机床电气控制技术（第2版）

第1章 绪论 1

1.1 机床电气自动控制系统的作用及发展趋势 2

1.1.1 机床电气自动控制系统的作用 2

1.1.2 机床电气自动控制系统的发展趋势 2

1.2 机床电气自动控制系统 6

1.2.1 电气控制系统的组成 6

1.2.2 机床电力拖动自动控制系统 7

1.3 课程内容要求 9

1.4 思考与练习 9

第2章 机床常用低压电器 10

2.1 低压电器的基本知识 11

2.1.1 低压电器的分类 11

2.1.2 常用低压电器 11

2.1.3 常用低压电器的发展 12

2.2 低压电器的基本结构 13

2.2.1 电磁机构 14

2.2.2 触点系统 15

2.2.3 灭弧系统 15

2.3 熔断器 17

2.3.1 熔断器的结构和分类 17

2.3.2 熔断器的主要参数 18

2.3.3 熔断器的类型选择 18

2.3.4 快速熔断器 19

2.4 低压隔离器 20

2.4.1 低压刀开关 20

2.4.2 熔断式刀开关 22

2.4.3 组合开关 23

2.5 主令电器 24

2.5.1 控制按钮 24

2.5.2 行程开关 26

2.5.3 万能转换开关 29

2.5.4 主令控制器 30

2.6 接触器 31

2.6.1 接触器的结构及工作原理 31

2.6.2 接触器的主要技术参数 32

2.6.3 常用接触器的主要技术数据 34

2.6.4 接触器选用原则 36

2.7 继电器 36

2.7.1 电磁式继电器 37

2.7.2 时间继电器 39

2.7.3 热继电器 43

2.7.4 速度继电器 46

2.8 低压断路器 47

2.8.1 低压断路器的结构及工作原理 47

2.8.2 低压断路器的常用类别 48

2.8.3 低压断路器的主要参数和技术数据 48

2.8.4 低压断路器的控制特性 50

2.8.5 低压断路器的选择及使用注意事项 50

2.9 主要电气元件故障诊断与维修 51

2.9.1 电磁式电器共性故障诊断与维护 51

2.9.2 常见电器故障诊断与维修 52

2.10 本章小结 55

2.11 思考与练习 56

第3章 常用电动机应用基础 57

3.1 直流电动机应用基础 58

3.1.1 直流电动机的基本结构及工作原理 58

3.1.2 直流电动机的基本方程 66

3.1.3 直流电动机的机械特性 68

3.1.4 直流电动机的电气控制原理 71

3.2 异步电动机应用基础 78

3.2.1 异步电动机的结构、类型及工作原理 79

3.2.2 三相异步电动机的机械特性 85

3.2.3 异步电动机的启动、调速及制动控制 92

3.3 步进电动机 98

3.3.1 步进电动机的工作原理 98

3.3.2 步进电动机的静态指标术语 100

3.3.3 步进电动机的应用 100

3.4 伺服电动机 100

3.4.1 直流伺服电动机 101

3.4.2 交流伺服电动机 102

3.5 本章小结 104

3.6 思考与练习 104

第4章 基本电气控制电路 105

4.1 控制电路的图形、文字符号及绘图原则 106

4.1.1 常用电器的图形符号和文字符号 106

4.1.2 电气控制线路原理图的绘图规则 106

4.1.3 电气控制图的分类 108

4.1.4 电气图阅读的基本方法 109

4.2 典型基本控制电路 110

4.2.1 点动与连续控制电路 110

4.2.2 正/反转控制电路 112

4.2.3 位置控制 115

4.2.4 其他控制电路 118

4.3 直流电动机的基本控制电路 121

4.3.1 直流电动机的励磁方式 121

4.3.2 他励直流电动机的启动控制 123

4.3.3 直流电动机的调速控制 125

4.3.4 他励直流电动机正/反转控制电路 131

4.3.5 直流电动机的制动控制 133

4.3.6 直流电动机的保护 135

4.4. 三相交流异步电动机基本控制电路 135

4.4.1 三相鼠笼式电动机的启动控制 135

4.4.2 三相绕线式异步电动机降压启动控制 139

4.4.3 三相异步电动机的正/反转控制 142

4.4.4 三相异步电动机的制动控制 144

4.4.5 交流电动机多地及顺序控制 147

4.5 本章小结 149

4.6 思考与练习 149

第5章 计算机数控（CNC）系统 150

5.1 概述 151

5.1.1 数控机床电气控制系统的总体结构 151

5.1.2 CNC系统的基本功能 151

5.2 数控系统的硬件 153

5.2.1 CNC系统的硬件组成 153

5.2.2 CNC系统各组成部分工作原理 154

5.3 数控系统的软件 158

5.3.1 CNC系统的软件功能 158

5.3.2 CNC系统软件功能的实现 158

5.3.3 CNC系统的软件结构 161

5.4 本章小结 162

5.5 思考与练习 162

第6章 数控机床进给伺服系统 163

6.1 概述 164

6.1.1 数控机床伺服系统概述 164

6.1.2 数控机床伺服系统的分类 165

6.2 步进电动机的驱动控制 167

6.3 直流伺服电动机的驱动控制 171

6.4 交流伺服电动机的驱动控制 174

6.4.1 交流伺服系统简介 174

6.4.2 SPWM变频控制器 174

6.4.3 交流伺服驱动器的信号连接 175

6.5 数控机床检测装置 176

6.5.1 光栅传感器 177

6.5.2 脉冲编码器 178

6.5.3 感应同步器 180

6.6 本章小结 183

6.7 思考与练习 183

第7章 数控机床主轴驱动及控制 184

7.1 概述 184

7.1.1 数控机床对主轴系统的要求 185

7.1.2 主轴系统的分类 186

7.2 主轴驱动器的工作原理 187

7.3 主轴分段无级调速及控制 190

7.3.1 概述 190

7.3.2 自动换挡的控制 191

7.3.3 齿轮自动换挡的操纵机构 192

7.4 主轴准停控制 193

7.4.1 概述 193

7.4.2 机械准停控制 194

7.4.3 电气准停控制 195

7.5 主轴驱动器与CNC的连接 198

7.6 本章小结 199

7.7 思考与练习 200

第8章 可编程控制器及其应用 201

8.1 PLC的概述 202

8.1.1 PLC的定义 202

8.1.2 PLC的产生和发展 202

8.1.3 PLC的特点和应用 204

8.1.4 PLC的分类 206

8.2 PLC的组成及工作原理 208

8.2.1 PLC的基本组成 208

8.2.2 PLC的工作原理 212

8.3 PLC的指令系统 215

8.3.1 PLC的编程语言 215

8.3.2 PLC的基本指令 216

8.3.3 PLC的功能指令 227

8.3.4 逻辑运算指令 231

8.3.5 传送指令 232

8.3.6 移位和循环移位指令 233

8.3.7 数据转换指令 236

8.3.8 编码和译码指令 237

8.4 PLC的程序设计 238

8.4.1 软件设计概述 238

8.4.2 梯形图和语句表编程简介 240

8.4.3 PLC应用程序编制举例 242

8.5 数控系统内置PLC 246

8.5.1 数控系统内置PLC概述 246

8.5.2 FANUC数控系统的内置PLC 247

8.5.3 西门子CNC的内置PLC 257

8.6 本章小结 260

8.7 思考与练习 260

第9章 典型机床电气控制 262

9.1 卧式车床电气与PLC控制 263

9.1.1 卧式车床主要结构 263

9.1.2 卧式车床的运动形式及控制要求 263

9.1.3 卧式车床电气原理图分析 264

9.2 卧式镗床电气与PLC控制 267

9.2.1 卧式镗床主要结构 268

9.2.2 卧式镗床的运动形式及控制要求 268

9.2.3 卧式镗床电气原理图分析 269

9.3 平面磨床电气控制 271

9.3.1 平面磨床主要结构 272

9.3.2 平面磨床的运动形式 272

9.3.3 平面磨床的电气与PLC控制 273

9.4 立式加工中心的电气与PLC控制 276

9.4.1 立式加工中心的结构 276

9.4.2 立式加工中心的运动形式及控制要求 277

9.4.3 立式加工中心的电气与PLC控制分析 278

9.5 本章小结 283

9.6 思考与练习 283

第10章 机床电气与PLC控制系统设计 284

10.1 机床电气控制系统设计的基本内容和一般原则 285

10.1.1 机床电气控制系统设计的基本内容 285

10.1.2 机床电气控制线路设计的一般原则 285

10.1.3 机床电气控制线路设计方法 286

10.2 机床进给系统设计 287

10.2.1 伺服电动机的基本选择 287

10.2.2 伺服进给系统的稳态设计 288

10.2.3 伺服进给系统的动态设计 294

10.3 机床电气控制系统工艺设计 298

10.3.1 机床电气设备总体配置设计 298

10.3.2 机床电气元件布置图的设计及电器部件接线图的绘制 298

10.3.3 清单汇总和说明书的编写 299

10.4 机床PLC控制系统设计 299

10.4.1 机床PLC控制系统设计的基本原则 300

10.4.2 机床PLC控制系统设计的基本内容 300

10.4.3 机床PLC控制系统设计的一般步骤 300

10.5 本章小结 301

10.6 思考与练习 302

第11章 机床电气与PLC控制的实践环节 303

11.1 基本实验 304

11.1.1 低压电器的认识实验 304

11.1.2 三相异步电动机 -△降压启动及正/反转控制 306

11.1.3 三相异步电动机能耗制动控制 307

11.1.4 三相异步电动机变频调速控制 308

11.1.5 直流电动机的调速实验 309

11.1.6 可编程控制器的控制实验 311

11.1.7 步进电动机的调速控制实验 312

11.2 三相异步电动机的基本拆装实习 313

11.2.1 异步电动机的拆卸 313

11.2.2 电动机的装配 314

11.3 机床电气与PLC控制的综合设计部分 314

11.3.1 低压电器控制设计 314

11.3.2 用可编程控制器对异步电动机可逆运行控制实验 315

11.3.3 利用可编程控制器设计抢答器 317

11.3.4 人行道按钮控制交通灯程序设计实验 320

11.3.5 典型机床电气与PLC控制设计 321

附录A 常用电器图形符号 323

附录B 常用电器文字符号 327

附录C 《机床电气控制技术》专业词汇中英文对照 329

参考文献 330

本书从机床电气自动控制的原理和应用出发，把握典型机床的电气自动控制系统的应用特点，讲解了相应的数控系统的原理。本书系统地介绍了常用低压电器、常用电动机的应用基础、电气控制的基本控制电路、CNC、各种电动机驱动器、可编程控制器以及典型机床的电气与PLC控制等内容。 本书特点：首先，基础知识讲解透彻，介绍了机床电气控制的基础知识、基本控制电路及控制系统等；其次，本书以机电控制为主线，系统全面地介绍机床电气控制的相关知识，对于学习机床电气控制及其具体应用有很大帮助。同时为教学需要，第11章进行典型的实验指导，便于教师教学与学生实践。

随着世界制造业向中国转移，制造设备控制技术的不断发展，需要一批高质量的专业书籍，以指导和帮助工程技术人员及在校学生了解机床设备的控制技术。

《机床电气控制技术（第2版）》主要根据电气控制的基本要求和实践需要编写，介绍机床继电器接触器控制、电器元件的原理、结构和符号及元件的选用、机床电气控制的基本环节、典型机床设备电气控制线路分析、控制线路设计。同时介绍设备控制系统中的可编程序控制器，由于 PLC在国内应用的型号较多，考虑工作过程的实际情况，本书主要介绍FX2N 系列、OMRON和SIMATIc S7—200系列的可编程序控制器，随着数控技术的不断应用，《机床电气控制技术（第2版）》也介绍了数控机床的电气控制线路的特点并进行了分析。

《机床电气控制技术（第2版）》可作为高等院校机电类、电气电子类、智能楼宇类等专业的教材，也可供从事机床设备电气控制的工程技术人员参考。

本书从教学角度出发，兼顾实际工程应用，系统地介绍了机床电气控制技术、PLC的原理和应用、电力拖动直流和交流调速技术等内容。全书由四部分组成，共6章。第一部分由第1、2章组成，介绍了电气控制中常用的低压电器、电气控制电路的基本环节、典型电气控制系统的分析与设计方法并提供了工程实例。第二部分由第3、4章组成，介绍了PLC的基本结构和工作原理，以欧姆龙C系列、三菱FX2N系列产品为典型机型，分别详解了它们的基本指令，对西门子S200系列产品作了简单介绍，结合工程实例对采用PLC的控制系统给出了分析与设计方法。第三、第四两部分分别由第5、6章组成，重点介绍直流、交流调速系统基本构成原理及工程应用。每章后附有思考与练习，以便于学生自学。

• 课程资源

《机床电气控制技术与技能》配套建设有“机床电气控制技术与技能”数字课程，数字课程内容与纸质教材一体化设计，包括电子教案和演示文稿 。