1 数控机床电气控制电路设计原则

　　1.1 最大限度的实现机械设计和工艺的要求

　　机电一体化是数控机床产品所有的特点，机电式在数控机床的主轴、进给轴伺服控制系统中被广泛地应用着，某种类型的机械环节和元件是包含在其输出中的内容，在控制系统中，它们所起到到的作用是尤为重要的，它们的性能在数控机床的品质中会起着决定性的影响。一旦这些机械环节和元件的制造的很好，那么它的性能想要改变就比较困难，与电气部分相比，比较笨拙。所以，针对机械环节和元件的参数对整体系统的影响，是数控机床的机械和数控系统的设计人员都要进行了解和掌握的内容，这样的话，配合就会很到位，在设计阶段，针对相互之间的各种需求应该进行认真的思考，。使设计具有合理性。

　　1.2 保证数控机床能稳定、可靠运行

　　在某种程度上，数控机床运行的稳定性、可靠性在电气控制部分的稳定性、可靠性中起着决定性的作用，在加工车间，数控机床没有很好的使用条件，这样的话，数控系统就很容易出现故障，特别是在工业现场，电磁没有很好的环境，电磁干扰的产生也是相对较多的，在这种情况下，数控系统的抗扰度水平就应该有很高，不然的话，想要正常运行设备是不可能的。

　　1.3 便于组织生产、降低生产成本、保证产品质量

　　成本低、质量高，对于一个商品生产来讲是尤为重要的依据，只有这样，用户使用产品才能得心应手，那么数控机床的生产也是一样的，元器件品质，供应对于电气控制电路设计来讲的重要性是不可忽视的，并且在安装、调试和维修过程中也需要跟得上脚步，这样一来，产品的质量和组织生产就会有所保证。

　　1.4 安全

　　在电气控制电路的设计过程中，人身和设备的安全是应该作为重点进行管理的，现在国家的一些安全规范和标准中，会对安全这一方面有一定的要求，我们一定要严格地执行，对于指示以及信号的识别度要很清晰明了，在操作操纵机构的时候容易程度要很高，切换的时候也比较容易。

2 高档数控系统相关部件的选配

　　2.1 进给伺服电动机的选择

　　当前，交流伺服电动机在中、高档数控机床的进给驱动系统中被广泛地应用着，现在已经很少使用直流电机，原因就是因为它本身存在的缺点很难克服，所以，在下文中所指的都是交流伺服电机。

　　2.2 主轴伺服电机的选择

　　在选择主轴伺服电机的时候，一定要考虑到这些电机的输出中都包含着某种类型的机械环节和元件，关于增量运动系统的最佳设计的衡量匹配原理选择电机的惯量或者修改其他机械参数。

　　2.3 位置检测器件的选择

　　在数控机床的所有坐标系中，机械原点都是其基准点，在数控机床中，机械原点的稳定性起着尤为重要的作用，同时也可以保障其稳定性，建立机械原点有两种方法：

　　1)在数控机床中，相对位置解码器、感应同步器或者光栅所起到的作用就是可以找到数控系统的基准点，各进给轴的回零减速开关以后，零点标记信号就是其基准点，每当断电或者紧急停机以后，重新操作反回的基准点是一定的。

　　2)在对绝对位置编码器进行采用的时候，在位置反馈器件的机床中，针对各进给轴的每一点位置，数控系统都能够自动记忆，当设定基准点的位置之后，是不会再发生任何变化的，并且由专供绝对位置编码器使用的存储器记忆，这样的稳定相对来说是比较好的，而且在断电或者紧急停机的状况下，重新操作各进给轴的基准点是不需要进行的，这样一来，对于操作者在工作的时候就会有很大的帮助。

　　2.4 伺服控制系统的选择

　　从前文中我们已经有所了解，交流伺服电机在数控机床的进给轴电机中所发挥的作用是尤为重要的，而交流伺服驱动器在自然电机驱动器中所发挥的作用也是不可替代的，现在已经越来越广泛地被使用，在交流伺服驱动器中，存在两种信号，一种是模拟式，另一种就是数字式，在进给轴电机中，模拟信号是其所输出的主要信号，而在自然电机驱动器中，数字信号是其所输出的主要信号，高速微处理器和专用数字信号处理器在全数字交流伺服驱动器中所发挥的作用是尤为重大的，软件伺服控制在现在已经成为主要的系统之一，逐渐将硬件伺服控制进行取代，这样一来，伺服系统性能的提升也会得到很大的帮助，所以，数字式伺服驱动器今后将逐渐增大使用的范围。

3 数控系统其他功能的选择

　　抛开上述的基本功能以外，在机床制造厂中，数控系统生产厂为其提供的可选功能更多，因为在功能上，各知名品牌数控系统的基本功能差距并没有很大，所以，对于选择出来的功能一定要能够符合本机床，针对一些实用性并不大的可选功能完全可以遗弃掉，这样的话，对于产品的功能、价格比的提高是有很大帮助的，以下就列举三个例子进行说明。

　　3.1 动画、轨迹显示功能的选择

　　模拟零件加工就是这个功能主要的作用，真实刀具在毛坯上的切削路径就在这个过程中进行了显示，直角坐标系中的两个不同平面也是可以进行选择的，并且不同视角的三维立体也能够进行选择，显示的工作也可以与加工同时进行，也可以在机械锁定的方式下，快速描绘加工过程，它在零件加工程序的检验、编程效率的提高和实时监视中都起着尤为重要的作用。

　　3.2 软盘驱动器的选择

这种工具在数据传送中能够发挥最大的作用，它能够将已经调试完成的加工程序存档于软盘中，它也可以将其它计算机中生成的加工程序、软盘中的加工程序在NC系统中纳入，在各种机床数据的备份和存储中，它也起着很重要的作用，这样一来，编程和操作人员也会在其中得到更有效的帮助，但是，软盘驱动器完全属于消耗品，采用与否是需要比较衡量后决定的。

3.3 DNC-B通信功能的选择

　　我们不难知道，非圆曲线或者面组成的零件加工编制的时候是不容易的，计算机的计算是这样加工编制中经常采用的方式，这样的话，之前的一些曲线或者面就可以转变为微小的三维直线段，在加工编制的时候就会容易很多，在加工程序的时候，模具加工中这种长达几百KB的情况是比较常见的现象，而在一般情况下，只有64.28KB的数控系统程序存储容量，这样的话，加工模具的时候就会出现新的挑战。

　　DNC—B通信功能其中包含两种工作方式，第一，在计算机中，将程序一次性传送到数控系统的加工程序存储区域内，第二，在数控系统的缓冲存储器中，利用计算机将程序容量进行传送，加工和传送可以同时进行，加工结束就可以停止，这样一来，大量程序零件的加工问题就可以在根本上得到解决，尽管这项功能的费用并不是很低，但是在功能和价格比上，它确实是首选。

4 TK40A数控车床的技术参数

　　主回路、控制电路和辅助电路等在电气原理图分析的方法和步骤电气控制电路中是主要组成的因素。对于电气控制系统的总体结构、电动机和电气元件的分布状况以及控制要求等内容都有一定的了解以后，对于电气原理图就可以有所理解，并且进行阅读分析。

　　4.1 分析控制电路

　　将主回路中各伺服电机、辅助机构电机和电磁阀等执行电气的控制要求作为依据，这样的话，在控制电路中就可以找到其中的控制环节，当划分若干局部控制线路的时候，不同的功能在其中也起着不同的作用，而且分析也是很有必要性的，查找读图法在控制电路的分析中起着尤为重要的作用，并且也是比较重要的方法之一。

　　4.2 分析辅助电路

　　控制电路中的元件在辅助电路中起着决定性的作用，电源显示、工作状态显示、照明和故障报警等都是包括在辅助电路中的内容，因此在进行分析的时候，控制电路是唯一分析的标准。

　　4.3 分析连锁与保护环节

　　安全性和可靠性对于机床来讲是尤为重要的，这两点要求要想实现，元器件和控制方案的选择一定要赋有合理性，而且电气保护和必要的电气连锁在控制线路中的设置也是很重要的。

　　4.4 总体检查

　　通过“化整为零”，针对每一个局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系进行分析以后，针对“集零为整”方法的采用也是很有必要的，对整个控制线路进行检查，检查其中是不是存在漏洞，尤其是要站在整体的角度上进行检查，只有这样，针对控制环节之间的联系才能有足够的理解和认识，在电路中每个元器件所发挥出来的作用，我们也会有更深入地认识。

5 TK40A数控车床电气控制电路分析

　　5.1 机床的运动及控制要求

　　就像前面所讲到的，55kw的变频主轴电机是TK40A数控车床主轴的旋转运动的主要根据，配合机械变速，会出现低速、中速和高速三种变速情况。

　　交流伺服电机带动滚珠丝杠的运行，是实现Z轴和X轴运动的主要依据，数控系统控制并且协调二轴的联动，光电解码器配合交流伺服电机的实现是螺纹车削的主要依据，抛开上述运动以外，电动刀架的转位，冷却电机的启和停等也是其中的内容。

　　5.2 主回路分析

　　三相或者单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等原件是组成主回路的主要因素。在其中电解电容是引起很多问题的源头。直流电压和内部温度在电解电容的寿命中起着决定性的作用，电容器的型号在回路设计的时候，已经有了确定，所以，电解电容器的寿命被内部的温度直接影响着。而变频器的使用寿命又被电解电容器直接影响着，通常情况下，寿命在每上升10℃温度的时候，减少一半。所以，第一，考虑环境温度在安装的时候是很有必要性的，并且要在合理性的基础上进行选择；第二，脉动电流应该采取一定的措施进行减少。

　　5.3 冷却电机控制

　　当有手动或者自动冷却指令时，这个时候的PLC输出Y05有效，+T-KA6继电器线圈通电，继电器触点闭合，+T-KM3交流接触器线圈通电，交流接触器主触点吸合，冷却电机旋转，带动冷却泵工作。