机床电气自动控制

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前言

本书第一版自2003年出版以来，受到了广大师生的欢迎和好评，第二版仍然以机床电气自动控制的应用和维修为主线，突出应用能力的培养，具有较强的应用特色。① 器件内容侧重于常用器件的外部接口、特性、选择和使用注意事项，简化了内部结构和原理；系统内容结合模块化器件的应用，突出模块化器件接口、系统连接、控制方法和系统性能。② 在各章中穿插了电气图识图制图、器件的选择、控制电路设计、可编程控制器控制系统设计等方法，并详细阐述了各种电动机模块化控制器件的接口定义、连接和调试，可以很好地满足课堂训练、课程设计和毕业设计的需要。③ 实践性内容的编写注重训练课题要求及训练思路，便于各院校根据自身的设备仪器条件组织教学，有助于强化实践动手能力的培养。全书共分十二章。第一章阐述了现代机床的组成和作用，介绍了电力拖动和电气自动控制系统的组成及发展过程；第二章描述了电力拖动系统运动方程及各种运动的实现，介绍了多轴电力拖动系统的折算方法；第三章介绍了常用电动机的结构及其简单工作原理，并重点阐述了常用电动机的启动、调速、制动方法及相关特性；第四章介绍了机床常用低压电器的结构、原理、选择和使用注意事项；第五章从三相异步电动机的启动、调速、制动出发，介绍了继电接触器控制的基本控制环节和简单电路设计方法；第六章简单介绍了电气图的识图和制图方法，对典型机床的结构、工作过程、控制原理进行了较详细的分析，并介绍了机床简单故障的分析、诊断和维修方法；第七章介绍了可编程控制器的结构、原理、指令系统，并以实例阐述了可编程控制系统的设计、编程和实现；第八章介绍了自动控制的相关基础；第九章介绍了步进电动机控制系统的组成原理、步进电动机驱动器的接口定义与应用；第十章介绍了直流电动机调速系统的组成、原理和工作特性；第十一章介绍了异步电动机的变频调速控制系统组成原理、变频器接口定义及应用；第十二章分析了位置随动控制系统的组成原理，阐述了位置随动控制系统性能对加工的影响，并介绍了交流伺服电动机驱动模块的接口定义和应用。本书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，也可作为职工的培训和自学教材，还可供从事机床电气自动控制的技术人员参考。本书由廖兆荣担任主编，并编写了第一章、第二章、第三章、第四章、第九章；第五章、第六章由王玺珍、陈顺科编写；第七章由方宁编写；第八章、第十章、第十一章、第十二章由方忠明、杨旭丽编写。本书由唐松如担任主审，提出了许多宝贵的修改和补充意见，特在此表示感谢。编者2010年6月第一版前言本书是根据全国高职教育协作会专业课指导委员会数控加工技术专业教材编写要求编写的。教材的编写按“一条主线，两个原则”的基本要求编写。“一条主线”是内容取舍始终围绕机床电气自动控制的应用主线，体现高职的应用性特色。“两个原则”一是体现了以实例为核心，概念原理及元器件尽量结合图表和简单实例的原则；二是体现了以学生为主体，系统及综合应用循序渐进，从简单到复杂的原则。在教材的编写形式、语言文字等方面，也充分考虑了学生的思维特点，便于学生复习和自学。本书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，系统地介绍了机床的电气控制、调速控制、步进电动机控制和可编程序控制器(PC)应用。在理论上只求必须、够用，突出应用能力的培养，介绍了机床常用低压电器、常用电动机应用基础、电气控制基本环节、典型机床电气控制、可编程控制器及应用、自动控制基础、步进电动机控制、直流调速控制系统、交流调速控制系统、位置随动控制系统。全书具有内容实用、全面，注重应用，适用性广等特点。① 在常用低压电器中增加了压力传感器、速度传感器、接近开关、电磁铁、电磁阀、电磁离合器、电磁制动器等实际应用较多的电器内容；将直流电动机、交流电动机、步进电动机的结构和应用作了简单概括，便于前后的应用联系；在典型机床电气控制第一节介绍了电气图识图方法，有利于教学的组织；针对控制器件的模块化发展方向，介绍了应用较多的常用步进电动机驱动模块及其应用、常用变频器及其应用、常用位置控制单元及其应用等新技术。② 在器件类内容的编写中，简化器件内部结构和原理，突出其输入输出接口定义和外部应用特性，体现了高职的应用性教学特色。③ 实验内容的编写只考虑实验课题要求及思路，尽量不涉及具体的实验设备和操作步骤，便于各院校组织教学，提高学生的主动性，有助于学生素质的培养。④ 本书的电气控制线路的图形符号和文字符号，均按最新国家标准绘制和标注。本书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的教材，也可作为职工培训、自学教材，对从事机床电气自动控制的技术人员也有重要的参考价值。本书由廖兆荣担任主编，并编写了第一章、第四章、第八章第五节、第十章第四节和第十一章。第二章第一节及第九章由于丹编写，第二章第二节由赵继永编写，第二章第三节及第八章由罗庚合编写，第三章由蒋仕博编写，第五章由孔杰编写，第六章由迟之鑫编写，第七章由汤光华编写，第十章由蒋正炎和赵继永共同编写。本书由唐松如担任主审，提出了许多宝贵的修改和补充意见，特在此表示感谢。编者2003年4月

书籍目录

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120C6140型车床常见电气故障分析与维修实训124X62W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

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《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。

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《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。

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