数控车床电气控制原理解析及维修实例
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【摘 要】摘要：详细阐述了沈阳华中数控CAK36S型数控车床主要电路的电气控制原理，包括整机框图控制原理、系统启动控制电路、急停控制电路、伺服驱动控制电路、输入输出端口控制电路和系统整机上电过程等；列举了“急停”和“伺服驱动器不能上电”两种故障实例，详尽论述了故障排除的思路与过程。 【期刊名称】金属加工：冷加工 【年(卷),期】2015(000)011 【总页数】5
随着制造业的发展，数控机床日益普及，然而，维修人员的紧缺成为制约数控技术发展的“瓶颈”，特别是数控机床的维修涉及机械、电气、液压、气动及计算机等多门学科知识，令初学者“望而却步”。数控机床故障发生率较高的还是“电气故障”，笔者结合自己多年从事数控机床维修和教学的实际经验，以沈阳“华中”数控车床为例，对其控制原理做一些剖析与讲解，并列举两例维修实例加以说明，以便维修初学者快速入门。
1. 数控机床电气控制组成框图及工作原理
数控机床电气控制组成框图如图1所示，主要由CNC数控系统，X、Z及主轴驱动模块与其反馈检测装置，PLC控制模块，输入输出（I/O）信号接口模块，相关的键盘、显示与通信控制等电路组成。
工作过程：用户首先通过手工或自动编程的方式，将工件的几何、工艺信息编制成机床所能识别的加工程序，然后由输入装
置将其输入至数控系统，数控系统将指令经过译码运算、处理，根据指令描述轮廓的信息，把其转换成相应主轴、伺服轴位置轮廓的驱动信号，随后再经过各轴的伺服驱动、放大，驱动执行装置（电动机），转换成对应的旋转或直线运动，同时通过反馈检测环节的检测，配合“现场”信号的状态，对输出控制信号不断加以及时调整、修正，最终使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照程序规定的加工顺序、轨迹和参数有条不紊地工作，从而加工出零件的预定轮廓。
2. 机床电气控制电路组成与原理
本文以沈阳华中数控系统CAK36S型数控车床为例，详细介绍其主要部分电路的控制原理（限于篇幅，主轴控制电路、刀架控制电路等，将在后续的文章中陆续介绍）。
（1）系统启动控制电路。启动电路主要完成数控系统及外围电路的自检与上电工作。数控机床的启动电路如图2所示，主要由启动按钮SB2，停止按钮SB1，启动继电器KA0等组成。
工作过程：当机床总电源的空气开关闭合后，24V电源将有输出，此时按下启动按钮SB2，KA0通过SB1常闭触点通电并自锁，同时KA0主触点接通数控系统的24V电源，I/O端子板、伺服驱动等24V所需电源，为后续的启动做必要的条件准备。其中，并接在KA0两端的二极管是在KA0断开的瞬间提供感应高压的泄放回路，即起到“续流”的作用，从而保护了与KA0继电器线圈相连的外围电路（尤其是数控系统，后续电路同）。
（2）急停控制电路。急停回路的设置是当机床处于“紧急”状况下，系统能够立即处于“急停”状态，以防事故进一步扩大，操作人员按下“急停”按钮和系统根据“现场”情况可以进入“急停”状态。进入“急停”状态后，数控机
床的主轴、伺服轴立即紧急制动并迅速断电，且处于“锁死”状态，直到故障排除或“急停”状态解除。
急停控制电路如图3所示，其中，SB7为“超程解除”按钮，Q3～Q6分别为Z轴+Z向、-Z向，X轴+X向、-X向超程限位开关，QF0为主轴电动机散热风扇的空气开关辅助触点，以确保主电动机风扇通电的情况下才可正常启动系统。另ES1和ES3引脚之间是外接“急停按钮”。
工作原理：当X、Z轴的行程在规定的“有效区域”，即Q3～Q6任意一个行程开关没有被压下，致使其断开，操作面板的“急停按钮”未被按下（按下后断开），同时主电动机散热风扇通电（电动机可以很好的散热，不会被烧毁），此时，KA28继电器方可通电，主触点闭合（连接至图5输入端口板的X2.4），“允许运行”信号有效。
当Q3～Q6其中任意一个行程开关一旦被压下（即X、Z轴在任意一个方向超程）或QF0断开，KA28继电器都会断电，“允许运行”信号无效，系统处于“急停”状态。
“超程解除”按钮是当X、Z轴在任意一个方向超程时，为了使系统“解除急停”状态，可以通过手动按下操作面板上的“超程解除”按钮，强制使KA28通电，“允许运行”信号有效，机床处于“临时正常”状态，而此时按下对应超程轴的反方向运动手动按钮，可使超程轴移动至“有效区域”，行程开关被“松开”后，系统的“急停”状态被解除（即使松开“超程解除”按钮）。 （3）伺服驱动电路。伺服驱动的主要功能是接受数控系统的基本指令信息，并对功率进行提升，从而通过进给机构，把数控系统的“基本命令”转换成“对 应的动作”。对伺服驱动的基本要求是“稳定性”、“准确性”和“快速性”，
数控车床电气控制原理解析及维修实例
