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数控机床电气控制机考复习资料合集

前言

数控机床电气控制是数控技术领域的核心内容之一，也是机考中考察实践与理论结合能力的重点。本资料合集旨在梳理该课程的核心知识点，帮助考生系统复习，巩固理解，提升应试能力。内容涵盖了数控机床电气控制系统的基本构成、典型元件、控制逻辑及常见故障处理等关键方面。建议考生结合教材、实验及实际操作经验，融会贯通，灵活运用。

一、数控机床电气控制系统概述

1.1基本概念与组成

数控机床电气控制系统是机床实现自动化加工的“神经中枢”与“肌肉系统”，它接收数控系统的指令，驱动各执行部件精确动作，并实时监测系统状态。其主要由以下几个部分组成：

*数控装置（CNC单元）：核心控制部分，负责数据处理、插补运算、轨迹控制及机床各种功能的逻辑协调。

*进给伺服系统：接收CNC的位置和速度指令，驱动进给轴运动，保证位置精度和动态响应。

*主轴驱动系统：控制主轴的启停、变速、正反转，满足切削加工对主轴转速和扭矩的要求。

*机床强电控制系统：包括主电路、控制电路、辅助电路等，实现对机床强电设备（如电动机、电磁铁、冷却泵等）的控制与保护。

*检测反馈系统：通过位置传感器、速度传感器等，实时检测执行部件的实际位置和速度，并反馈给CNC或伺服系统，构成闭环或半闭环控制。

*人机交互设备：如操作面板、显示屏等，用于人机信息交换。

1.2典型电气控制系统框图

理解数控机床电气控制系统的整体架构至关重要。考生应能识别框图中各组成部分的位置、作用及信号流向，例如CNC如何与伺服驱动器通信，驱动器如何驱动电机，反馈信号如何回传等。

1.3电气控制的特点与要求

*高可靠性：确保加工过程的连续性和稳定性。

*高精度：满足零件的加工精度要求，涉及位置控制、速度控制的精度。

*快速响应：对指令信号能迅速做出反应，保证加工效率和表面质量。

*良好的柔性：便于调整加工工艺，适应不同零件的加工需求。

*完善的保护功能：对过流、过压、过载、短路等故障有有效的保护措施。

二、数控系统与接口技术

2.1数控系统的功能与工作过程

数控系统的主要功能包括：零件程序的输入/输出、数据处理、插补运算、位置控制、主轴控制、辅助功能控制（M、S、T代码处理）、人机交互、自诊断等。其工作过程大致为：输入→译码→数据处理→插补→位置控制→机床执行。

2.2常用数控系统简介

了解几种主流数控系统的基本特点和操作界面风格（如FANUC、SIEMENS等），但机考更侧重于通用原理，而非特定品牌的具体操作细节。

2.3数控系统的接口信号

*开关量接口：用于接收机床操作面板的按钮、行程开关信号，以及输出控制继电器、指示灯等。通常通过PLC进行处理。

*输入接口：如机床侧的按钮、限位开关、接近开关等信号输入到CNC/PLC。

*输出接口：CNC/PLC发出的信号控制接触器、电磁阀、指示灯等。

*模拟量接口：常用于速度指令给定（如模拟量电压0-±10V对应主轴或进给轴的转速/速度）和速度/位置反馈（如测速发电机输出）。

*数字量接口：如串行通信接口（RS232、RS485）、现场总线接口（PROFIBUS、EtherCAT等），用于数据传输和设备间通信。

2.4接口电路的基本原理

理解接口电路中常用的光电耦合器、继电器、驱动电路的作用，其主要目的是实现电平转换、信号隔离、功率放大，保护数控系统核心部件。

三、进给伺服驱动系统

3.1伺服驱动系统的组成与分类

进给伺服驱动系统通常由伺服放大器（驱动器）、伺服电机、位置检测装置、机械传动机构等组成。按控制方式可分为开环、半闭环和闭环系统；按电机类型可分为步进伺服系统、直流伺服系统和交流伺服系统。

3.2步进电机及其驱动

*工作原理：基于电磁感应原理，将电脉冲信号转换为角位移或线位移。

*特点：结构简单、成本低、无累积误差（开环），但精度不高、响应速度较慢、输出扭矩较小。

*驱动电路：实现脉冲分配和功率放大，常用的驱动方式有单电压驱动、高低压驱动、斩波恒流驱动等。

*主要参数：步距角、相数、保持扭矩、额定电流等。

3.3交流伺服电机及其驱动

*工作原理：利用定子旋转磁场与转子感应电流的相互作用产生电磁转矩。永磁同步交流伺服电机应用广泛。

*特点：高精度、高响应速度、大输出扭矩、宽调速范围、运行平稳。

*伺服驱动器：核心是电流环、速度环、位置环的三环控制。接收CNC的指令信号，对电机进行精确控制，并接收编码器的反馈信号形成闭环。

*位置检测：常用光电编码器（增量式、绝对式），用于实现精确的位置和速度反馈。

3.4伺服系统的性能指标

包括定位精度、重复定位精度、跟随误差、最大快移速度、