机床电气控制系统设计的基本内容

机床的电气设计与机床的机械结构设计是分不开的，尤其是现代机床的结构以及使用效能与电气自动控制的程度是密切相关的，对机械设计人员来说，也需要对机床的电气设计有一定的了解。本节就机床电气设计所涉及的主要内容，以及电气控制系统如何满足机床的主要技术性能加以讨论分析。

1）机床主要技术性能，即机械传动、液压和气动系统的工作特性以及对电气控制系统的要求是机床电控设计的依据。

2）机床的电气技术指标，即电气传动方案，要根据机床的结构、传动方式、调速指标，以及起动、制动和正反向要求等来确定。

机床的主运动与进给运动都有一定调速范围的要求。要求不同，采取的调速传动方案就不同，调速性能的好坏与调速方式密切相关。中小型机床，一般采用单速或双速笼型异步电动机，通过变速箱传动；对传动功率较大、主轴转速较低的机床，为了降低成本、简化变速机构，可选用转速较低的异步电动机；对调速范围、调速精度、调速的平滑性要求较高的机床，可考虑采用交流变频调速和直流调速系统，满足无级调速和自动调速的要求。

由电动机完成机床正反向运动比机械方法简单容易，因此只要条件允许应尽可能地由电动机进行。传动电动机是否需要制动，要根据机床需要而定。对于由电动机实现正反向的机床，对制动无特殊要求时，一般采用反接制动，可使控制线路简化。在电动机频繁起动、制动或经常正反向的情况下，必须采取措施限制电动机的起动、制动电流。

3）机床电动机的调速性质应与机床的负载特性相适应。调速性质是指转矩、功率与转速的关系。设计任何一个机床电力拖动系统都离不开对负载和系统调速性质的研究，它是选择拖动和控制方案及确定电动机容量的前提。

电动机的调速性质必须与机床的负载特性相适应。众所周知，机床的切削运动（主运动）需要恒功率传动，而进给运动则需要恒转矩传动。双速异步电动机，定子绕组由三角形改成星形联结时，转速由低速升为高速，功率增加的很小，因此适用于恒功率传动。而定子绕组低速为星形联结，高速为双星形联结的双速电动机，转速改变时，电动机所输出的转矩保持不变，因此适用于恒转矩调速。

他励直流电动机改变电压的调速方法则属于恒转矩调速；改变励磁的调速方法属于恒功率调速。

4）正确合理地选择电气控制方式是机床电气设计的主要内容。电气控制方式应能保证机床的使用效能和动作程序、自动循环等基本动作要求。现代机床的控制方式与机床结构密切相关。由于近代电子技术和计算技术已深入到机床控制系统的各个领域，各种新型控制系统不断出现，它不仅关系到机床的技术与使用性能，而且也深刻地影响着机床的机械结构和总体方案。因此，电气控制方式应根据机床总体技术要求来拟定。

在一般普通机床中，其工作程序往往是固定的，使用中并不需要经常改变原有程序，可采用有触点的“继电器-接触器”系统，控制线路在结构上接成“固定”式的。

有触点控制系统，控制电路的接通或分断是通过开关或继电器等触点的闭合与分断来进行控制的。这种系统的特点是能够控制的功率较大、控制方法简单、工作稳定、便于维护、成本低，虽然它在整体技术上是20世纪二三十年代就开始使用的落后技术，但在现有的机床控制中应用仍然相当广泛，并且短时间内还淘汰不了。

可编程序控制器（PLC）是介于“继电器-接触器”系统的固定接线装置与电子计算机控制之间的一种新型的通用控制部件。近年来机床的程序控制有很大的发展，这是由于可编程序控制器可以大大缩短机床的电气设计、安装和调整周期，并且可使机床工作程序加以更改。因此采用可编程序控制器以后，将使机床的控制系统具有较大的灵活性和适应性。

随着电子技术的发展，数字程序控制系统在机床上的应用越来越广泛，已经发展成为数控机床。数控机床有较高的生产率、较短的生产周期、加工精度高、能够加工普通机床根本加工不了的复杂曲面零件，有着广泛的发展前景。(www.xing528.com)

5）明确有关操纵方面的要求，在设计中实施。如操纵台的设计、测量显示、故障自诊断、保护等措施的要求。

6）设计应考虑用户供电电网情况，如电网容量、电流种类、电压及频率。电气设计技术条件是机床设计的有关人员和电气设计人员共同拟定的。根据设计任务书中拟定的电气设计的技术条件，就可以进行电气设计。实际上电气设计就是把上述的技术条件明确下来并付诸实施。

综上所述，机床电气设计应包括以下内容：

1）拟定电气设计任务书（技术条件）。

2）确定电气传动控制方案，选择电动机。

3）设计电气控制原理图。

4）选择电气元件，并制定电气元件明细表。

5）设计操作台、电气柜及非标准电气元件。

6）设计机床电气设备布置总图、电气安装接线图。

7）编写电气说明书和使用操作说明书。

以上电气设计各项内容，必须以有关国家标准为纲领。根据机床的总体技术要求和控制线路的复杂程度，以上内容可增可减，某些图样和技术文件也可适当合并或增删。

为保证我国的机床在国际市场上占有一席之地，机床设计必须向国际标准靠拢，和国际标准接轨，否则就会影响我国机床走向国际市场。因此，机床电气设备通用技术条件及机床数字控制系统通用技术条件是机床电气设计的必要依据。