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出版者:第1版 (2007年6月1日)

作者:

出品人:

页数:92 页

译者:

出版时间:2007年6月1日

价格:12.00

装帧:平装

isbn号码:9787504562579

丛书系列:

图书标签:

• 机床电气控制
• 数控技术
• 数控编程
• PLC
• 自动化
• 工业控制
• 电机控制
• 传感器
• 电路分析
• 机械制造

《现代机械制造技术丛书·数控机床电气控制系统设计与调试》 内容简介 本书是“现代机械制造技术丛书”系列中的一本，专注于数控机床电气控制系统的设计、集成与调试。在当今高度自动化和智能化的制造业浪潮中，数控机床作为现代机械加工的核心装备，其电气控制系统的性能直接决定了加工精度、效率以及系统的稳定性和可靠性。本书旨在为读者提供一个全面、深入的数控机床电气控制系统知识体系，从基础理论到实际应用，涵盖了从系统构成、核心部件选型、PLC编程、伺服驱动、传感器应用到故障诊断与排除等各个关键环节。 第一章：数控机床电气控制系统的基本构成与发展趋势 本章将首先为读者勾勒出数控机床电气控制系统的整体框架。我们将详细剖析一个典型的数控机床电气控制系统通常包含哪些主要组成部分，例如数控系统（CNC）、可编程逻辑控制器（PLC）、伺服驱动系统、编码器、限位开关、急停按钮、操作面板、电源模块以及各种信号和动力线缆等。我们将逐一阐述各部分的功能和在系统中的作用，强调它们之间的相互关联和协作。 紧接着，本章将回顾数控机床电气控制系统从早期发展至今的演进历程。我们将探讨传统继电器控制与现代PLC控制的区别，以及晶体管、集成电路、微处理器等技术如何逐步推动了数控系统的智能化和集成化。重点将放在数控技术在电气控制领域的最新发展趋势，如总线型控制系统（如EtherCAT、PROFINET）的应用、开放式数控系统的兴起、多轴联动与五轴加工的控制挑战、以及人工智能（AI）和工业物联网（IIoT）技术如何融入数控系统，提升其预测性维护、自适应加工和远程监控能力。这些前沿技术的介绍将帮助读者把握行业发展脉搏，理解未来数控机床电气控制的发展方向。 第二章：数控系统（CNC）的原理与功能 本章将深入探讨数控机床的核心——数控系统（CNC）。我们将详细介绍CNC系统的基本工作原理，包括它如何接收、解释和执行G代码和M代码等数控指令。读者将了解到CNC系统如何将刀具路径信息转化为电信号，进而控制伺服电机实现精确的轴向移动。 CNC系统的核心功能将得到详细阐述，包括： 插补功能： 线性插补、圆弧插补、螺旋插补等，以及它们如何实现复杂轨迹的生成。 刀具补偿功能： 刀具长度补偿、刀具半径补偿，及其在保证加工精度中的重要作用。 坐标系管理： 世界坐标系、工件坐标系、机床坐标系之间的转换与应用。 PMC（PLC）功能集成： 现代CNC系统如何将PLC功能集成到自身，实现更紧密的逻辑控制。 人机交互界面（HMI）： 操作员如何通过HMI进行程序输入、参数设置、状态监控和故障排除。 高级功能： 子程序调用、宏程序编程、镜像加工、回转轴控制等，这些高级功能如何提升加工的灵活性和效率。 此外，本章还将介绍不同类型CNC系统的特点，如车削中心CNC、铣削中心CNC、磨削中心CNC等，以及它们在硬件和软件配置上的差异。 第三章：PLC在数控机床电气控制中的应用 可编程逻辑控制器（PLC）是实现数控机床辅助功能和逻辑控制的关键。本章将聚焦PLC在数控机床电气控制系统中的具体应用。 我们将从PLC的基本构成和工作原理入手，介绍CPU模块、输入/输出（I/O）模块、通信模块、电源模块等。然后，重点讲解PLC在数控机床中的典型应用场景，例如： 机床动作控制： 如刀库换刀逻辑、润滑系统控制、冷却液供给控制、门开关联锁、安全防护装置的逻辑控制等。 报警与诊断： PLC如何检测和处理各种机械、电气故障，并向CNC系统发送报警信号。 信号采集与处理： 采集各种传感器信号（如限位开关、接近开关、压力传感器等），并根据程序逻辑进行处理。 与CNC系统的通信： 讲解PLC如何通过不同的通信方式（如并行I/O、串行通信、现场总线）与CNC系统进行数据交换和指令传递。 本章还将介绍常用的PLC编程语言，如梯形图（Ladder Diagram）、指令表（Instruction List）、结构化文本（Structured Text）等，并通过实际案例演示PLC程序的编写和调试技巧。读者将学习如何根据机床的电气图纸设计和实现PLC控制逻辑，确保机床的自动化和安全运行。 第四章：伺服驱动系统与编码器在数控机床中的应用 伺服驱动系统是实现数控机床高精度运动控制的核心。本章将详细阐述伺服驱动系统的组成、工作原理及其在数控机床中的关键作用。 我们将深入分析伺服驱动系统的主要组成部分，包括： 伺服电机： 直流伺服电机、交流伺服电机（同步、异步），以及它们在不同应用场景下的选择依据。 伺服驱动器（放大器）： 驱动器如何根据CNC系统的指令，控制伺服电机的速度、扭矩和位置。讲解PWM控制、电流环、速度环、位置环的控制原理。 反馈装置： 重点讲解编码器（增量式、绝对式）在伺服系统中的地位。详细介绍编码器的类型、工作原理、分辨率以及如何将其安装和校准，以确保精确的位置反馈。 其他反馈元件： 如雷达尺、直线编码器等，它们在直线运动轴上的应用。 本章还将探讨伺服驱动系统的选型原则，包括考虑负载特性、精度要求、响应速度、功率匹配等因素。同时，还将介绍伺服系统调试的基本流程，包括参数整定、零点校准、震动抑制等，以及如何通过诊断工具进行故障分析。 第五章：传感器在数控机床电气控制中的应用 传感器是数控机床的“眼睛”和“触角”，负责感知和检测各种物理量，为控制系统提供必要的信息。本章将详细介绍各类在数控机床电气控制系统中常见的传感器及其应用。 我们将涵盖以下几种重要的传感器类型： 位置检测传感器： 限位开关、行程开关、接近开关（电感式、电容式、磁性式、光电式），它们如何用于检测轴的极限位置、工件的到位情况等。 速度与位移传感器： 编码器（已在第四章详细介绍，此处可作为补充或回顾），以及用于直线运动的传感器。 力与压力传感器： 压力传感器（用于检测液压、气压）、力传感器（用于碰撞检测、切削力监测）。 温度传感器： 用于监测电机、轴承、电气柜等关键部件的温度。 其他传感器： 如液位传感器（用于冷却液、润滑油）、流量传感器等。 本章将分析不同类型传感器的选型依据，例如工作环境、测量精度、响应速度、输出信号类型（开关量、模拟量）等。同时，还将探讨传感器信号的输入方式（直接输入、通过I/O模块）以及常见的故障模式和排除方法。 第六章：数控机床电气控制系统的布线与接地 合理的布线和可靠的接地是确保数控机床电气控制系统稳定运行、抗干扰和安全的重要基础。本章将提供详细的布线规范和接地原则。 我们将从以下几个方面进行讲解： 电缆选型： 根据电气元件的功率、信号类型、工作环境等，选择合适的电源线、控制线、屏蔽线、数据线等。 线缆敷设： 讲解动力线与信号线的隔离、强电与弱电的分离、走线路径的优化，以减少电磁干扰。 端子排与连接： 介绍端子排的选用、接线规范，以及各种连接方式（如压接、焊接）的应用。 电气柜布局： 讲解电气柜内部元件的合理布局、散热设计、安全距离等。 接地系统： 详细阐述数控机床电气控制系统的接地要求，包括工作接地、保护接地、安全接地，以及接地电阻的要求。讲解各种接地方式（一点接地、多点接地）的优缺点及其适用场景。 屏蔽与滤波： 介绍屏蔽电缆的使用、屏蔽层接地方法，以及滤波器的选择和安装，以提高系统的抗干扰能力。 本章还将强调遵循相关的电气安全标准和行业规范，确保系统的安全性和合规性。 第七章：数控机床电气故障诊断与排除 在数控机床的实际运行过程中，电气故障的发生不可避免。本章将系统地介绍数控机床电气故障的诊断思路、方法和常用的排除技巧。 我们将按照故障的类型和来源，提供一套系统性的诊断流程： 故障现象分析： 如何根据报警信息、机床行为异常等，初步判断故障的可能原因。 故障诊断工具： 介绍万用表、示波器、兆欧表、PLC编程软件的监控功能、CNC系统的诊断画面等工具的使用。 常见故障类型与诊断： 电源类故障： 电源电压异常、缺相、短路等。 控制系统故障： CNC系统故障、PLC程序错误、通信中断等。 伺服系统故障： 电机过载、编码器故障、驱动器报警、位置精度下降等。 传感器故障： 开关量传感器不响应、模拟量信号漂移等。 线路故障： 断线、短路、接触不良、绝缘损坏等。 机械与电气联动故障： 如限位开关未触发导致程序无法运行。 排除步骤与注意事项： 针对不同故障，提供详细的排除步骤，强调安全操作规程，如断电操作、标记重要线路等。 预防性维护： 介绍如何通过定期检查、清洁、紧固等方式，预防电气故障的发生。 本章将结合实际工程案例，深入剖析典型故障的产生原因和解决过程，帮助读者积累丰富的故障排除经验。 第八章：数控机床电气控制系统的维护与保养 数控机床电气控制系统的长期稳定运行离不开系统的日常维护和保养。本章将系统介绍数控机床电气控制系统的维护策略和具体操作。 我们将从以下几个方面展开： 日常检查： 讲解定期对电气柜、线缆、连接器、风扇、过滤器等进行外观检查，及时发现异常。 清洁与除尘： 强调保持电气元件和电气柜内部的清洁，防止灰尘和油污影响元件性能和散热。 紧固与润滑： 定期检查电气连接的紧固情况，必要时进行紧固；对活动部件进行适当的润滑。 参数备份与恢复： 讲解CNC系统、PLC系统、伺服驱动器等关键参数的备份策略，以及在系统故障后如何进行参数恢复。 易损件的更换： 识别和管理易损件，如接触器触点、某些传感器、风扇等，并制定合理的更换周期。 软件与固件更新： 介绍在必要时对CNC系统、PLC系统、驱动器固件进行更新的流程和注意事项。 环境因素的控制： 强调保持操作环境的温度、湿度、洁净度在适宜范围内，以延长电气元件寿命。 记录与台账管理： 建立详细的维护记录，包括检查内容、发现问题、处理结果、更换部件等，为故障分析和性能评估提供依据。 通过系统性的维护和保养，可以显著提高数控机床的可靠性，减少非计划停机时间，延长设备使用寿命。 本书以清晰的逻辑结构、详实的理论阐述和丰富的工程实例，力求为广大从事数控机床设计、制造、维修、操作及相关领域的技术人员、工程师、以及高等院校相关专业学生提供一份有价值的学习资料和实践指导。本书的编写旨在培养读者独立分析和解决数控机床电气控制问题的能力，从而更好地适应现代制造业对高素质技术人才的需求。

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总的来说，这是一本非常扎实且具有前瞻性的教材。它成功地在“电工技术”的严谨性和“数控应用”的实用性之间找到了一个完美的平衡点。如果说市面上很多教材侧重于告诉你“如何连接”，这本书则更专注于教你“为何这样连接”以及“连接后机床会发生什么”。它对数控技术应用类读者的定位非常精准，即那些需要理解电气控制系统如何驱动和优化复杂自动化流程的人群。我发现，即便是对于那些已经接触过一些PLC编程的人来说，这本书对底层电气原理的回归与深入分析，也能帮助他们修正过去一些基于经验主义而形成的错误认知。它不是一本速成的工具书，而是一部需要耐心研读的“内功心法”。读完之后，我感觉自己对机床控制系统的“心脏”和“神经”有了更深层次的理解，对未来面对更高级的自动化系统充满了信心，这绝非一本普通的入门读物能够给予的。

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这本名为《机床电气控制基础（数控技术应用类）》的书籍，我带着对数控技术领域的好奇和学习的热情翻开了它。坦率地说，我对市面上那些过于理论化、充斥着晦涩难懂公式和抽象概念的教材已经有些畏惧了。然而，这本书的开篇就给了我一种截然不同的感受。它没有直接把我拉入复杂的电路图或PLC编程的泥潭，而是从一个更宏观的角度——工业自动化的历史沿革和现代制造业的转型——娓娓道来。作者似乎非常懂得初学者的心理，用生动的案例和清晰的图示，勾勒出了电气控制在机床升级换代中所扮演的核心角色。我尤其欣赏其中对于传统继电器控制向现代可编程控制器（PLC）过渡的叙述，那种历史的必然性和技术迭代的逻辑性被阐述得淋漓尽致。它不是简单地介绍“这是什么”，而是深入挖掘了“为什么会是这样”，让我对整个学科的脉络有了初步而坚实的认识。对于那些希望系统性构建知识框架，而非仅仅应付考试的读者来说，这种由浅入深的引导方式无疑是极其宝贵的“引路灯”。它让我明白，学习电气控制不仅仅是关于电线和元件，更是关于如何用电气语言来指挥机械“思考”和“行动”的艺术。

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从排版和学习体验的角度来看，这本书也做出了不少人性化的设计。首先，每一章节末尾的“自测与实践建议”板块，都不是那种敷衍的填鸭式提问，而是常常包含一些需要读者结合实际图纸或仿真软件进行的小型设计任务。这迫使我必须将书本上的知识立即转化为动手能力，极大地巩固了学习效果。其次，书中的插图质量极高，清晰度一流，而且很多电路图都是彩色的，这对于区分信号线、电源线和地线等关键要素至关重要，有效避免了阅读时因线路过于密集而产生的视觉疲劳和判断失误。更难能可贵的是，作者在正文之外，还穿插了一些关于行业标准（如电气安全规范）的提示，这些虽然不是核心控制理论，但对于一名合格的工程技术人员来说，却是不可或缺的职业素养。这种对细节的关注和对行业规范的尊重，使得整本书的专业性又上了一个台阶，让人感觉编写者不仅是理论专家，更是深谙工厂实践的行家。

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这本书的精髓，我认为体现在它对“数控”这一前沿领域的衔接处理上。在打下了扎实的电气控制基础后，作者非常自然地将笔锋转向了数控系统的核心——数控编程与系统集成。令人惊喜的是，这种过渡处理得非常平滑，没有突兀感。书中对于G代码和M代码的讲解，简直可以称得上是“庖丁解牛”式的清晰。它没有满足于罗列代码含义，而是深入解析了这些代码是如何被系统解释、最终转化为伺服电机精确运动指令的全过程。我尤其欣赏书中对于“坐标系”概念的阐述，无论是绝对坐标还是增量坐标，作者都通过具体的加工路径模拟图来帮助读者建立空间想象力，这对于理解复杂的五轴联动路径规划至关重要。对于一个希望从传统操作工转型为数控工程师的人来说，这本书提供的不仅是知识点，更是一种系统思维的培养——如何将一个工程设计目标，拆解、翻译并最终实现为精确的机器动作序列。这种从底层逻辑到上层指令的完整闭环构建，是这本书最让我感到“物超所值”的地方。

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深入阅读这本书的中间部分，我对它在基础概念讲解上的严谨和细致留下了深刻印象。比如，在讲解传感器和执行器的原理时，作者并没有采取那种教科书式的、干巴巴的定义堆砌，而是花了大量的篇幅来剖析不同类型传感器（如光电式、电感式、编码器）在实际机床工作环境中的适用性、优缺点以及抗干扰能力。这种“实战导向”的讲解方式，极大地提升了我的阅读兴趣和理解深度。我感觉自己不是在读一本理论书，而是在一位经验丰富的技师的指导下，拆解和组装一台虚拟的数控机床。特别是关于伺服驱动系统和变频调速的部分，那些原本在我脑海中模糊不清的反馈回路、脉冲指令的传递过程，在图文并茂的解析下变得清晰可见。书中对不同品牌、不同代际的驱动器特性对比分析也十分到位，这对于将来我们面对实际生产线上的异构设备时，无疑是一个巨大的知识储备。它教会我不仅要知晓原理，更要懂得在复杂的工业现场中如何进行快速的故障排查和参数优化。

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