机床电气自动控制

第一章 绪论1

一、机床在国民经济中的重要性1

二、电气自动控制的作用1

三、现代机床的结构组成及作用1

四、机床电气自动控制的发展概况2

五、课程概况5

思考题与习题7

第二章 电力拖动系统运动分析和折算8

第一节 电力拖动系统的运动分析8

一、电力拖动系统的运动方程8

二、电力拖动系统的运动状态及实现9

第二节 多轴电力拖动系统的折算9

一、旋转运动折算10

二、直线运动折算12

思考题与习题13

第三章 常用电动机应用基础14

第一节 直流电动机应用基础14

一、直流电动机的工作原理14

二、直流电动机的基本结构15

三、直流电动机的励磁方式17

四、他励直流电动机的机械特性17

五、他励直流电动机的启动、调速、制动和反转19

六、数控机床常用直流伺服电动机的特点21

第二节 异步电动机应用基础22

一、异步电动机的分类23

二、三相异步电动机的结构23

三、三相异步电动机的工作原理25

四、三相异步电动机的机械特性25

五、三相异步电动机的启动27

六、异步电动机调速方式及性能比较27

七、异步电动机的制动29

第三节 同步电动机应用基础32

一、永磁交流伺服电动机结构32

二、永磁交流伺服电动机工作原理33

三、永磁交流伺服电动机的启动33

四、永磁交流伺服电动机的调速和制动33

第四节 步进电动机应用基础33

一、步进电动机分类33

二、反应式步进电动机结构34

三、反应式步进电动机工作原理34

四、三相反应式步进电动机的通电方式和步距角35

五、步进电动机的应用特点35

六、步进电动机的主要参数和特性36

第五节 电力拖动系统中电动机的选择37

一、电动机选择的一般原则37

二、电动机选择的具体内容和方法37

思考题与习题40

第四章 机床常用低压电器42

第一节 低压电器的基本知识42

一、低压电器的分类42

二、低压电器的基本结构42

第二节 开关电器44

一、低压隔离开关44

二、低压断路器47

第三节 信号控制开关50

一、按钮开关50

二、位置开关51

三、选择开关54

第四节 接触器56

一、接触器的结构原理56

二、接触器的图形和文字符号58

三、接触器的技术参数58

四、接触器的选用59

第五节 继电器59

一、中间继电器59

二、时间继电器60

三、压力继电器62

四、速度继电器63

第六节 保护电器64

一、熔断器64

二、热继电器66

三、电流继电器68

四、电压继电器69

第七节 执行电器69

一、电磁阀69

二、电磁离合器69

三、电磁制动器70

低压电器认识与调整实训71

思考题与习题73

第五章 电气控制基本环节75

第一节 三相笼型异步电动机启动控制线路75

一、直接启动控制线路75

二、降压启动控制线路76

第二节 三相异步电动机正反转控制线路78

一、开关控制的正反转控制线路79

二、接触器控制的正反转线路79

第三节 三相笼型异步电动机制动控制线路80

一、反接制动控制线路80

二、能耗制动控制线路81

第四节 其他基本控制线路82

一、点动控制82

二、多地控制83

三、顺序控制83

四、联锁控制83

第五节 简单控制电路设计84

一、生产设备电气控制系统设计的要求85

二、生产设备电气控制系统设计的内容85

三、控制电路设计的基本方法85

四、电气控制线路设计的注意事项86

五、电气控制系统设计实例92

第六节 电气维修基础96

一、电气设备维修的一般要求96

二、电气设备维修的一般方法97

三相异步电动机正反转控制实训99

三相异步电动机-△降压启动控制实训99

三相异步电动机能耗制动控制实训100

思考题与习题100

第六章 典型机床电气控制102

第一节 电气识图与制图基础知识102

一、电气控制系统图的基本表达方法103

二、电气原理图104

三、电器布置图106

四、电气安装接线图106

五、机床电气控制电路分析具体步骤106

第二节 CA6140型卧式车床电气控制107

一、CA6140型卧式车床主要结构107

二、CA6140型卧式车床运动形式和控制要求107

三、CA6140型卧式车床电气原理图分析108

第三节 M7130型平面磨床电气控制110

一、M7130型平面磨床主要结构110

二、M7130型平面磨床运动形式和控制要求111

三、M7130型平面磨床电气原理图分析112

第四节 Z3040型摇臂钻床电气控制114

一、Z3040型摇臂钻床主要结构115

二、Z3040型摇臂钻床运动形式和控制要求115

三、Z3040型摇臂钻床电气原理图分析115

第五节 X62W型铣床电气控制119

一、X62W型卧式万能铣床主要结构119

二、X62W型卧式万能铣床基本运动形式及控制要求119

三、电气原理图分析120

C6140型车床常见电气故障分析与维修实训124

X62W型铣床常见电气故障分析与维修实训125

思考题与习题128

第七章 可编程控制器及其应用129

第一节 概述129

一、可编程控制器的产生和发展129

二、可编程控制器的主要特点129

三、PLC的发展方向130

第二节 可编程控制器的组成及工作原理130

一、可编程控制器的组成130

二、可编程控制器的工作原理133

第三节 可编程控制器的编程语言134

一、梯形图法134

二、指令助记符法135

第四节 可编程控制器的内部器件135

一、可编程控制器的等效电路135

二、可编程控制器的内部器件136

第五节 可编程控制器的指令系统139

一、基本指令139

二、功能指令144

第六节 可编程控制器的编程原则154

第七节 可编程控制器控制系统的设计与实现157

一、PLC应用系统设计的内容和步骤157

二、PLC应用系统的硬件设计160

三、PLC应用系统的软件设计164

第八节 可编程控制器应用实例166

一、机械手的工作过程166

二、机械手的工作原理166

三、方案选择167

四、控制流程图设计168

五、控制梯形图和程序设计169

可编程控制器基本实训170

实训一 程序的输入与编辑170

实训二 程序的监控操作174

实训三 几个基本电路的编程178

实训四 移位寄存器的应用182

可编程控制器编程与调试实训185

实训五 可编程控制器在动作顺序控制器中的应用185

实训六 可编程控制器在时间顺序控制中的应用187

实训七 可编程控制器对交通信号灯的控制187

思考题与习题188

第八章 自动控制基础190

第一节 概述190

一、自动控制的基本概念190

二、自动控制系统的基本构成及控制方式190

第二节 自动控制系统性能及评价192

一、自动控制系统的基本要求192

二、自动控制系统的性能指标193

第三节 控制系统的数学模型195

一、建立系统微分方程的一般步骤195

二、传递函数196

三、动态结构图196

第四节 控制系统的时域分析197

一、典型输入信号197

二、一阶系统分析199

三、二阶系统分析199

思考题与习题202

第九章 步进电动机控制系统203

第一节 步进电动机控制系统组成203

第二节 环形分配器203

一、硬件组成的环形分配器204

二、软件组成的环形分配器205

第三节 步进电动机驱动功率放大器原理和应用206

一、单电压供电的功率放大器207

二、双电压供电功率放大器207

三、斩波驱动电路208

第四节 常用步进电动机驱动模块简介208

一、脉冲分配器TD62803P应用简介208

二、国产PM03(三相)集成电路环形脉冲分配器简介210

三、PPMC101B可编程脉冲分配器应用简介211

第五节 步进电动机驱动系统及其应用212

步进电动机驱动系统的调试及使用实训214

思考题与习题217

第十章 直流调速控制系统219

第一节 概述219

一、调速的定义219

二、直流电动机的调速方案219

三、直流调速控制系统的分类219

第二节 单闭环直流调速系统220

一、系统的组成220

二、系统的稳态特性220

第三节 单闭环无静差直流调速系统223

一、比例积分调节器223

二、单闭环无静差调速系统工作原理223

第四节 带电流截止环节的单闭环直流调速系统224

一、截流反馈装置224

二、带截流反馈装置的单闭环直流调速系统的静特性225

第五节 双闭环直流调速系统225

一、双闭环直流调速系统的组成225

二、双闭环直流调速系统的静特性226

三、双闭环直流调速系统的动态特性226

第六节 可逆直流调速系统229

一、可逆直流调速系统的原理229

二、可逆直流调速系统的工作状态230

三、可逆直流调速系统的环流231

四、有环流可逆调速系统233

五、无环流可逆调速系统234

第七节 直流脉宽调速系统236

一、脉宽调制式变换器236

二、典型双闭环控制的直流脉宽调速系统237

思考题与习题238

第十一章 交流调速控制系统239

第一节 变频调速基础239

一、变频器的基本构成239

二、交-直-交变频器的工作原理240

三、变频器的分类241

第二节 交-直-交变频器243

一、交-直-交电压型变频器243

二、交-直-交电流型变频器244

第三节 高速磨床的变频调速247

一、异步电动机的调速原理与调速方式247

二、高速磨床拖动系统的结构和工作特点247

三、原拖动方案及存在问题248

四、高速磨床的变频调速系统249

五、高速磨床变频器的技术发展250

第四节 数控车床的变频调速251

一、通用变频器接口定义251

二、通用变频器在数控车床上的应用251

变频调速系统的构成、调整及使用实训253

思考题与习题258

第十二章 位置随动控制系统259

第一节 概述259

一、位置随动系统及其组成259

二、数控机床的伺服系统分类259

三、数控机床对伺服系统的基本要求260

第二节 脉冲比较伺服系统261

一、脉冲比较伺服系统组成原理261

二、脉冲比较电路261

第三节 相位比较伺服系统262

一、相位比较伺服系统组成原理262

二、脉冲调相器263

三、鉴相器264

第四节 幅值比较伺服系统264

一、幅值比较伺服系统的组成原理265

二、鉴幅器265

三、极性处理电路和电压/频率变换器266

第五节 交流伺服电动机驱动模块及其应用267

第六节 闭环伺服系统性能分析272

一、典型闭环伺服系统的传递函数272

二、闭环伺服系统的性能分析273

三、伺服系统的可靠性277

第七节 闭环伺服系统性能对加工的影响277

一、开环增益对加工的影响277

二、位置精度对加工的影响278

三、调速范围对加工的影响278

四、速度误差系数对加工的影响278

交流伺服系统的构成、调整及使用实训280

思考题与习题286

附录一 常用电气图形符号新旧对照表287

附录二 常用基本文字符号新旧对照表291

附录三 常用辅助文字符号的新旧对照表292

附录四 C系列P型可编程控制器指令表293

参考文献296

《机床电气自动控制(第2版)》为高职高专“十一五”规划教材之一。《机床电气自动控制(第2版)》从机床电气自动控制的应用和维修出发，把握典型机床和数控机床的电气自动控制系统应用特点，系统介绍了机床电气自动控制的基本概念及发展过程、电力拖动系统及其运动分析、常用电动机应用基础、机床常用低压电器、电气控制基本环节、典型机床电气控制、可编程控制器及其应用、自动控制基础、步进电动机控制系统、直流调速控制系统、交流调速控制系统、位置随动控制系统等内容。 《机床电气自动控制(第2版)》可作为高职高专机电一体化、数控技术应用、自动化等机电类专业教材，也可作为职工培训和自学教材，还可供从事机床电气自动控制的技术人员参考。