1 數控機床電氣控制電路設計原則

　　1.1 最大限度的實現機械設計和工藝的要求

　　機電一體化是數控機床產品所有的特點，機電式在數控機床的主軸、進給軸伺服控制系統中被廣泛地應用著，某種類型的機械環節和元件是包含在其輸出中的內容，在控制系統中，它們所起到到的作用是尤為重要的，它們的性能在數控機床的品質中會起著決定性的影響。一旦這些機械環節和元件的制造的很好，那么它的性能想要改變就比較困難，與電氣部分相比，比較笨拙。所以，針對機械環節和元件的參數對整體系統的影響，是數控機床的機械和數控系統的設計人員都要進行了解和掌握的內容，這樣的話，配合就會很到位，在設計階段，針對相互之間的各種需求應該進行認真的思考，。使設計具有合理性。

　　1.2 保證數控機床能穩定、可靠運行

　　在某種程度上，數控機床運行的穩定性、可靠性在電氣控制部分的穩定性、可靠性中起著決定性的作用，在加工車間，數控機床沒有很好的使用條件，這樣的話，數控系統就很容易出現故障，特別是在工業現場，電磁沒有很好的環境，電磁干擾的產生也是相對較多的，在這種情況下，數控系統的抗擾度水平就應該有很高，不然的話，想要正常運行設備是不可能的。

　　1.3 便于組織生產、降低生產成本、保證產品質量

　　成本低、質量高，對于一個商品生產來講是尤為重要的依據，只有這樣，用戶使用產品才能得心應手，那么數控機床的生產也是一樣的，元器件品質，供應對于電氣控制電路設計來講的重要性是不可忽視的，并且在安裝、調試和維修過程中也需要跟得上腳步，這樣一來，產品的質量和組織生產就會有所保證。

　　1.4 安全

　　在電氣控制電路的設計過程中，人身和設備的安全是應該作為重點進行管理的，現在國家的一些安全規范和標準中，會對安全這一方面有一定的要求，我們一定要嚴格地執行，對于指示以及信號的識別度要很清晰明了，在操作操縱機構的時候容易程度要很高，切換的時候也比較容易。

2 高檔數控系統相關部件的選配

　　2.1 進給伺服電動機的選擇

　　當前，交流伺服電動機在中、高檔數控機床的進給驅動系統中被廣泛地應用著，現在已經很少使用直流電機，原因就是因為它本身存在的缺點很難克服，所以，在下文中所指的都是交流伺服電機。

　　2.2 主軸伺服電機的選擇

　　在選擇主軸伺服電機的時候，一定要考慮到這些電機的輸出中都包含著某種類型的機械環節和元件，關于增量運動系統的最佳設計的衡量匹配原理選擇電機的慣量或者修改其他機械參數。

　　2.3 位置檢測器件的選擇

　　在數控機床的所有坐標系中，機械原點都是其基準點，在數控機床中，機械原點的穩定性起著尤為重要的作用，同時也可以保障其穩定性，建立機械原點有兩種方法：

　　1)在數控機床中，相對位置解碼器、感應同步器或者光柵所起到的作用就是可以找到數控系統的基準點，各進給軸的回零減速開關以后，零點標記信號就是其基準點，每當斷電或者緊急停機以后，重新操作反回的基準點是一定的。

　　2)在對絕對位置編碼器進行采用的時候，在位置反饋器件的機床中，針對各進給軸的每一點位置，數控系統都能夠自動記憶，當設定基準點的位置之后，是不會再發生任何變化的，并且由專供絕對位置編碼器使用的存儲器記憶，這樣的穩定相對來說是比較好的，而且在斷電或者緊急停機的狀況下，重新操作各進給軸的基準點是不需要進行的，這樣一來，對于操作者在工作的時候就會有很大的幫助。

　　2.4 伺服控制系統的選擇

　　從前文中我們已經有所了解，交流伺服電機在數控機床的進給軸電機中所發揮的作用是尤為重要的，而交流伺服驅動器在自然電機驅動器中所發揮的作用也是不可替代的，現在已經越來越廣泛地被使用，在交流伺服驅動器中，存在兩種信號，一種是模擬式，另一種就是數字式，在進給軸電機中，模擬信號是其所輸出的主要信號，而在自然電機驅動器中，數字信號是其所輸出的主要信號，高速微處理器和專用數字信號處理器在全數字交流伺服驅動器中所發揮的作用是尤為重大的，軟件伺服控制在現在已經成為主要的系統之一，逐漸將硬件伺服控制進行取代，這樣一來，伺服系統性能的提升也會得到很大的幫助，所以，數字式伺服驅動器今后將逐漸增大使用的范圍。

3 數控系統其他功能的選擇

　　拋開上述的基本功能以外，在機床制造廠中，數控系統生產廠為其提供的可選功能更多，因為在功能上，各知名品牌數控系統的基本功能差距并沒有很大，所以，對于選擇出來的功能一定要能夠符合本機床，針對一些實用性并不大的可選功能完全可以遺棄掉，這樣的話，對于產品的功能、價格比的提高是有很大幫助的，以下就列舉三個例子進行說明。

　　3.1 動畫、軌跡顯示功能的選擇

　　模擬零件加工就是這個功能主要的作用，真實刀具在毛坯上的切削路徑就在這個過程中進行了顯示，直角坐標系中的兩個不同平面也是可以進行選擇的，并且不同視角的三維立體也能夠進行選擇，顯示的工作也可以與加工同時進行，也可以在機械鎖定的方式下，快速描繪加工過程，它在零件加工程序的檢驗、編程效率的提高和實時監視中都起著尤為重要的作用。

　　3.2 軟盤驅動器的選擇

這種工具在數據傳送中能夠發揮最大的作用，它能夠將已經調試完成的加工程序存檔于軟盤中，它也可以將其它計算機中生成的加工程序、軟盤中的加工程序在NC系統中納入，在各種機床數據的備份和存儲中，它也起著很重要的作用，這樣一來，編程和操作人員也會在其中得到更有效的幫助，但是，軟盤驅動器完全屬于消耗品，采用與否是需要比較衡量后決定的。

3.3 DNC-B通信功能的選擇

　　我們不難知道，非圓曲線或者面組成的零件加工編制的時候是不容易的，計算機的計算是這樣加工編制中經常采用的方式，這樣的話，之前的一些曲線或者面就可以轉變為微小的三維直線段，在加工編制的時候就會容易很多，在加工程序的時候，模具加工中這種長達幾百KB的情況是比較常見的現象，而在一般情況下，只有64.28KB的數控系統程序存儲容量，這樣的話，加工模具的時候就會出現新的挑戰。

　　DNC—B通信功能其中包含兩種工作方式，第一，在計算機中，將程序一次性傳送到數控系統的加工程序存儲區域內，第二，在數控系統的緩沖存儲器中，利用計算機將程序容量進行傳送，加工和傳送可以同時進行，加工結束就可以停止，這樣一來，大量程序零件的加工問題就可以在根本上得到解決，盡管這項功能的費用并不是很低，但是在功能和價格比上，它確實是首選。

4 TK40A數控車床的技術參數

　　主回路、控制電路和輔助電路等在電氣原理圖分析的方法和步驟電氣控制電路中是主要組成的因素。對于電氣控制系統的總體結構、電動機和電氣元件的分布狀況以及控制要求等內容都有一定的了解以后，對于電氣原理圖就可以有所理解，并且進行閱讀分析。

　　4.1 分析控制電路

　　將主回路中各伺服電機、輔助機構電機和電磁閥等執行電氣的控制要求作為依據，這樣的話，在控制電路中就可以找到其中的控制環節，當劃分若干局部控制線路的時候，不同的功能在其中也起著不同的作用，而且分析也是很有必要性的，查找讀圖法在控制電路的分析中起著尤為重要的作用，并且也是比較重要的方法之一。

　　4.2 分析輔助電路

　　控制電路中的元件在輔助電路中起著決定性的作用，電源顯示、工作狀態顯示、照明和故障報警等都是包括在輔助電路中的內容，因此在進行分析的時候，控制電路是唯一分析的標準。

　　4.3 分析連鎖與保護環節

　　安全性和可靠性對于機床來講是尤為重要的，這兩點要求要想實現，元器件和控制方案的選擇一定要賦有合理性，而且電氣保護和必要的電氣連鎖在控制線路中的設置也是很重要的。

　　4.4 總體檢查

　　通過“化整為零”，針對每一個局部電路的工作原理以及各部分之間的控制關系進行分析以后，針對“集零為整”方法的采用也是很有必要的，對整個控制線路進行檢查，檢查其中是不是存在漏洞，尤其是要站在整體的角度上進行檢查，只有這樣，針對控制環節之間的聯系才能有足夠的理解和認識，在電路中每個元器件所發揮出來的作用，我們也會有更深入地認識。

5 TK40A數控車床電氣控制電路分析

　　5.1 機床的運動及控制要求

　　就像前面所講到的，55kw的變頻主軸電機是TK40A數控車床主軸的旋轉運動的主要根據，配合機械變速，會出現低速、中速和高速三種變速情況。

　　交流伺服電機帶動滾珠絲杠的運行，是實現Z軸和X軸運動的主要依據，數控系統控制并且協調二軸的聯動，光電解碼器配合交流伺服電機的實現是螺紋車削的主要依據，拋開上述運動以外，電動刀架的轉位，冷卻電機的啟和停等也是其中的內容。

　　5.2 主回路分析

　　三相或者單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等原件是組成主回路的主要因素。在其中電解電容是引起很多問題的源頭。直流電壓和內部溫度在電解電容的壽命中起著決定性的作用，電容器的型號在回路設計的時候，已經有了確定，所以，電解電容器的壽命被內部的溫度直接影響著。而變頻器的使用壽命又被電解電容器直接影響著，通常情況下，壽命在每上升10℃溫度的時候，減少一半。所以，第一，考慮環境溫度在安裝的時候是很有必要性的，并且要在合理性的基礎上進行選擇；第二，脈動電流應該采取一定的措施進行減少。

　　5.3 冷卻電機控制

　　當有手動或者自動冷卻指令時，這個時候的PLC輸出Y05有效，+T-KA6繼電器線圈通電，繼電器觸點閉合，+T-KM3交流接觸器線圈通電，交流接觸器主觸點吸合，冷卻電機旋轉，帶動冷卻泵工作。