数控机床电气原理图详解

数控机床的电气诊断与维修是以熟悉数控机床的电气控制线路为基础的。只有熟悉数控机床的电气控制线路并结合经验实践，才能快速准确地排除数控机床电气方面的故障。

数控机床的实际电路往往比较复杂，有些还和机械、液压（气压）等动作相配合来实施控制。因此在识读电气原理图之前，首先要了解生产工艺过程对电气控制的基本要求，例如需要了解数控机床的电动机数量、各台电动机是否有启动、反转、调速、制动等控制要求，需要哪些联锁保护、各台电动机的启动、停止顺序的要求等具体内容，并且要注意机、电、液（气）的联合控制。在阅读电气原理图时，大致可以按如下步骤进行：

1）首先必须熟悉图中各器件符号和作用。

2）阅读主电路。应该了解主电路有哪些用电设备（如电动机等），以及这些设备的用途和工作特点。并根据工艺过程，了解各用电设备之间的相互联系，采用的保护方式等。在完全了解主电路的这些工作特点后，就可以根据这些特点再去阅读控制电路。

3）阅读控制电路。控制电路由各种电器组成，主要是用来控制主电路工作的。在阅读控制电路时，一般先根据主电路接触器主触点的文字符号，到控制电路中去找与之相应的吸引线圈，进一步弄清楚电动机的控制方式。这样可将整个电气原理图划分为若干部分，每一部分控制一台电动机。另外控制电路以办事依照生产工艺要求，按动作的先后顺序，自上而下、从左到右、并联排列。因此读图时也应当自上而下、从左到右，一个环节、一个环节地进行分析。

4）阅读照明、信号指示、监测、保护等各辅助电路环节。

对于比较复杂的控制电路，可按照先简后繁，先易后难的原则，逐步解决。因为无论怎样复杂的控制线路，总是由许多简单的基本环节所组成。阅读时可将它们分解开来，先逐个分析各个基本环节，然后再综合起来全面加以解决。概括地说，阅读的方法可以归纳为：从机到电、先“主”后“控”、化整为零、连成系统。

电气原理图是表示电气控制线路工作原理的图形，所以熟练识读电气原理图，是掌握设备正常工作状态、迅速处理电气故障的必不可少的环节。

下面以大连机床集团有限责任公司生产的VDF-850D加工中心为例进行数控机床的电路介绍。

图5-42中加工中心输入380V50Hz的交流电源，经熔断器并闭合断路器后，把电源输送到各强电模块中。图中每个电动机的控制电路主要由电动机保护开关FM，控制电动机转向的交流接触器KM、限压保护器件FV和电动机等组成。

图5-43中也是不同功能的电动机的控制，在后面部分分别是进给伺服电源和主轴伺服电源。进给伺服电源部分根据伺服驱动器的规格需要经过变压器T实现电压从380V变为220V。主轴伺服电源模块中增加阻抗器L来平滑电源电压中的尖峰脉冲。

图5-42 加工中心主电路电气原理图（一）

图5-43 加工中心主电路电气原理图（二）

图5-44中主要是包括机床照明、热交换器、机床润滑和空调等功能模块的电路，以及提供机床不同器件所使用的220V交流电源和系统/继电器、电磁阀/警示灯等所使用的24V直流电源。以上三张图共同组成了加工中心的主电路。

图5-44 加工中心主电路电气原理图（三）

图5-45为加工中心控制电路电气原理图，其主要是外部运行允许、伺服强电控制和伺服ok等部分的电路，当这部分电路出现问题时，数控系统将显示“急停报警”错误。

图5-45 加工中心控制电路电气原理图（一）

图5-46为对应图5-45中各电动机的控制电路图。

图5-46 加工中心控制电路电气原理图（二）

图5-47～图5-54中主要是进给轴伺服和主轴伺服电源的控制。

图5-47 加工中心控制电路电气原理图（三）

图5-48 加工中心气动控制电路电气原理图

图5-49 加工中心输入接口电路（一）

图5-50 加工中心输入接口电路（二）

图5-51 加工中心输入接口电路（三）(www.xing528.com)

图5-52 加工中心输出接口电路（一）

图5-53 加工中心输出接口电路（二）

图5-54 加工中心输出接口电路（三）

图5-55为VDF850D数控系统连接图，XS1接口是数控系统的电源接口；接入电源为直流24V，XS2～XS5是软区组件接口；XS8是手持操作盒（手轮）接口；XS10～XS12是输入开关量接口，主要是操作按钮（如急停按钮、启动按钮等）和机床检测输入（如限位开关等）信号接口，它们输入的信号对应着数控系统中PLC的不同的输入信号；XS20～XS22是输出开关量，包括各种机床控制信号、继电器控制等；XS30～XS33是进给传动系统中的X、Y、Z和第四轴的伺服驱动模块的接口；XS9是主轴伺服驱动的接口。各伺服模块、伺服电动机和编码器等器件组成了闭环控制回路（图5-56、图5-57、图5-58）。

整个加工中心的电路图很多，为了便于分析，可以将其分为四个部分。第一个部分是强电控制部分，也是加工中心的主电路，它控制着整个加工中心的电源、各个电动机的电源提供以及控制，图纸编号是图5-41、图5-43；第二个部分是加工中心的控制电路，主要控制着各个电动机的启动的线圈，图纸编号是图5-44、图5-47；第三部分是加工中心的输入、输出控制电路部分，它主要是数控系统接受机床侧的反馈信号和输出信号用以控制继电器线圈得电，然后通过控制电路使主电路中的电动机启动，图纸编号是图5-48、图5-53；第四部分是加工中心的进给伺服系统和主轴伺服系统的电气控制电路，图纸编号是图5-54至图5-57。

图5-55 VDF850D数控系统连接图

图5-56 加工中心手持操作器（手轮）电路

图5-57 加工中心X（Y、Z、4TH）伺服驱动器电路

图5-58 加工中心主轴伺服驱动器电路

1.电动机控制电路分析。

在分析电动机控制电路时，应先找出该控制电路有关的其他电路一起才能分析出其控制过程，以及当出现故障时应该如何进行排除。下面以螺旋排屑电动机1为例进行说明。首先找出主电路部分，如下图所示为螺旋排屑电动机主电路部分，其控制的先后顺序是输入380V交流电源经过电动机保护开关QM1，然后经过交流接触器KM1Z（或KM1F），最后到达电动机，从而实现正（反）转。图5-41（a）中FV是限压保护器件。在主电路中QM1和KM1Z（KM1F）只有主触点部分，因此，我们还需要找出其辅助触点和交流接触器的线圈部分。

图5-45中为螺旋排屑电动机的控制电路部分。在此控制电路中，电动机保护开关QM1在没有发生过载等情况时将处于闭合状态，只要继电器开关KA14（KA15）闭合，螺旋排屑电动机就会实现正转（反转），在正转线路上串上反转交流接触器的常闭触点是为了实现互锁功能，即当先输出正转信号时，即使再输出反转信号，反转功能依然不能实现，反之亦然。它是典型的互锁电路，正转和反转不能同时运行以保护电动机。

图5-52中为螺旋排屑电动机有关的输出信号控制电路。数控系统中的输出端口Y2.0控制正转，Y2.1控制反转。螺旋排屑电动机的控制过程：当需要实现排屑功能时，按下数控系统面板上的功能按钮，则使Y2.0输出低电平，继电器线圈KA14得电接通，则KA14原先的常开触点变为了闭合状态，则控制正转的交流接触器KM1Z得电，KM1Z主触点闭合，排屑电动机通电正常运行，当松开功能按钮时，KA14继电器线圈失电，其常开触点变回开路状态，KM1Z交流接触器线圈失电，其主触点断开，排屑电动机停止运转。当在运行过程中排屑电动机出现过载等情况时，电动机保护开关自动断开，螺旋排屑电动机立刻停止运行，同时由图5-48可知，此时将反馈一个信号给数控系统，输入信号端口是X13，数控系统根据反馈信号，将螺旋排屑电动机过载的错误信息显示在数控系统的操作面板上。

其他电动机如螺旋排屑电动机2、刀库电动机、冷却电动机、机械手电动机、液压电动机、GM7系列主轴电动机风扇、高压泵电动机、提升泵电动机、冲屑电动机和提升排屑电动机等部分的电路分析和工作过程与螺旋排屑电动机1的电路分析和工作过程基本相同，这里不再重复进行介绍。

图5-59 螺旋排屑电动机电路

（a）图5-41部分电路（b）图5-45部分电路（c）图5-48部分电路（d）图5-52部分电路

图5-60 总电源控制电路

（a）图5-41部分电路（b）图5-51部分电路

2.总电源开关。

从图5-51中，当在数控加工编程中加入M30指令并执行时，数控系统会在输出端口Y13上输出低电平，则继电器KA9线圈得电，KA9常开触点闭合，分励脱扣线圈得电，则空气开关QF断开，加工中心总电源断开。

3.外部运行允许（急停）。

根据图5-60的（a）和（b）的电路，当系统上电后，如果急停按钮正常，则继电器KA1线圈得电，KA1动合开关闭合，则输入信号X0.6输出低电平，系统根据X0.6的信号进行处理。

图5-61 外部运行允许电路

（a）图5-44部分电路（b）图5-48部分电路（c）图5-51部分电路