，即如果起始偏差較小時，擾動消失後經過足夠的時間，系統能在很小的誤差回復到原始平衡狀態，當初始偏差較大時，擾動消失後系統無法回復到初始平衡狀態。對於線性系統，如果在小範圍內是穩定的，則它一定也是在大範圍內穩定的。而對非線性系統，在小範圍內穩定，在大範圍內就不一定是穩定的基本要求穩定性是系統能否正常工作的前提條件。對於實際工作的控制系統，僅對穩定性能進行要求顯示不夠。在擾動消失後系統重新回復到初始平衡狀態的過程中，存在中間過渡過程（或稱暫態回應過程）。暫態回應過程的性能，如時間回應過程的快速性，動態準確度，系統的相對穩定性等，通常用相應的指標來衡量，這些指標稱為暫態回應性能指標或稱過渡過程品質指標。

性能指標（a）穩定系統（b）不穩定系統圖穩定系統和不穩定系統系統從一個穩態過渡到新的穩態都需要經歷一段時間，亦即需要經歷一個過渡過程。表徵這個過渡過程性能的指標叫做暫態性能指標。輸出量的暫態過程可能有以下幾種情況：單調過程：這一過程的輸出量單調變化，緩慢地到達新的穩態值。這種暫態過程具有較長的暫態過程時間。衰減振盪過程：這時被控制量變化很快，以致產生超調，經過幾次振盪後，達到新的穩定工作狀態。持續振盪過程：這時被控制量持續振盪，始終不能達到新的穩定工作狀態，這屬於不穩定過程。發散振盪過程：這時被控制量發散振盪，不能達到所要求的穩定工作狀態。在這種情況下，不但不能糾正偏差，反而使偏差越來越大。這也屬於不穩定過程。

暫態回應的典型性能指標11.3控制系統的數學模型自動控制理論在方法上是先把具體的系統抽象成數學模型，進而以數學模型為研究對象，應用經典或現代的控制理論所提供的方法去分析它的性能和研究改進系統性能的途徑。在此基礎上，再應用這些研究的成果和結論，去指導對實際系統的分析和改進。因此建立系統的數學模型是分析和研究自動控制系統的出發點。建立系統微分方程的一般步驟（1）全面瞭解系統的工作原理、結構組成和支配系統運動的物理規律，確定系統的輸入量和輸出量。