数控机床电气控制系统.pptx(免费下载）

文末提供完整PPT下载方式

数控机床作为现代制造业的“工作母机”，其核心在于通过数字信息对机床的机械动作进行精确控制。而这一切的物理实现，都依赖于其精密且复杂的电气控制系统。理解和掌握该系统的知识点，对于从事数控技术相关的设计、操作、维修与管理人员至关重要。

本文机械知网将对数控机床电气控制系统的核心知识点进行系统性的归纳和梳理。

一、系统概述与基本组成

数控机床电气控制系统是一个集计算机技术、自动控制技术、电力电子技术、传感检测技术于一体的综合系统。其核心任务是接收来自CNC数控系统的指令，进行逻辑处理和功率放大，最终驱动执行元件（如电机）完成预定动作，并实时检测反馈以确保精度。

整个系统通常可分为以下几个核心组成部分：

1.数控装置（CNC单元）：由硬件（工业PC、专用主板、显示单元等）和软件（系统程序、用户程序）构成。负责接收、处理加工程序（G代码、M代码等），并向PLC和驱动系统发出控制指令。

2.可编程逻辑控制器（PLC）：在数控机床上常称为PMC（可编程机床控制器）。它负责处理机床的辅助功能和逻辑顺序控制，如：主轴启停、换刀、冷却液开关、夹具松紧、行程限位保护等。它接收来自操作面板、检测开关的信号，经过程序逻辑运算后，控制继电器、接触器等元件动作。

3.伺服驱动系统：是位置控制的核心，包括：

伺服驱动器：接收CNC发出的速度/位置指令，进行运算和功率放大。

伺服电机：执行元件，将电能转化为精确的机械运动。通常配备高精度编码器。

4.主轴驱动系统：控制主轴的旋转运动。包括主轴驱动器和主轴电机。现代数控机床普遍采用伺服主轴或变频主轴，要求能实现无级调速、恒线速切削和定向准停（用于换刀）。

5.检测反馈系统：用于检测机床执行机构的实际位置和速度，并反馈给CNC和驱动器，形成闭环控制，确保加工精度。主要元件包括：光电编码器（旋转位置/速度）、光栅尺（直线位移，构成全闭环控制）、接近开关、行程开关等。

6.强电控制柜：包含电源总开关、变压器、断路器、接触器、继电器、熔断器等。负责为整个系统分配和管理电能，并提供短路、过载、欠压等保护。

7.人机交互界面（HMI）：包括机床操作面板、MDI键盘、显示屏等，是操作人员与数控机床进行信息交流的窗口。

二、核心知识点详解

1.CNC与PLC的分工与通信

CNC：专注于“轨迹控制”，处理所有与坐标轴运动（X，Y，Z等）相关的连续控制问题，如插补运算、位置控制、速度控制。

PLC：专注于“顺序控制”，处理机床的开关量信号（I/O点），如按钮、开关、指示灯、电磁阀等。两者的协调工作是机床自动运行的基础。它们通过内部总线（如I/OLink）进行高速数据交换。

2.伺服系统的工作原理与控制模式

核心原理：闭环负反馈控制。CNC发出指令脉冲→伺服驱动器驱动电机转动→编码器检测实际位置/速度并反馈→驱动器比较指令与反馈的差值（误差）→调整输出以消除误差。

控制模式：

位置控制模式：最常用模式，用于精确定位。CNC发脉冲序列，一个脉冲对应电机旋转一个固定角度。

速度控制模式：CNC发送模拟电压（±10V）或数字指令来控制转速。

转矩控制模式：用于恒力切削、绕线等场合，控制电机的输出转矩。

3.主轴控制的关键技术

无级调速：通过变频器或伺服驱动器改变输入电机的频率和电压，实现宽范围的速度调节。

定向准停：主轴停止时，必须精确停止在一个固定的圆周位置上，以便换刀装置（如机械手）抓取刀具。通常通过主轴电机内置的编码器（Z脉冲信号）和驱动器配合实现。

刚性攻丝：主轴旋转（Z轴）与进给轴（Z轴）必须保持严格的同步关系（每转进给一个螺距）。这需要CNC进行插补控制，并依赖高响应性的主轴和伺服系统。

4.检测反馈装置的应用

增量式编码器：输出A、B、Z三相脉冲。A、B脉冲相位差90°用于辨向和倍频，Z脉冲用于每转基准点清零。用于半闭环控制系统。

绝对式编码器：每个位置对应唯一的二进制编码，断电后位置信息不丢失，开机无需回零。

光栅尺：直接测量工作台的直线位移，避免了丝杠热伸长、反向间隙等误差，用于高精度的全闭环控制系统。

5.电气连接与抗干扰技术

接地系统：至关重要！必须有良好的工作地（提供电位基准）、保护地（防止触电）和屏蔽地（抗干扰）。接地不良是许多莫名故障的根源。

布线规范：动力线（强电）、控制线（弱电）、信号线（反馈、通信）必须分开布线，保持距离或垂直交叉，避免平行走线，以防电磁干扰。

屏蔽技术：编码器线、光栅尺线、通信线等均应使用屏蔽电缆，并将屏蔽层单端可靠接地。

数控机床电气控制系统是一个多层次、多技术的有机整体。从宏观的系统结构到微观的伺服控制原理，从硬件的连接规范到软件的参数设置，每一个知识点都紧密相连。掌握这些知识，不仅要求理解理论，更需要在实践中不断积累经验和培养系统化的故障分析思维，才能真正做到对数控机床的“知其然，并知其所以然”。

50万+机械工程师都在看↓↓↓

关注上方公众号，回复关键词，免费领取海量资料！！

1. 回复【动图】领取10000+个机械动图及视频包

2. 回复【CAD】领取800GAutoCAD全套视频教程

3. 回复【UG】领取800G的UGNX全套视频教程

4. 回复【SW】领取800G的Solidworks全套教程

5. 回复【机械设计】领取800G（非标）机械设计资料