数控机床电气系统简介

本节将介绍有关数控机床电气系统的基础，如数控机床对电气系统的基本要求、电气系统的组成和数控机床电气控制系统图等。

数控机床具有灵活通用、高速、高效和高精度等特点，因此其对电气系统有如下基本要求。

（1）高可靠性

数控机床是长时间连续运转的设备，本身要具有高可靠性。因此，在电气系统的设计和部件的选用上普遍运用了可靠性技术、容错技术及冗余技术。所有部件选用的是最成熟的，而且符合有关国际标准并取得授权认证的新型产品。

（2）紧跟新技术的发展

在保证可靠性的基础上，电气系统还要具有先进性，如新型组合功能电气元件的使用、新型电子电器及电子功率器件的使用等。

（3）稳定性

要在电气系统中采取一系列措施，使其适应较宽泛的环境条件，如要能适应交流供电系统电压的波动，对电网系统内的噪声干扰有一定的抑制作用，同时还符合电磁兼容的国家标准要求，系统内部既不互相干扰，也不向外部辐射破坏性干扰。

（4）安全性

电气系统的联锁要有效；电气装置的绝缘要保证完好，防护要齐全，接地要牢靠，以使操作人员的安全有保证。电气部件的防护外壳要具有防尘、防水、防油污的功能；电柜的封闭性要好，防止外部的液体渗入电柜内部，防止切屑、导电尘埃的进入。电柜内的所有元件在正常供电电压工作室不应出现被击穿的现象，并且有预防雷电袭击的功能；经常移动的电缆要有防护套或者拖链防护，防止缆线磨断或短路而造成系统故障。要有抑制内部部件异常升温的措施，特别是在夏季，要有强迫风冷或制冷器冷却；有防触电、放碰伤设施。

（5）方便的可维护性

易损部件要便于更换和替换，保护元器件的保护动作要灵敏，但也不能有误动作；一旦出现故障并排除后，功能要能恢复。

（6）良好的控制特性

所有被控制的电动机启动要平稳、响应快速、特性硬、无冲击、无振动、无振荡、无异常噪声、无异常升温。

（7）运行状态明显的信息显示

电气系统要用指示灯作操作显示，电器元件要有状态指示、故障指示，有明显的安全操作标示。

（8）操作的宜人性

电气系统要体现人性化设计，如操作部位与人体的平均高度、距离相适应，体现操作方便、舒适、便于观察的特点，尤其要随时摸得到急停按钮，保证紧急下的快速操作动作；机床电器颜色不仅符合标准，还要美观、明显。

数控机床的电气控制系统，主要由数控系统（CNC）、伺服系统（包括进给驱动控制系统和主轴驱动控制系统）、机床强电控制系统（包括强电控制柜和辅助装置的电气硬件电路）等组成（图5-1）。

数控系统是数控机床电气控制系统的中枢，它可以自动地对输入到数控机床内部的所有数控加工程序进行处理，同时将这些数控加工程序分成两大类的控制量，分别输出。第一类为连续控制量，这一类的控制量将被输送到伺服系统；第二类为离散的开关控制量，这一类的控制量将被输送到数控机床的强电控制系统。

伺服系统分进给伺服系统和主轴驱动系统两部分。进给伺服系统由进给伺服电动机和进给伺服装置两部分组成，其作用是用来驱动数控机床各坐标轴的切削，同时还为数控机床提供在其切削过程中所需的转矩和运转速度。主轴伺服系统由主轴电路和主轴伺服装置两部分组成，其功能是用来实现对主轴转速的调节和控制作用，有时在不同的伺服装置中，还含有主轴定向控制的功能。

机床的强电控制系统，除了具有对机床的辅助运动和辅助动作的控制功能外，同时还包括对保护开关、各种行程极限开关和操作面板上所有器件的监测及控制功能。

图5-1 数控机床电气控制系统

为了表达生产机械电气控制系统的组成及工作原理，同时也便于设备的安装、调试和维修，通常将系统中各电气元件及连接关系用一定的图样反映出来，在图样上用规定的图形符号表示各电气元件，并用文字符号说明各电气元件，这样的图样称为电气控制系统图，也称电气图。如图5-2是VDF850D加工中心主电路电气控制系统图。(www.xing528.com)

图中必须根据国家标准，用统一的文字符号、图形符号及画法，以便于设计人员的绘图与现场技术人员、维修人员的识读。在电气图中，代表电动机、各种电器元件的图形符号和文字符号应按照我国已颁布实施的有关国家标准绘制。

电气控制系统图中的文字符号用于电气技术领域中技术文件的编制，也可以标注在电气设备、装置和元器件上或近旁，以表示电气设备、装置和元器件的名称、功能、状态和特性。它可分为基本文字符号和辅助文字符号。

（1）基本文字符号

基本文字符号有单字母符号与双字母符号两种。单字母符号按拉丁字母顺序将各种电气设备、装置和元器件划分为23大类，每一类用一个专用单字母符号表示，如“C”表示电容器类，“R”表示电阻器类，“M”表示电动机类等。双字母符号由一个表示种类的单字母符号与另一个字母组成，且以单字母符号在前，另一个字母在后的次序排列，如“F”表示保护器件类，则“FU”表示为熔断器，“FR”表示为热继电器（表5-1）。

图5-2 VDF850D加工中心主电路电气控制系统图

表5-1 基本数控机床常用元器件文字符号

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（2）辅助文字符号

辅助文字符号用来表示电气设备、装置和元器件以及电路的功能、状态和特征。如“RD”表示红色等。辅助文字符号也可以放在表示种类的单字母符号之后组成双字母符号，如“YB”表示电器制动器，“SP”表示压力传感器等。辅助字母还可以单独使用，如“ON”表示接通，“PE”表示保护接地等（表5-2）。

表5-2 辅助文字符号

电气控制系统图中的图形符号通常用于图样或其他文件，用以表示一个设备或概念的图形、标记或字符。主要由以下三部分组成：

1）符号要素。它是一种具有确定意义的简单图形，必须同其他图形结合才构成一个设备或概念的完整符号。如接触器常开主触点的符号就由接触器触点功能符号和常开触点符号组合而成。

2）一般符号。用以表示一类产品和此类产品特征的一种简单的符号。如电动机可用一个圆圈表示。

3）限定符号。是一种加在其他符号上提供附加信息的符号。

例如三相电动机图形符号，其中圆圈是装置符号要素，M是电动机一般符号，3～是三相交流限定符号（图5-3）。

图5-3 三相电动机图形符号

在电子控制系统图中，为了清晰地表示接线端子的联接情况，需要加入接线端子标记，一般的接线端子标记如下：

1）三相交流电路引入线采用L1、L2、L3、N、PE标记，直流系统的电源正、负线分别用L+、L—标记。

2）分级三相交流电源主电路采用三相文字代号U、V、W的前面加上阿拉伯数字1、2、3等来标记。如1U、1V、1W、2U、2V、2W等。

3）各电动机分支电路各接点标记采用三相文字代号后面加数字来表示，数字中的个位数表示电动机代号，十位数字表示该支路各结点的代号，从上到下按数值大小顺序标记。如U11表示M1电动机的第一相的第一个节点代号，U21表示M1电动机的第一相的第二个节点代号，以此类推。

4）三相电动机定子绕组首端分别用U1、V1、W1标记，绕组尾端分别用U2、V2、W2标记，电动机绕组中间抽头分别用U3、V3、W3标记。

5）控制电路采用阿拉伯数字编号。标注方法按“等电位”原则进行，在垂直绘制的电路中，标号顺序一般按自上而下、从左至右的规律编号。凡是被线圈、触点等元件所间隔的接线端点，都应标以不同的线号。