第2章數控機床電氣控制基礎廣東省科學技術職業技術學院帥旗學習導論本章主要介紹數控機床的發展過程和趨勢，數控機床的基本概念，數控機床的組成、工作原理及分類，數控加工的特點。重點掌握數控機床的組成及工作原理；點位控制、點位直線控制、輪廓控制數控機床的特點。目錄項目1數控機床電氣控制及基本回路項目2數控機床用可編程控制器項目3步進電機驅動裝置項目4直流伺服驅動裝置項目5交流伺服驅動裝置項目6數控機床主軸驅動裝置項目九數控機床典型驅動裝置及接口技術項目1數控機床電氣控制及基本回路一、數控機床常用控制電器簡介1．主電路中常用低壓電器（1）熔斷器（2）低壓斷路器（3）接觸器（4）熱繼電器第五章數控機床I/O控制的故障瓷插式熔斷器熔斷器有填料式熔斷器第五節熔斷器熔斷器系統DC24V輸入電路的熔斷器。(7.5A)。發那科熔斷器太貴，最好自作一個采用玻璃管熔斷器，從原來發那科保險焊出兩根線替代。萬能式低壓斷路器結構圖塑殼式低壓斷路器原理圖1．主觸頭2．自由脫扣器3．過電流脫扣器4．分勵脫扣器5．熱脫扣器6．失壓脫扣器

7．按鈕一、刀開關1.開關板用刀開關（不帶熔斷器式刀開關）

作用：不頻繁地手動接通、斷開電路和隔離電源用。

結構圖和符號：QS觸頭系統：主觸頭、輔助觸頭

常開觸頭（動合觸頭）常閉觸頭（動斷觸頭）電磁系統：動、靜鐵芯，吸引線圈和反作用彈簧滅弧系統：滅弧罩及滅弧柵片滅弧接觸器1．結構

一、交流接觸器

接觸器交流接觸器結構圖主觸頭常閉輔助觸頭常開輔助觸頭靜鐵心動鐵心吸引線圈滅弧裝置用途：遠距離通斷直流電路或控制直流電動機的頻繁起停。結構：電磁機構、觸頭系統和滅弧裝置。工作原理：與交流接觸器基本相同。二、直流接觸器

額定電壓

交流接觸器：127、220、380、500V直流接觸器：110、220、440V交流接觸器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A

直流接觸器：40、80、100、150、250、400、600A額定電流

吸引線圈額定電壓交流接觸器：36、110（127）、220、380V直流接觸器：24、48、220、440V四、接觸器的主要技術指標

作用：控制、放大、聯鎖、保護和調節分類：按用途分：控制和保護繼電器按動作原理分：電磁式、感應式、電動式、電子式、機械式按輸入量分：電流、電壓、時間、速度、壓力按動作時間分：瞬時、延時繼電器特點：額定電流不大于5A繼電器熱繼電器結構示意圖熱繼電器的圖形符號作用：電動機的過載保護利用雙金屬片受熱彎曲去推動杠桿使觸頭動作利用電阻值隨溫度變化而變化的特性制成利用過載電流發熱使易熔合金熔化而使繼電器動作熱繼電器型式：雙金屬片式熱敏電阻式易熔合金式結構：由發熱元件、雙金屬片和觸頭及動作機構等部分組成。一、電流繼電器特點：線圈串接于電路中，導線粗、匝數少、阻抗小。分類：過電流繼電器、欠電流繼電器過流電流繼電器欠流電流繼電器欠電流繼電器KAI<KAKA過電流繼電器>IKAKAKA一、電流繼電器繼電器如果線圈在額定電流下工作時街鐵釋放，當電流超過某個額定值時街鐵吸合，這樣的繼電器稱為過電流繼電器。若線圈在額定條件下工作時街鐵吸合，只有當電流低于某個額定值時銜鐵才釋放的繼電器稱為欠電流繼電器。正常電流時欠電流繼電器的銜鐵是被吸合的，而過電流繼電器的銜鐵則處于釋放狀態。它是在輸入電路內電流的作用下，由機械部件的相對運動產生預定響應的一種繼電器。包括直流電磁繼電器、交流電磁繼電器等、作用：按整定時間長短通斷電路分類：按構成原理分：電磁式電動式空氣阻尼式晶體管式數字式按延時方式分：通電延時型斷電延時型

(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)線圈一般符號(b)通電延時線圈(c)斷電延時線圈(d)通電延時閉合動合（常開）觸點(e)通電延時斷開動斷（常閉）觸點（f）斷電延時斷開動合（常開）觸點（g）斷電延時閉合動斷（常閉）觸點（h）瞬動觸點時間繼電器符號作用：發送控制命令或信號的電器分類：控制按鈕萬能轉換開關主令控制器行程開關接近開關主令電器控制按鈕萬能轉換開關第六節主令電器一、輸入元件1.控制開關（按鈕、）①用于主軸、冷卻、潤滑及換刀等控制的按鈕，這些按鈕往往內裝有信號燈，一般綠色用于起動，紅色用于停止。②用于程序保護，鑰匙插入方可旋轉換作的旋鈕式可鎖開關。③用于緊急停止，裝有突出蘑菇形鈕帽的紅色緊停開關。④用于坐標軸選擇、工作方式選擇和倍率選擇等，手動旋轉操作的轉換開關。⑤在數控車床中，用于控制卡盤夾緊、放松，尾架頂尖前進、后退的腳踏開關等。

行程開關行程開關行程開關又稱限位開關，它將機械位移轉變為電信號，以控制機械運動。按結構可分為直動式、滾動式和微動式。滾動式行程開關滾動式行程開關a)結構示意圖b)外形圖1一滾輪2一上轉臂3一盤形彈籬4一推扦5—滾輪6—擒縱件7一彈簧(1)8一動斷觸點9--動合觸點l0一動觸點11一壓縮彈簧12一彈簧(2)

接近開關

這是一種在一定的距離(幾毫米至十幾毫米)內檢測物體有無的傳感器。它給出的是高電平或低電平的開關信號，有的還具有較大的負載能力，可直接驅動繼電器工作。具有靈敏度高、頻率響應快、重復定位精度高、工作穩定可靠及使用壽命長等優點1電感式接近開關電感式接近開關內部大多由一個高頻振蕩器和一個整形放大器組成。振蕩器振蕩后，在開關的感應面上產生交變磁場，當金屬物體接近感應面時，金屬體產生渦流，吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以致停振。振蕩和停振兩種不同的狀態，由整形放大器轉換成開關信號，從而達到檢測位置的目的。

圖電感式接近開關

a)外形圖b)位置檢測示意圖c)接近開關圖形符號

l-測頭2-紋3—螺母4—指示燈5一信號輸出及電源電纜6一運動部件7--感應塊8一電感式接近開關9—安裝支架10-輪軸感應盤電式接近開關圖所示的光電式接近開關是一種遮斷型的光電開關，又稱光電斷續器。當被測物4從發射器I和接收器3中間槽通過時，紅外光束2被遮斷，接收器接收不到紅外線，而產生一個電脈沖信號。

圖光電式接近開關a)光電斷續器外形及結構b)遮斷型光電開關外形c)反射型光電開關外形及結構1—發光二極管2一紅外光3一光敏元件4一被測物5一發射器6一接收器霍爾式接近開關霍爾式接近開關是將霍爾元件、穩壓電路、放大器、施密特觸發器和OC門等電路做在同—個芯片上的集成電路，因此，有時稱霍爾式接近開關為霍爾集成電路。刀位信號是靠霍爾式接近開關和磁鐵的檢測獲得的，刀架定軸上端裝有4個霍爾接近開關，分別為4個刀位的位置，當刀臺旋轉時，帶動磁鐵一起旋轉，到達規定刀位時，通過霍爾接近開關輸出到位信號。如果某個刀位上的霍爾接近開關斷路或損壞，就會造成刀臺定位時不到位或過沖太大的現象。

1-罩殼2-定軸3-霍爾集成電路4-磁鋼5-刀臺6-刀架座3．變壓器及直流穩壓電源（1）機床變壓器

（2）直流穩壓電源一.電子裝置中對直流電源的要求要求：是直流電源的穩定性好影響因素：電網電壓的變化負載的變化二.直流穩壓電源系統的組成１.小功率直流穩壓系統由電源變壓器，整流電路，濾波電路，穩壓電路組成．一.穩壓電路及穩壓原理1.硅穩壓管穩壓電路橋式整流

常用濾波電路(a)電容濾波；(b)電感電容Γ型濾波；(c)電阻電容Π型濾波二、電氣控制基本回路1．自鎖控制回路2．互鎖控制回路

3．順序控制回路4.自動循環控制回路5．點動與長動控制回路6．聯合控制與分別控制回路自鎖控制回路工作原理互鎖控制回路接觸器聯鎖正反轉控制電路工作臺自動往返控制三、典型控制回路1．異步電動機典型控制回路（1）異步電動機降壓啟動控制回路

（2）異步電動機的正反轉控制回路（3）異步電動機的制動控制回路2．直流電動機典型控制控制回路（1）直流電動機單向運轉啟動控制回路（2）直流電動機正反轉控制回路（3）直流電動機制動控制回路三相異步電動機星型接法三相異步電動機三角型接法負載星形（Y形）連接的

三相對稱電路iBiCiNiAN

三相交流電動機N各負載的相電壓等于電源的相電壓負載三角形（△形）連接的

三相對稱電路iCABCiBiAiCAiBCiAB–

+uAB–

+uBC–

+uCA線、相電壓對應相等負載線、相電壓之間的關系異步電動機降壓啟動控制回路合上電源開關按下按鈕SB2KM1、KT線圈通電M串電阻降壓啟動KT延時KM2線圈通電，KM1、KT線圈斷電M全壓運行Y—△降壓啟動控制1.單向反接制動的控制反接制動控制電氣原理圖：速度繼電器

關鍵是電動機電源相序的改變，且當轉速下降接近于零時，能自動將電源切除。

單向運轉啟動控制－－串二級電阻按時間原則啟動控制D6工作原理：合上Q1和Q2KT1通電KT1常閉觸點斷開切斷KM2、KM3電路按下按鈕SB2KM1通電KM1Z主觸點閉合M串電阻啟動KM1常開觸點閉合自鎖KT1斷電延時KM2通電短接R1KT2斷電延時短接R2M全壓運行3.注意事項直流電動機在起動和工作時，勵磁電路一定要接通,不能讓它斷開,而且起動時要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產生事故：(1)如果電動機是靜止的，由于轉矩太小(T=KT

Ia),

電機將不能起動，這時反電動勢為零，電樞電流很大，電樞繞組有被燒壞的危險。(2)如果電動機在有載運行時斷開勵磁回路，反電動勢

E立即減小而使電樞電流增大，同時由于所產生的轉矩不滿足負載的需要，電動機必將減速而停轉，更加促使電樞電流的增大，以至燒毀電樞繞組和換向器。(3)如果電機在空載運行，可能造成飛車，使電機遭受嚴重的機械損傷，而且因電樞電流過大而將繞組燒壞。1、單向運轉啟動控制－－串二級電阻按時間原則啟動控制D65電氣原理圖：過電流繼電器欠電流繼電器電樞繞組勵磁繞組斷電延時時間繼電器放電電阻啟動接觸器短接電阻接觸器啟動電阻改變直流電動機轉動方向：直流電動機的轉動方向：二、直流電動機正反轉控制取決于電磁轉矩M=CMφI的方向改變電樞兩端電壓的方向改變勵磁電流的方向電氣原理圖二、直流電動機正反轉控制短路保護反轉接觸器正轉接觸器短接電阻接觸器四.數控機床典型控制線路1．數控銑床電氣控制線路X25K型銑床電氣控制（1）電源線路分析（2）主軸及X、Y、Z軸伺服驅動控制線路分析2．數控車床電氣控制線路

機床電氣控制系統分析

C650型普通車床的電氣控制系統電路如圖所示。圖C650車床控制電路電源引起的故障1.系統上電后，系統沒有反應，電源不能接通：原因：

1）外部電源沒有提供，缺相或外部形成了短路

2）電源的保護裝置跳閘形成了電源開路

3）PLC的地址錯誤或者互鎖裝置使電源不能正常接通

4）系統上電按鈕接觸不良或脫落

5）元氣件的損壞引起的故障 （熔斷器熔斷、浪涌吸收器的短路等）2.電源模塊故障分析：原因：

1）整流橋損壞引起電源短路

2）續流二極管損壞引起的短路

3）電源模塊外部電源短路

4）濾波電容損壞引起的故障

5）供電電源功率不足使電源模塊不能正常工作3.強電部分接通后，馬上跳閘

原因1： 機床設計時選擇的空氣開關容量過小，或空氣開關的電流選擇撥碼開關選擇了一個較小的電流原因2： 機床上使用了較大功率的變頻器或伺服驅動，并且在變頻器或伺服驅動的電源進線前沒有使用隔離變壓器或電感器，變頻器或伺服驅動在上強電時電流有較大的波動，超過了空氣開關的限定電流，引起跳閘。項目2數控機床用可編程控制器數控機床的控制除了對坐標軸的進給進行位置伺服控制外，還需要對機床的主軸、刀具和各種開關信號進行控制。如主軸的正、反轉，起動和停止，刀具交換，工件夾緊、松開，工作臺交換以及切削液的開、關和潤滑系統的啟動等進行順序控制。順序控制的信息主要是開關量信號，如控制開關、行程開關、壓力開關和溫度開關等輸入元件輸入的信號和繼電器、接觸器、電磁閥等輸出元件所需要的輸出信號。在數控機床上用可編程控制器完成這一控制任務。FANUC–Oi系統PMC的性能和規格一、可編程控制器的基本結構及工作原理1．基本結構可編程控制器種類繁多，但基本結構結構和工作原理基本相同。如圖2-33所示，可編程控制器PLC的基本結構有中央處理單元(CPU)，存儲器、I／O接口，電源，擴展接口，通信接口，編程工具，智能I／O接口等組成。圖2-332．工作原理用戶程序通過編程器輸入到用戶存儲器，CPU對用戶程序循環掃描并順序執行，這是PLC的基本工作原理。所謂掃描與順序執行是指，只要PLC接通電源，CPU就對用戶存儲器的程序進行掃描，即從第一條用戶程序開始順序執行，直到用戶程序最后一條，形成一個掃描周期，周而復始。用梯形圖形象地說就是從上至下，從左至右，逐行掃描執行梯形圖所描述的邏輯功能。PLC對用戶程序的掃描執行過程可分為三個階段，即輸入采樣、程序執行和輸出刷新，如圖2-36所示。圖2-36二、數控機床用可編程控制器類型及實現功能1．類型數控機床中所用的PLC可分為兩類：一類是專為實現數控機床順序控制而設計制造的內裝型PLC；另一類是那些輸入輸出技術規范，輸入輸出點數、程序存儲容量以及運算和控制功能等均能滿足數控機床控制要求的獨立型PLC。（1）內裝型PLC內裝型PLC從屬于CNC裝置，PLC與CNC之間信號傳送在CNC裝置內部就可完成，而PLC與機床側的信息傳送則要通過輸入輸出接口來完成。（2）獨立型PLC獨立型PLC又稱通用型PLC。獨立型PLC獨立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件，能獨立完成規定控制任務的裝置。圖為內裝式PLC輸入/輸出信息示意圖項目四可編程控制器及接口技術2.獨立型PLCCNC輸入/輸出電路輸入/輸出電路PLC輸入/輸出電路PLC裝置CNC裝置機床電器柜位置檢測CRT/MDI面板機床操作面板強電、氣動、液壓控制電路刀庫伺服單元主軸伺服單元進給伺服單元PLC在機床中的配置方式CNC

機床I/O接口PLCCNC接口機床CNCPLCI/O接口PLCn根線m根線m根線m+n個點一根電纜線M個點，易于維護，成本低數控裝置、可編程控制器、機床之間的關系圖

CNC系統數控裝置可編程控制器操作面板主軸控制輔助動作換刀動作冷卻排屑PLC在數控系統中的應用、概述二、數控機床PLC的功能1.機床操作面板控制

將機床操作面板上的控制信號直接送入PLC，以控制數控系統的運行。

2.機床外部開關輸入信號控制

將機床側的開關信號送人PLC，經邏輯運算后，輸出給控制對象。這些控制開關包括各類控制開關、行程開關、接近開關、壓力開關和溫控開關等。3.輸出信號控制

PLC輸出的信號經強電柜中的繼電器、接觸器，通過機床側的液壓或氣動電磁閻，對刀庫、機械手和回轉工作臺等裝置進行控制，另外還對冷卻來電動機、潤滑泵電動機及電磁制動器等進行控制。4.伺服控制（主軸和伺服驅動裝置的使能控制）

控制主軸和伺服進給驅動裝置的使能信號，以滿足伺服驅動的條件，通過驅動裝置，驅動主軸電動機、伺服進給電動機和刀庫電動機等。5.報警處理控制

PLC收集強電柜、機床測和伺服驅動裝置的故障信號，將報警標志區中的相應報答標志位置位，數控系統便顯示報警號及報警文本以方便故障診斷。6.轉換控制有些加工中心的主軸可以立/臥轉換，當進行立/臥轉換時，PLC完成下述工作：①切換主軸控制接觸器。②通過PLC的內部功能，在線自動修改有關機床數據位。③切換伺服系統進給模塊，并切換用于坐標軸控制的各種開關、按鍵等。3．PLC與外部的信息交換及地址分配如圖2-40所示為FANUC系統PLC與外部的信息交換流程圖。X信號為機床到PLC的信號；Y為PLC到機床的信號；G為PLC到CNC系統的信號；F為CNC系統到PLC的信號。（1）機床至PLC（MT→PLC）（2）PLC至機床（PLC→MT）（3）CNC至PLC（CNC→PLC）（4）PLC至CNC（PLC→CNC）PLC與PMC區別PLC是最基本的邏輯控制，機床叫的PLC叫PMC，M就是MACHINE，他體現出了區別，首先PLC對外只有INPUT,OUTPUT的概念，而PMC增加了與數控系統的專用接口,FANUC用F和G地址來區分，SIEMENS用DB來區分，比如主軸旋轉指令，PLC處理時先有主軸旋轉指令輸入信號，然后根據邏輯要求處理完后直接輸出由外圍設備直接執行，而PMC有輸入信號后，有可能要先傳送到PMC處理互鎖信號（如卡盤夾緊，刀具鎖緊，防護門關閉）然后PMC再將處理結果傳送到數控系統專用地址，然后數控系統將指令發給伺服系統執行，數控系統如果執行或沒有執行都要將信號在傳送給PMC，PMC再處理相應輸出。FANUC的PMC是屬于專用的PLC，地址有詳細的劃分，不能獨立出來使用。SIEMENS的PLC是以標準S7-300為基礎的，他將一些必要的動作已經編輯好了標準功能塊，如FC8是刀具管理，FC9同步子程序控制。FC13手輪單元控制，FC15是PMC控制軸定位等等功能。FANUC的報警可以分成兩大類。一類我們可以稱之為內部報警。它主要是FANUC系統根據它所控制的對象，如：伺服放大器、串行主軸放大器、NC本體等的運行狀態來產生相應的報警文本。這類報警是系統本身所固有的。另一類我們可以稱之為外部報警，它主要機床廠針對所設計的機床外圍的不減的運行狀態通過I/O單元來產生相應的報警文本。外部報警根據報警序號的排列可以分三種.,1)1000~1999：此類報警會中斷當前的操作，同時將報警文本顯示在系統的報警畫面。2)2000~2999：此類報警不會中斷當前操作，同時將報警文本顯示在系統的操作信息畫面。此類報警可以用來做機床的相關的警告和操作提示。3)3000~3200：宏程序報警。機床廠可以根據一些加工中產生的機床狀態，在執行專用宏程序當中通過專用語句產生相應的報警提示，同時中斷當前的操作。對于前兩種的報警信息是通過PMC中報警寄存器A來啟動的，因此在維修過程中如果發生相應的報警，我們可以通過查找具體的報警寄存器回路來分析故障原因。

X1000.2為過載常閉開關（如熱保護等）發生過載時，X1000.2斷開，則X1000.2常閉點為

延時5秒仍斷開，此時R50.0得電，則A0.1得電為1，顯示A0.1對應的報警信息。3．FANUC-PLC功能指令功能指令都是一些子程序，應用功能指令就是調用相應的子程序。FANUC-PLC的功能指令數目視型號不同而不同，其中PMC-L為35條，PMC-SA3為66條。功能指令的格式如圖2-46所示。包括控制條件、指令標號、參數和輸出幾個部分。

PMC-L基本指令表.典型PLC的指令和程序編制FANUC系統

PMC的功能指令

定時器指令（TMR、TMRB）可變定時器TMR:TMR指令的定時時間可通過PMC參數進行更改。

固定定時器TMR:TMRB的設定時間編在梯形圖中，在指令和定時器號的后面加上一項參數預設定時間，與順序程序一起被寫入FROM中，所以定時器的時間不能用PMC參數改寫。

FANUC系統

PMC的功能指令

3.計數器指令（CTR）計數器主要功能是進行計數，可以是加計數，也可以是減計數。計數器的預置值形式是BCD代碼還是二進制代碼形式由PMC的參數設定（一般為二進制代碼）。

FANUC系統

PMC的功能指令

8.旋轉指令（ROT、ROTB）

①此指令用來判別回轉體的下一步旋轉方向。②計算出回轉體從當前位置到目標位置的步數。③計算出回轉體從當前位置到(目前刀庫上處于換刀位置的刀套號)目標位置(在加工程序中要換的刀具所在的刀套號

)前一位置的位置數。⑴指定起始位置數：RNO=0,旋轉起始位置為0RNO=1,旋轉起始位置為1⑵指定要處理數據的位數：BYT=0,指定兩位BCD碼

BYT=1,指定四位BCD碼⑶選擇最短路徑的選擇方向：DIR=0,不選擇按正向

DIR=1，選擇最短路徑⑷指定操作條件：POS=0,計算現在位置與目標位置的步距數

POS=1,計算現在位置與目標位置的前一個位置的步距數⑸指定位置或步距數：INC=0,計算目標位置號（表內號）

INC=1,計算到達目標位置步數⑹控制條件：ACT=0,不執行ROT指令，W1不變化

ACT=1.執行ROT指令，并有旋轉方向給出⑺旋轉方向輸出:選用最短路徑方式中有旋轉方向控制信號，該信號輸出到W1W1=0,旋轉方向為正（FOR）

W1=1,旋轉方向為負（REV）所謂正轉是指轉子的位置數遞增所謂反轉是指轉子的位置數遞減1.DSCH指令(找刀套或稱為找刀座)數據表容量應

數據表開頭地址存放要選的刀的刀號存放的要選的刀所在的刀套號

1.COIN指令（一致性檢測指令）（判別指令）：此指令用來檢查參考值與比較值是否一致，可用于檢查刀庫，轉臺等旋轉體是否到達目標位置等。

如果兩者相等，說明刀套已經在換刀側

宏程序中最重要的概念：由G□□設定#1000-#1015，稱為宏程序輸入信號由#1100-#1115設定F□□,稱為宏程序輸出信號詳細講解之：宏程序輸入信號，通常在梯形圖中設定G54.0-G55.7的值，對應于#1000-#1015。變量#1032用于一次性讀取16位信號，即讀取一個字。在梯形圖中將G54.0-G54.7,G55.0-G55.7的每一位置0或1，相當于#1000-#1007，#1008-#1015的對應位置0或置1，兩者是一一對應的，是等價的，又是單向的，只能通過設定G代碼，去控制#1000-#1015，不能通過#1000-#1015反過來控制G指令，這樣就可以在宏程序中引用#1000-#1015了，即可以在宏程序引用G指令狀態，將宏程序和梯形圖聯系起來，宏程序可以讀取梯形圖狀態。宏程序輸出信號在編寫宏程序中將宏變量#1100-#1115賦值，設為1或0，相當于將梯形圖中F54.0-F55.7相對應的位觸點接通或斷開。兩者是一一對應的，又是單向的，是通過宏變量#1100-#1115去控制F54.0-F54.7信號。將宏程序和梯形圖聯系起來。斗笠式換刀過程（流程圖）

MO6調用宏程序O9001宏程序（O9001）

#4003為“0”時，執行G90(絕對坐標)

為“1”時，執行G91(相對坐標)#4006為“0”時，執行G20(英寸輸入)

為“1”時，執行G21（毫米輸入）O9001;M05;主軸停；G04X0.2;延時0.2秒；IF(#1000EQ1)GOTO100;刀在主軸上（PMC中G54.0有對應）,跳出；#23=#4003；記錄主程序中的模態，以便子程序結束時可恢復；（絕對，相對，英制，公制）#26=#4006；G21G91G30Z0M19;回換刀點，主軸定向

M81；刀盤進G4X1;延時1秒M71;主軸松刀G21G91G28Z0;主軸上提至原點M79;刀盤旋轉，找刀G21G91G30Z0;回換刀點M72;主軸緊刀M82;刀盤退G#23;G#26;恢復主程序中模態（英制，公制，相對，絕對）M05;主軸停N100M99;子程序返回FANUC系統

PMC的功能指令

譯碼指令（DEC、DECB）DEC指令的功能是：當兩位BCD代碼與給定值一致時，輸出為“1”；不一致時，輸出為“0”，主要用于數控機床的M碼、T碼的譯碼。一條DEC譯碼指令只能譯一個M代碼。

項目四可編程控制器及接口技術2.操作方式選擇、M代碼譯碼HS

M：手動操作開關

AS

M：自動操作開關MF:M功能選通DEC:M功能譯碼系統PMC計數器畫面

系統PMC的定時器畫面

3.PMC參數畫面（PMCPRM）

系統PMC保持型繼電器畫面（KEEPRL）

K00—K15為用戶使用，機床廠家可根據機床的具體要求來設定，如機床是否使用第4軸控制、機床自動排削功能的選擇等控制。K16—K19為系統專用區，用戶不能作為他用，如K17.0為系統梯形圖顯示選擇(設定為0時，表示顯示系統梯形圖)，K17.1為系統內裝編輯功能是否有效(設定為1時,表示有效)。FANUC—0iB/0iC系統采用SB7類型PMC時，保持型繼電器K900以上為系統專用區

。一、電動機的連續運轉I/O接線圖啟動按鈕SB1－X1停止按鈕SB2－X2SB1KM1SB2COM1Y1COMX1X2FR運行接觸器KM－Y1FRX3熱繼電器的常閉觸點可以作為輸入信號進行過載保護，也可以在輸出進行保護熱繼電器電源KMKMSB1SB2電動機的連續運轉X2X1SB1SB2COM一、電動機的連續運轉常閉觸點輸入信號的處理電氣原理圖KMKMSB1SB2端子接線圖X2X1SB1SB2COM常閉觸點梯形圖X1Y1Y0X2常開觸點電動機的連續運轉二、電動機的正反轉控制FUKM1QS正轉接觸器反轉接觸器L1L2L3主電路KM2FRM3~注意調相二、電動機的正反轉控制I/O接線圖正轉啟動SB2-X0反轉啟動SB3-X1

停止SB1-X2KM2SB2KM1SB3SB1KM2KM1電源FR正轉接觸器KM1-YI反轉接觸器KM2-Y2正轉互鎖反轉互鎖Y1COMX0X1X2Y2COM1電動機的正反轉控制二、電動機的正反轉控制梯形圖指令表

0LDX11ORY12ANIX23

ANI

X14ANI

Y25OUTY16LDX17ORY28ANIX29ANI

X010ANI

Y111OUTY212END正轉反轉X0Y1Y1X2Y2X1X1Y2Y2X2Y1X0END數控機床PLC典型應用程序一、主軸定向控制

項目四可編程控制器及接口技術初始狀態AUTOM19M06RSTORCMORCMORARTMR203T1T1R14.5sORCM:主軸定向繼電器ORAR:定向到位信號項目四可編程控制器及接口技術三、潤滑系統自動控制

1.潤滑系統電氣控制接線圖項目四可編程控制器及接口技術三、潤滑系統自動控制

2.梯形圖項目3步進電機驅動裝置步進電動機常用于開環控制系統，數控機床用驅動步進電機主要有兩種類型：反應式步進電機和混合式步進電機。一、反應式步進電動機1．基本構成步進電動機的結構型式有多種，這里介紹常用的單定子反應式步進電動機的結構。同樣是由定子和轉子組成，如圖2-62所示。

2．工作原理（1）單三拍步進電動機步進電機的工作原理和一般電機的原理是不同的。它是利用電磁鐵作用的原理使步進電動機旋轉的，步進電機的工作原理如圖2-63所示。（2）單、雙六拍步進電動機如果電機的定子繞組的通電順序為A→AB→B→BC→C→CA→A……即首先A相通電，然后AB兩相通電，再使A相斷電而使B相保持通電狀態，接著BC兩相同時通電，依此類推，每切換一次，步進電動機將逆時針方向轉動15ο，形成三相六拍工作方式。此時電動機的步距角比三拍時小一半。步距角θ為：圖2-63a）b）c）二、多段反應式步進電動機1．結構特點有一種反應式步進電動機是按軸向分相的，這種步進電動機也稱為多段反應式步進電動機。如圖2-64所示的是多段反應式步進電動機的剖面圖。多段反應式步進電動機沿著它的軸向長度分成磁性能上獨立的幾段，每一段都用一組繞組勵磁，形成一相。因此，三相電動機有三段。圖2-64三段反應式步進電動機剖面圖

電動機的每一段都有一個定子，它們固定在外殼上。轉子制成一體，由電動機兩端的軸承支承。每段定子上都有許多磁極，相繞組繞在這些極上。2．工作原理沿電動機的軸向長度看，每段的轉子齒都是排齊的，但不同段所對應的定子齒之間有不同的相對位置，因此，A段定子齒和轉子齒是對齊的，B段和C段里的定子齒和轉子齒則對不齊。若從A相通電變化到B相通電，則為了使B段里的定子齒和轉子齒對齊，轉子需要轉動一步。B相斷開，C相通電，則電動機轉子以同一方向再走一步。再使A相單獨通電，則轉子再走一步，A段里的定子齒和轉子齒再一次完全對齊。通電狀態的三次變化使轉子轉動三步或一個齒距：不斷按序改變通電狀態，電動機就可連續旋轉。這就是多段電機的基本工作原理。三、混合式步進電動機1．基本構成與反應式步進電動機一樣，混合式步進電動機也由定子和轉子兩部分組成。混合式步進電動機的定子繞組一般有兩相、四相或五相。2．工作原理圖2-67是混合式步進電動機工作原理圖，這是四相混合式步進電動機以圓周展開的剖面模型。

轉子磁鋼產生的磁通回路

步進電動機及其驅動電路的線路連接混合式步進電動機剖面圖

a）b）四、步進電動機的細分步進電動機的細分是將脈沖拍數進行細分或將旋轉磁場進行數字化處理。當步進電動機步距角不能滿足使用的條件下，可采用細分的方法來驅動步進電機。1．步進電機細分基本思想2．步距角細分原理五、步進電機的使用及幾種步進電機的比較磁阻式步進電動機(反應式)

是一種將電脈沖信號轉換成角位移的執行元件，定轉子磁路均由軟磁材料制成，只有控制繞組，基于磁導變化而產生轉矩，其性能特點是步距角小，起動和運行頻率較高，斷電時無定位轉矩，消耗功率較大感應子式永磁步進電動機轉子為感應子式結構型式，也稱混合式，兼顧永磁式和磁阻式兩類電機優點，它具有步距角小，有較高的起動和運行頻率的特點。需要正負脈沖供電，消耗功率較小，有定位轉矩永磁式步進電動機凡在結構上采用永久磁鋼的步進電動機，其特點是控制功率小，電磁阻尼大，步距角大，起動頻率低，需要正、負脈沖供電，有定位轉矩六、步進電機的控制1．步進電動機的工作方式步進電動機的工作方式和一般電動機的不同，是采用脈沖控制方式工作的。只有按一定規律對各相繞組輪流通電，步進電動機才能實現轉動。數控機床中采用的功率步進電機有三相、四相、五相和六相等。2．步進電機的控制步進電機由于采用脈沖方式工作，且各相需按一定規律分配脈沖，因此，在步進電機控制系統中，需要脈沖分配邏輯和脈沖產生邏輯。圖2-71七、晶體三極管簡介1．晶體三極管基本結構2．電流分配和放大原理3．特性曲線八、步進電動機驅動電路步進電機驅動電源的形式多種多樣。按所使用的功率開關元件來分，有晶閘管驅動電源和晶體管驅動電源；按供電方式來分，有單電壓供電和雙電壓供電(高低壓供電)；按控制方式來分，有高低壓定時控制、恒流斬波控制、脈寬控制、調頻調壓控制及細分、平滑控制等，下面將介紹幾種控制原理。1．單電壓驅動電源2．雙電壓驅動電源一、步進電機的驅動1.單電壓驅動單電源串電阻驅動電路，脈沖分配器輸出脈沖到控制信號端后，通過脈沖放大器放大，加到晶體管的基極，使其導通，在穩態時，串聯電阻R起限流作用。在換相時，晶體管截止，利用二極管VD的續流作用，防止繞組電感電流不能突變。這種電路適用于小型步進電動機，且性能要求不高的場合。細分控制驅動電路在實際應用中，為了進一步提高進給運動的分辨率，在不改變步進電機結構的前提下，要求對步距角進一步細分。為了達到這一目的，可將繞組電流以階梯波的方式輸入，這時，電流分成多少個階梯，則轉子就以同樣的步數轉過一個步距角。這樣將一個步距角細分成若干步的驅動方法稱為細分驅動電路。二、脈沖分配器1.基本工作原理脈沖分配器用來控制步進電動機的運行通電方式。將數控裝置送來的一串指令脈沖，按照運行通電方式所要求的順序和分配規律，分配到各相驅動電路輸入端，用以控制各相繞組中電流的開通和關斷。由于步進電機有正反轉要求，所以脈沖分配器的輸出既是周期性的，又是可逆的，因此又叫環形脈沖分配器。脈沖分配器有硬件和軟件兩種實現形式。項目4直流伺服驅動裝置一、集成運算放大器簡介集成電路是相對于分立電路而言的，就是把整個電路的各個元件以及相互之間的聯接同時制造在一塊半導體芯片上，組成一個不可分割的整體。1．集成運算放大器的特點2．集成運算放大器結構框圖3．運算放大器的管腳用途4．理想運算放大器特點及分析依據5．比例放大運算器6．積分運算器7．比例-積分運算器二、直流伺服電動機直流伺服電機具有良好的啟動、制動和調速特性，可以方便地在寬范圍內實現平滑無級調速。1．直流電機的構成2．直流電動機的工作原理

3．直流電動機的分類4．電磁式直流伺服電動機直流電機的構成1.電磁式直流電動機電磁式直流電動機由定子磁極、轉子(電樞)、換向器(俗稱整流子)、電刷、機殼、軸承等構成，

電磁式直流電動機的定子磁極(主磁極)由鐵心和勵磁繞組構成。根據其勵磁(舊標準稱為激磁)方式的不同又可分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。因勵磁方式不同，定子磁極磁通(由定子磁極的勵磁線圈通電后產生)的規律也不同。

圖直流電動機的結構

1．定子

圖7-3直流電動機的定子

2．轉子直流電動機的轉子主要由轉子鐵芯、轉子繞組和換向器組成，此外，還包括轉軸和風扇等部分，轉子的鐵心采用硅鋼片疊壓而成，一般為12槽，內嵌12組電樞繞組，各繞組間串聯接后，再分別與12片換向片連接。圖7-4直流電動機的轉子

3．換向器

換向器由許多彼此絕緣的鋼質換向片組成一個圓柱體，裝在轉子轉軸的一端。轉子繞組的每一個繞組線圈分別接在兩個與轉軸對稱的換向片上。換向片通過和電刷的滑動接觸與外加直流電源相連通。當轉子轉軸每旋轉180°時，接在相應換向片上的直流電改變一次極性，相當于每個轉子繞組線圈中接的是交流電，保證了形成固定方向的電磁轉矩。換向器是直流電動機的標志性部件，它將加于電刷之間固定極性的直流電流變成轉子繞組內部的交流電流。電刷與換向器滑動接觸，為轉子繞組提供電樞電流。電磁式直流電動機的電刷一般采用金屬石墨電刷或電化石墨電刷。U–+EETnSbNdFFacII換向片電刷直流電動機的工作原理

圖直流電動機的轉動模型正、反轉直流電動機的反轉也有兩種方法，如圖所示。圖直流電動機的正、反轉電機電樞電路的電壓平衡方程式為

(1)感應電動勢為

(2)由以上兩個方程可得電動機轉速特性

(3)式中U為電動機電樞回路外加電壓；Rd為電樞回路電阻；Id為電樞回路電流；Ce為反電動勢系數；Kv為反電動勢常數；為氣隙磁通量。

電動機的電磁轉矩為

(4)因此可得電動機機械特性方程式為

(5)式中Cm為轉矩系數。

他勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞的電源分開。并勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞并聯到同一電源上。串勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞串聯接到同一電源上。復勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞的聯接有串有并，接在同一電源上。M他勵UfIfIaUM并勵UIfM串勵UM復勵U2）并勵式直流電動機 如圖所示，勵磁繞組與轉子繞組并聯后由一個直流電源供電。直流電源提供的總電流等于勵磁電流和轉子電流之和，即I=If+Ia。一般If很小，僅為Ia的1%~5%。這種直流電動機的特性與他勵式直流電動機的基本相同，其勵磁繞組匝數多、電阻大、損耗小，還可節省一個直流電源，因此得到廣泛應用。3）串勵式直流電動機如圖所示，勵磁繞組與轉子繞組串聯后接直流電源，兩繞組中的電流相等，If=Ia。這種直流電動機由于轉子電流較大，勵磁電流也較大，因此，勵磁繞組的導線較粗、匝數較少，相應的電阻也較小。其特性與并勵式直流電動機的不同。另外，當負載變化時轉子電流Ia變化，勵磁電流If和主磁通Φ也跟著變化。這種直流電動機一般用于電氣機車和起重設備中。4）復勵式直流電動機如圖所示，產生主磁通的主磁極上有兩個勵磁繞組，一個與轉子繞組串聯，另一個與轉子繞組并聯，它們分別稱為串勵繞組和并勵繞組。主磁通是由這兩個繞組產生的磁通疊加而成的。如果兩個繞組產生的磁通方向相同則稱為和復勵或積復勵，主磁通將隨著轉子電流的增加而加強；若兩繞組產生的磁通方向相反則稱為差復勵，主磁通將隨著轉子電流的增加而減小。這種電動機兼有并勵式和串勵式直流電動機的共同特點。的轉矩-轉速特性復勵串勵并勵2.起動方法3.注意事項(1)電樞串電阻起動法(2)降壓起動法：

直流電動機在起動和工作時，勵磁電路一定要接通,不能讓它斷開,而且起動時要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產生事故：在滿磁下將Rst置最大處，逐漸減小Rst使n升高。3.注意事項直流電動機在起動和工作時，勵磁電路一定要接通,不能讓它斷開,而且起動時要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產生事故：(1)如果電動機是靜止的，由于轉矩太小(T=KT

Ia),

電機將不能起動，這時反電動勢為零，電樞電流很大，電樞繞組有被燒壞的危險。(2)如果電動機在有載運行時斷開勵磁回路，反電動勢

E立即減小而使電樞電流增大，同時由于所產生的轉矩不滿足負載的需要，電動機必將減速而停轉，更加促使電樞電流的增大，以至燒毀電樞繞組和換向器。(3)如果電機在空載運行，可能造成飛車，使電機遭受嚴重的機械損傷，而且因電樞電流過大而將繞組燒壞。2.永磁式直流電動機永磁式直流電動機也由定子磁極、轉子、電刷、外殼等組成，

定子磁極采用永磁體(永久磁鋼)，有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。轉子一般采用硅鋼片疊壓而成，較電磁式直流電動機轉子的槽數少直流電機的基本特性_1理想轉速轉速降IaK值的大小反映了什么？KM也被稱為轉速降△n，其物理意義是負栽對轉速的影響機械特性曲線直流伺服電動機的工作曲線

圖（a）是直流電動機正轉時，轉子電流Ia、定子電流If和主磁通Φ的方向。圖（b）、（c）是直流電動機反轉時，轉子電流Ia、定子電流If和主磁通Φ的方向。 如圖（b）所示，將轉子電源電壓U的極性對調，轉子電流Ia

的方向就改變了，這時電磁轉矩M的方向也跟著改變了，電動機從正轉（順時針方向旋轉）變成了反轉（逆時針方向旋轉）。如圖（c）所示，將定子電源的極性對調，改變定子繞組電流If的方向，從而改變主磁通Φ的方向，使電磁轉矩反向，電動機也從正轉變成了反轉。兩種實現直流電動機反轉的方法中，一般采用改變轉子電流方向的方法，而改變主磁通Φ的方法較少采用。三、晶閘管-電動機直流自動調速系統1．調速的定義所謂調速，是指在某一具體負載條件下，通過改變電動機或電源參數的方法，使機械特性得以改變，從而使電動機的轉速發生變化或保持不變。由此看來，調速具有兩個方面的含義：1）能在一定范圍內“變速”。電動機負載不變時，轉速可在所允許的范圍內變化，即“變速”調速。2）“恒速”。為了保證工作速度不受外界干擾(如負載變化)的影響，也可進行調速。例如，由于負載的增加，電動機的轉速就會降低。為維持轉速的恒定，就得調整電動機的轉速，使其回升，并等于或接近于原來的轉速。晶閘管是硅晶體閘流管的簡稱，俗稱可控硅（SCR），晶閘管在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。晶閘管的工作條件：1.晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關斷狀態。2.晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導通。3.晶閘管在導通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導通，即晶閘管導通后，門極失去作用。4.晶閘管在導通情況下，當主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關斷。電機調速系統實例_1(D)控制驅動電源電源電機CNC系統與速度控制單元的連接信號有：

1)VCMD信號為CNC至速度控制單元用來控制伺服電動機轉速的模擬電壓控制信號。

2)TSA、TSB信號為CNC至速度控制單元的伺服電動機轉速的反饋信號。

3)PRDY1、PRDY2信號為位置準備好控制信號。當PRDY1和PMY2短接時，速度控制單元主回路接通。

4)ENBL1、ENBL2信號為能使控制信號。當ENBLl和ENBL2短接時，速度控制單元開始正常工作，并接受VCMD信號的控制。

5)VRDY1、VRDY2信號為速度控制單元通知CNC其正常工作的觸點信號。當速度控制單元出現報警時，VRDYl和VRDY2立即斷開，系統封閉。6)OVLl、OVL2信號為過載信號。當速度控制單中的過載繼電器MOL或變壓器內的熱控開關TOH動作時，通知CNC產生過熱報警。一、直流主軸驅動裝置1．直流主軸驅動的工作原理2．直流主軸驅動器的主回路分析3．直流主軸驅動裝置的保護4．直流主軸驅動裝置控制板卡介紹圖2-154

數控機床直流主軸電動機由于功率較大，是要求正、反轉及停止迅速，故驅動裝置往往采用三相橋式反并聯邏輯無環流可逆調速系統，這樣在制動時，除了縮短制動時間外，還能將主軸旋轉的機械能轉換成電能送回電網。邏輯無環流可逆系統是利用邏輯電路，使一組晶間管在工作時，另一組晶閘管的觸發脈沖被封鎖，從而切斷正、反兩組晶閘管之間流通的電流(簡稱環流)。在圖中，正組晶閘管VT1提供電動機順時針驅動(正轉)的電樞電流Id，若速度指令由正變負，即電動機由正轉到反轉過程中，正組晶閘管進入有源逆變狀態，將電感儲能逆變回送電網。由于此時逆變是發生在原來工作著的橋路，故稱為本橋逆變，此時仍處于電動機運行狀態，因而電樞電流迅速衰減。當Id回到零時，命今級電路使正組晶閘管VT1完全封鎖，此時正、反組晶閘管均被封鎖，電動機作慣性運轉。在一個安全周朗和后，反組晶閘管VT2接通，進入有源逆變狀態，電動勢E大于電樞電壓Ud

，通過反組晶閘管VT2，機械能由電動機送回電網，電動機運行在發電制動狀態，轉速很快下降至零。由于此時逆變發生在原來封鎖的橋路，因而稱為他橋逆變。

邏輯電路必須保證系統滿足下述條件：①只允許向一組晶閘管提供觸發脈沖。②只和當原先工作的那一組晶閘管完全關斷后，才能向另一組晶閘管提供觸發脈沖，以防止出現過大的電流③任何一組晶閘管導通時，要防止晶閘管輸出電壓與電動機電動勢方向一致，導致電壓相加，使瞬時電流過大。邏輯無環流可逆調速系統除了用在數控機床直流主軸電動機的驅動外，還可用在功率較大的直流進給伺服電動機上。

例：某加工中心采用直流主軸電動機、邏輯無環可逆調速系統。當用M03指令起動時有“咔、咔”的沖擊聲，電動機換向片上有輕微的火花，起動后無明顯的異常現象；用M05指令使主軸停止時，換向片上出現強烈的火花，同時伴有“叭、叭”的放電聲，隨即交流回路的保險絲熔斷。火花的強烈程度和電動機的轉速成正比。但若用急停方式停止主軸，換向片上沒有任何火花。分析診斷：急停（電阻能耗制動）；正常停機（回饋制動）。在任何時候不允許正、反兩組同時工作，有火花說明逆變電路有故障。2．調速性能指標（1）靜態調速指標1）調速范圍2）靜差率（2）動態調速指標3．晶閘管-直流電動機的開環控制系統開環控制系統，就是只有控制量(輸入量)對被控制量(輸出量)單向控制作用，而被控制量對控制量沒有任何影響和聯系的控制系統

4．晶閘管一直流電動機的閉環控制系統（1）閉環控制系統的定義所謂閉環控制系統，就是反饋控制系統。它將被測變量值與工藝上需要保持的參數給定值進行比較，得出偏差。根據這個偏差的大小及變化趨勢，按預先設計的運算規律進行運算。（2）閉環控制系統框圖（3）速度負反饋單閉環有靜差調速系統PID控制器是通加對誤差信號e(t)進行比例、積分和微分運算，其結果的加權，得到控制器的輸出u(t)，該值就是控制對象的控制值。PID控制器的數學描述為：

1、單獨的P（比例）就是將差值進行成比例的運算，它的顯著特點就是有差調節，有差的意義就是調節過程結束后，被調量不可能與設定值準確相等，它們之間一定有殘差，殘差具體值您可以通過比例關系計算出。增加比例將會有效減小殘差并增加系統響應，但容易導致系統激烈震蕩甚至不穩定。

2、單獨的I（積分）就是使調節器的輸出信號的變化速度與差值信號成正比，大家不難理解，如果差值大，則積分環節的變化速度大，這個環節的正比常數的比例倒數我們在伺服系統里通常叫它為積分時間常數，積分時間常數越小意味著系統的變化速度越快，所以同樣如果增大積分速度（也就是減小積分時間常數）將會降低控制系統的穩定程度，直到最后出現發散的震蕩過程，這個環節最大的好處就是被調量最后是沒有殘差的。

3、PI（比例積分）就是綜合P和I的優點，利用P調節快速抵消干擾的影響，同時利用I調節消除殘差。

直流主軸驅動系統常見故障

1.

主軸速度不正常或不穩定

可能原因檢查步驟排除措施電動機負載過重

重新考慮負載條件，減輕負載速度指令電壓不良或錯誤測量從數控裝置主軸接口輸出過來的信號確保主軸控制信號正常反饋線斷線或不良測量反饋信號確保接線正確反饋裝置損壞更換反饋裝置電動機故障，如：勵磁喪失等采用交換法，可以判斷是否出了故障更換電動機驅動器故障更換驅動器印刷線路板太臟打開驅動器，定期給電路板作出清潔保持電路板的清潔或更換放大器2.

電動機速度達到一定值就上不去了。

可能原因檢查步驟排除措施驅動器電流極限設定錯誤。檢查設定參數依照參數說明書，設置好參數主軸負載過大，或機械故障檢查是否機械卡住，在停機狀態下用手盤主軸，應該非常靈活確保主軸無機械異常，如果負載過大，重新考慮機床負載條件檢查直流主軸電機的線圈電阻不正常，換向器太臟檢查直流主軸電機的線圈電阻是否正常，換向器是否太臟確保電阻正常，用干燥的壓縮空氣吹干凈驅動器的控制勵磁電源存在故障檢查勵磁線連接是否不牢固、檢查勵磁電壓是否正常擰緊勵磁線、更換驅動器

電動機故障，如：電樞線圈內部存在局部短路采用交換法，可判斷出它們是否有故障更換電動機驅動器故障如：同步觸發脈沖不正確更換驅動器3.

過熱或過載報警

可能原因檢查步驟排除措施長期負載過大，電動機太熱用手觸摸電動機，感覺是否發熱厲害，如果溫度很燙手，等冷卻后再開機，看是否仍有報警改善切削條件，調整切削參數，降低負載電動機或反饋線斷線或短路用萬用表測量其輸出端子，是否接通狀況良好確保連線正確電動機故障采用交換法，確定電動機是否有故障更換電動機4.發生過流報警

·可能原因檢查步驟排除措施

主軸負載過大，或機械故障檢查是否機械卡住，在停機狀態下用手盤主軸，應該非常靈活確保主軸無機械異常，如果負載過大，重新考慮機床負載條件

勵磁線連接不牢固檢查勵磁線連接是否不牢固擰緊勵磁線

驅動器的控制勵磁電源存在故障也就是檢查勵磁電壓是否正常

驅動器故障如：同步觸發脈沖不正確采用交換法，可判斷出它們是否有故障更換驅動器

電樞線短路電樞線短路、電樞繞組短路或局部短路，電樞線對地短路排除短路故障主回路故障用萬用表檢查所有主回路的可控硅是否有短路更換相應壞的可控硅輸入電壓太高用萬用表測量輸入電壓控制電壓在-10～15%范圍內5.

電動機不轉

·可能原因檢查步驟排除措施機械卡死在不通電的情況下，機械軸應該能自由活動消除機械故障，減輕負載負載特別大在負載特別重的外界情況下，重新考慮機床負載能力機械連接脫落，如高/低檔齒輪切換用的力和齒嚙合不良檢查機械連接情況重新調整機械連接電動機動力線不良用萬用表測量各連線端子的接通情況

確保各連接線正常R、S、T線不正常電動機勵磁回路或主回路組織不正常檢查勵磁回路是否有阻值，或者阻值很大？如果沒阻值或阻值很大，更換電動機觸發脈沖電路故障，晶閘管無觸發脈沖產生屬驅動器故障，采用交換法判斷是否有故障更換驅動器7.

主軸定向不停止

·可能原因檢查步驟排除措施主軸沒接收到編碼器信號編碼器故障，沒有輸出零位信號更換編碼器反饋回路故障，沒有傳入到系統消除反饋信號傳輸中的斷路磁性傳感器故障如果采用此行傳感器定位，檢查相關的指示燈是否點亮如果沒亮，有故障，更換磁性傳感器定向板上的繼電器損壞如果主軸停在準停位，仍有報警，則說明定向板上的繼電器損壞更換相應繼電器四、晶體管-直流脈寬（PWM）調制自動控制系統直流脈寬調制PWM是PulseWidthModulation的縮寫1．直流PWM伺服驅動裝置的工作原理2．PWM驅動裝置控制原理框圖3．PWM驅動裝置特點：4．不可逆PWM變換器5．可逆PWM變換器四、進給驅動的故障診斷驅動方式—直流PWM和晶閘管驅動方式、交流變頻控制方式、步進電機驅動方式1.直流進給驅動

PWM調速是利用脈寬調制器對大功率晶體管的開關時間進行控制。將速度控制信號轉換成一定頻率的電壓，加到直流伺服電機電樞的兩端，通過對方波寬度的控制改變電樞兩端的平均電壓，從而達到控制電樞電流，進而控制伺服電動機轉速的目的。直流斬波器的基本結構與工作原理1.直流斬波器的基本結構

直流斬波器－－電動機系統原理圖和電壓波形2.斬波器的基本工作原理

在原理圖中，VT表示電力電子開關器件，VD表示續流二極管。當VT導通時，直流電源電壓Us加到電動機上；當VT關斷時，直流電源與電機脫開，電動機電樞電流經VD續流，兩端電壓接近于零。如此反復，電樞端電壓波形如圖，好像是電源電壓Us在ton時間內被接上，又在T–ton時間內被斬斷，故稱“斬波”。3.輸出電壓計算電動機得到的平均電壓為：幾種典型PWM變換器的基本結構及工作原理PWM驅動裝置控制原理圖

1.不可逆PWM變換器工作狀態與波形（2）有制動的不可逆PWM變換器工作狀態與波形2）制動狀態3）輕載電動狀態二象限不可逆PWM變換器在不同工作狀態下的導通器件和電流回路與方向

2.可逆PWM變換器工作狀態與波形相關方程：性能評價（2）單極式可逆PWM變換器四、進給驅動的故障診斷1.直流進給驅動—晶閘管調速是利用速度調節器對晶閘管的導通角進行控制，通過改變導通角的大小來改變電樞兩端的電壓，從而達到調速的目的PWM速度控制系統

PWM速度控制系統是通過脈寬調制器對大功率晶體管的開關時間進行控制，將直流電壓轉換成某種頻率的方波電壓，并通過對脈沖寬度的控制，改變輸出直流平均電壓的自動調速系統。PWM驅動裝置在中小功率場合，有著晶閘管驅動裝置無法比擬的優點，例如：調速范圍寬、快速性好、電流波形系數好、功率因數好等。圖4-15直流脈寬調速系統框圖

項目5交流伺服驅動裝置一、交流伺服電動機1．交流伺服電動機的分類（1）異步型交流伺服電動機(IM)（2）同步型交流伺服電動機(SM)2．三相感應異步電動機（1）三相感應異步電動機的結構（2）三相感應異步電動機的工作原理3．永磁交流伺服電動機（1）永磁交流伺服電動機結構（2）永磁式交流伺服電動機的工作原理（3）永磁式交流伺服電動機的啟動性能（4）永磁式交流伺服電動機的機械性能4.4交流伺服電動機及其速度控制

4.4.1交流伺服電動機概述

1.交流伺服電機的分類和特點交流感應電機按所用電源種類可以分為三相和單相兩種。其結構是定子上裝有對稱三相繞組，而在圓柱體的轉子鐵芯上嵌有均勻分布的導條，導條兩端分別用金屬環連成一個整體(稱籠式轉子)，因此這種電機也稱籠式電機。當對稱三相繞組接三相電源后，由電源提供勵磁電流，在定子和轉子之間的氣隙內建立起同步轉速的旋轉磁場，依靠電磁感應作用，在轉子導條內產生感應電勢，因為轉子上的導條已構成閉合回路，轉子導條中就有電流流過，從而產生電磁轉矩，實現由電能轉變成機械能的能量變換。

交流同步電機與感應電機的最大差別是同步電機的轉速與電源的頻率之間存在嚴格的關系，即在電源電壓和頻率固定不變時，其轉速保持穩定不變。因此，由變頻電源供電給同步電機時，便可獲得與頻率成正比的可變轉速，調速范圍寬，機械特性硬。交流同步電機的定子結構與感應電機一樣，而轉子結構不一樣。在數控機床進給驅動中常采用永磁式同步電機，即轉子用永磁式結構。永磁式的優點是結構簡單，運行可靠，效率較高。若永磁式轉子采用高剩磁感應、高矯頑力的稀土類磁鐵等，可比直流電機的外形尺寸約減小1/2，重量減輕60%，轉子慣量減到原來慣量的1/5。與異步電機相比，由于采用永磁鐵勵磁消除了勵磁損耗和雜散損耗，所以效率高。通常永磁交流伺服電機是指永磁同步電機。

2.永磁交流伺服電機的結構及工作原理永磁交流伺服電機結構示意如圖所示。由圖可見，永磁交流伺服電機主要由三部分組成：定子、轉子和檢測元件。其中定子具有齒槽，內有三相繞組，形狀與普通感應電機的定子相同。但其外部表面呈多邊形，并且無外殼，這有利于散熱，可以避免電機發熱對機床精度的影響。轉子由多塊永久磁鐵等組成，這種結構的優點是氣隙磁密較高，極數較多。

圖4-16永磁交流伺服電機

圖4-17異步及永磁交流伺服電機工作原理圖

4．交流伺服電動機的調速原理（1）調速方法1）改變磁極對數p。2）改變轉差率調速。3）變頻調速。（2）交流變頻調速系統基本分析4.交流伺服電動機調速原理根據交流電動機的工作原理，當電機定子三相繞組通三相交流正弦電源時，將建立旋轉磁場，其主磁通Φm的空間轉速稱為同步轉速n0。其值為

若電機的實際轉速為n，則電機的轉差率為

故

式中f為電源電壓頻率；p為電機磁極對數。

(1)改變磁極對數p調速。磁極對數可變的交流電動機稱為多速電動機。通常磁極對數設計成4/2、8/4、6/4、8/6/4等幾種。顯然，磁極對數只能成對地改變，轉速只能成倍地變化。

(2)改變轉差率s調速。這種方法只能在繞線式異步電動機中使用。在轉子繞組回路中串入電阻，通過改變電阻值的大小，可以改變轉差率的大小。串入電阻值大，轉差率大，轉速低；串入電阻值小，轉差率小，轉速高。調速系統的調速范圍為3∶1。

(3)改變頻率f調速。如果電源頻率能平滑調節，電機轉速也就可以平滑改變。目前，高性能交流電動機伺服驅動系統都采用改變頻率調速方法，這是一種先進的調速方法，電機從高速到低速其轉差率都很小，因而變頻調速的效率和功率因數都很高。

旋轉磁場的產生AYCBZ異步機中,旋轉磁場代替了旋轉磁極(?)電流出(

)電流入XXBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向：二、變頻調速技術簡介1．變頻器的分類2．常用變頻器結構框圖及基本特點3．交一直—交電壓型變頻器結構形式及其分析4．交一直—交電流型變頻器結構形式及其分析5．逆變器的基本工作原理變頻調速技術對交流電動機實現變頻調速的裝置叫變頻器，其功能是將電網電壓提供的恒壓恒頻(CVCF，ConstantVoltageConstantFrequency)交流電變換為變壓變頻(VVVF，VariableVoltageVariableFrequency)交流電。變頻器有交-交變頻器與交-直-交變頻器兩大類