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机床电气自动控制
第一章 绪论
一、电气自动控制之在机床中的地位
现代机床由工作机构，传动机构，原动机和自动控制系统四个部分组成。
所谓自动控制是指在没有人直接参与的（或经由少数人参与）的情况下，利用自动控制系统是被控制及对象（生产过程）自动地按预定的规律去工作 。如机床按照规定的程序自动的启动或停车；利用微型计算机控制数控车床，按照看计算机发出的程序指令，自动按预定的轨迹加工；利用可编程控制器，按照预先编制的程序，是机床实现各种自动循环控制，所以这些都是电气自动控制的应用。
实现自动控制的搜短有多种多样，可以用电器的方法来实现自动控制。也可以用机械的、液压的、启动的等方法来实现自动控制，由于现代化的金属切削机床均用交，直流电机作动力源，因而电气自动控制是现代机床的主要控制手段。即使采用其他控制方法，也离不开电气控制的配合，本书是以机床作为典型对象来研究电气自动控制技术的基本原理，方法和应用，这些基本控制方法自然也适用于其他机器设备及生产过程。
机床经过一百多年的发展，结构不断改进，性能不断提高，在很大程度上取决于电器的拖动与电气控制系统的更新。电气拖动在速度调节方面具有无可比拟的优越性和发展前途，采用直流或交流无级调速电动机驱动机床，是结构复杂的变速箱变得十分简单，简化了机床结构。提高了效率和刚度，也提高了精度，今年研究成功的电机—主轴部件，将交流电机转子安装在主轴上，使其振动和噪音均减小，他完全代替了主轴变速齿轮箱，对机床传动与结构将产生变革性的影响。
生产技术和生产力的高速发展，要求及其需要更高的精度，更高的效率，更多的品种，更高的自动化程序及可靠性。科学技术特别是微电子技术的高度发展为电气控制的进步创造了良好的条件，现代机床在电气控制方面综合应用了许多先进科技技术成果，如计算机技术、电子技术、传感技术、伺服驱动技术。特别是廉价可靠的在机床行业的广泛应用，是机床的自动化程序，加工效率，加工精度，可靠性不断提高，同时以扩大工艺范围，缩短新产品的试制周期，加速产品的更新换代，降低劳动成本和减轻劳动强度起到重要作用，近年来出现的各种机电一体化产品，数控机床，机器人，柔性制造单元及系统等军事电气控制自动化的说硕果。可见电气自动控制对现代机床的发展起到重要作用，机械制造专业的学生以及从事机械设计和制造的工程技术人员都
机床电气自动控制
必须掌握机床电气自动控制的理论和方法。 二、机床电气自动控制的发展情况 1. 电气拖动的发展
电气控制和电气拖动有着密切的关系。20世纪初，由于电动机的出现，使得机床的拖动发生了变革，用电动机代替蒸汽机，机床的电器拖动随电动机的发展而发展。 （1）单电机的拖动 一台电机拖动一台机床，较之乘组拖动简化了传动机构，缩短了传动路线，提高了传动效率，至今中小型通用机床人采用单电机拖动的。 （2）多电机拖动 由于生产的发展，机床的运动增多，要求提高，创先了多台电机拖动一套机床的拖动方式。采用了多台电机拖动以后，不但简化了机械结构，提高了传动效率，而且易于实现个运动部件的自动化。多电机拖动是待机床最基本的拖动方式。
（3）交，直流无级调速 电气无级调速具有可灵活选择最佳切削速度和极大简化机械传动的优点。由于直流电动机具有良好的启动，制动和调速性能 ，可以很方便的在宽范围内实行平滑预计调速，所以在20世纪30年代以后直流调速系统在重型和紧密机床上得到广泛的应用。20世纪60年代以后，由于大功率晶闸管的问世，大功率率整流技术和大功率晶体管的发展，晶闸管电动机无极调速系统取代了直流电动机—直流电动机，电磁放大机等直流调速系统，采用脉宽调速的直流调速系统也获得广泛的应用，20世纪80年代以后，由于半导体技术的发展，使得较快、流电动机调速系统有突破性的发展。交流调速有许多优点，单机容量和转速可大大高于直流电机，交流电机无电刷和换向器，易于维护，可靠性高，能用于带有腐蚀性、易爆性、含蛏气体等特殊环境中。与直流电机相比，交流电机还具有体积小、重量轻、制造简单、坚固耐用的优点。交流调速已突破关键性技术，从实用阶段进入扩大应用、系列化的新阶段。以鼠笼式交流伺服电器为对象的矢量控制技术，是近年来新型的控制技术，它能使直流调速具有优越调速性能。交流变频调速器、矢量控制伺服单元及交流伺服电机已日益广泛的应用于工业中。交流调速的发展必将对机床行业产生深远影响，必须引起充分重视。 2.电气控制系统的发展
电气拖动的控制方式亦经历了一个从低级到高级的发展过程。最初采用手动控制。 最早的自动控制在20世纪20—30年代出现的继电接触器控制，它可以实现对控制对象的起动、停车、调速、自动循环以及保护等控制。它所使用的控制器件结构简单，廉价，控制方式直观，易掌握，工作可靠，易维护，因此在机床控制上得到长期，广泛的应用。它的缺点是体积大，功耗大，控制速度慢，改变控制程序困难，由于是有
机床电气自动控制
触点控制，在空中复杂是可靠性降低。
为了解决复杂和程序可变控制对象的需要，在20世纪60年代出现了顺序控制器，它是继电器和半导体元件的综合应用的控制装置，具有程序改变容易，通用较强等优点，广泛用于组合机床和自动线上，随着计算机技术的发展，又出现一微型计算机为基础的具有编程，储存，逻辑控制及数字运算功能的可编程控制器PLA。PLA的设计以工业控制为目标，因而具有公率级输出，接线简单，通用性强。编程容易，抗干扰能力强，工作可靠等一系列优点。它一问世即以强大的生命力，大面积的占领了传统的控制领域。PLC的一个发展方向是微型，简易，价廉，以图取代传统继电器的控制；而它的另一个发展方向是大容量，高速。高性能，对大规模复杂控制系统能进行综合控制。
数字控制是机床电气控制的另一方面，数控机床是数控技术用于机床的产物。它是20世纪50年代初，为适应中小屁机械加工自动化的需要 ，应用电子技术，计算机技术，现代控制理论，精密测量技术，伺服驱动技术等现代金额学技术的成果。数控机床极具有专用机床生产率高的优点，又兼有通用机床工艺范围广，使用灵活的特点，并且还会拥有能自动加工复杂成型表面，精度高的优点。数控机床集高效率，高精度，高柔性于一身，成为当今机床自动化的理想形式。
数控机床的控制系统，最初是由硬件逻辑电路组成的专用数控装置NC，它的灵活性差，可靠性不够。随着价格廉价可靠的微型计算机的发展，数控机床的控制系统无疑以为微机控制系统所取代，成为CNC或MNC系统。
加工中心机床是工序高度集中的数控机床，具有刀库和换刀机械手是他的显著特征，在加工中心机床上，工件可以通过一次装夹，完成全部加工。
从现代控制理论中的“最优控制理论”出发，研制了自动应数控机床（AC）。它能自动适应毛培数量变化，硬度不均匀，刀锯磨损等随机因素的变化，是道具具有最佳的切削用量，从而使中保证有高的生长率和加工质量。
为了发挥计算机运算速度快的能力，可有一台计算机控制多台数控机床，他成为计算机群控系统DNC,又称为“直接群控系统”。
20世纪90年代以后，“直接群控系统”在不断退减，而有柔性制造系统取而代之。 随生产的发展，由单个机床的自动化发展为生产过程的综合自动化，柔性制造系统FMS是有一种计算机控制的机械加工自动线，是数控机床，工业机器人、自动搬运车、自动化检测、自动化仓库组成的高技术产物。加上计算机辅助系统CAD、计算机辅助系统CAM、计算机辅助质量检测CAQ及计算机信息管理系统将构成计算机集成制造系统CIMS。它是当前机械加工自动化发展的最高峰。
机床电气自动控制
三、本课程的内容及要求
“机床电器自动控制”是机制专业的一门电类专业课，其任务是讲授以及床位主要对象的自动控制技术的基本原理和实现手段。
本课程的先修课是“电工学”、“微机原理及应用”、“机床”。
本课程的内容处理上应首先注意到我国机床电控的现状，以几点接触器为基本讲授内容；同时药充分重视电气控制的先进技术和发展趋势，从应用的角度出发讲授电气无级调速、可编程控制器、数控技术的基本技术的基本内容。
在学完本课程以后，学生应掌握电气自动控制的基本原理；学会分析一般机床的电气控制电路并具有一定的设计能力；了解电器无极调速的主要类型、工作原理及其应用；掌握数控技术的基本内容；对可编程控制器应具有基本的能力。
综上所述，通过学习本门课程以后，学生能够具有对机电一体化产品的综合分析设计能力。