CJK6132数控车床的电器安装与调试毕业设计论文.pdf

广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 1 广州工程技术职业学院毕业设计（论文）广州工程技术职业学院毕业设计（论文） 广州工程技术职业学院广州工程技术职业学院 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 论文题目：论文题目：CJK6132 数控车床的电器安装与调试数控车床的电器安装与调试 系系( 院院)：机 电 工 程 系 专业班级专业班级:08 数控技术（2）班 学生姓名：学生姓名：学号学号 指导教师：指导教师：完成日期：完成日期： 2009.12.30 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 2 广州工程技术职业学院毕业设计（论文）任务书广州工程技术职业学院毕业设计（论文）任务书 姓名学号毕业届别2011 年专业数控技术 毕业设计（论文）题目CJK6132 数控车床的电器安装与调试 指导教师学 历大学专科职称 指导教师学 历大学本科职称 具体要求：具体要求： 1、根据企业市场需求,指导教师所给定的和自己选定的CJK6132 数控车床的电器安装 与调试课题。 2、搜集 CJK6132 数控车床的电器安装与调试所需设计资料和相关手册。 3、根据数控机床故障诊断与维修培训资料，对 CJK6132 数控机床进行电器安装，机械 拆装，机床几何精度，定位精度，切削精度进行调试。 4、按照车床说明书进行安装与调试。 进度安排：进度安排： 1、2009 年 8 月 29 日至 9 月 23 日确定课题并搜集相关资料与手册。 2、2009 年 10 月 23 日至 11 月 23 日在老师指导下进行对 CJK6132 数控机床的电器 安装与调试有关培训。 3、2009 年 11 月 24 日至 12 月 3 日数控车床电气元件的介绍与安装方法。 5、2009 年 12 月 12 日至 12 月 20 日数控车床各方面精度调试与参数设置。 4、2010 年 11 月 11 日至 11 月 11 日数控车床机械拆装方法。 4、2010 年 11 月 11 日至 11 月 11 日数控车床故障诊断与车床维修。 6、2009 年 12 月 21 日至 12 月 25 日指导教师审核全部设计资料。 7、2009 年 12 月 25 日至 12 月 30 日修改并打印全部设计资料。 指导教师签字： 年月日 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 3 专业组长意见： 专业组长签字： 年月日 题目发出日期设计（论文）起止时间 附注： 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 4 广州工程技术职业学院学生开题报告书广州工程技术职业学院学生开题报告书 课题名称CJK6132 数控车床的电器安装与调试 课题来源教师指定课题类型AX 指导 教师 学生姓名学 号专 业数控技术 开题报告内容： 方法及预期目的： 指导教师签名：日期： 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 5 目目录录 摘要摘要 6 6 关键词关键词 6 6 1 1前言前言 2 2 数控车床的电气原理图数控车床的电气原理图 2.12.1 主电路原理图主电路原理图3# 2.22.2 控制电路原理图控制电路原理图# 2.32.3 信号电路原理图信号电路原理图# 3 3数控车床的电气安装连接数控车床的电气安装连接 3.13.1 电气元件选型与功能电气元件选型与功能# 3.23.2 各元件布局各元件布局 3.33.3 各功能电路组装与测试各功能电路组装与测试# 可分主轴电路，冷却液电路，刀架电路等。 4 4 数控车床的电气系统与精度调试数控车床的电气系统与精度调试 # 4.14.1 系统相关参数调试系统相关参数调试# 4.24.2 数控车数控车床的基本性能检测床的基本性能检测# 4.34.3 数控车床的精度检测数控车床的精度检测# 6 6结束语结束语 参考文献参考文献 数控车床的电气原理图数控车床的电气原理图 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 6 可分为：主电路，控制电路，信号电路。可分为：主电路，控制电路，信号电路。 2.1 电路工作原理分析电路工作原理分析 1 主电路（如图主电路（如图 23） 当空气开关闭合时，380V 三相电压从外端输入，经过熔断器分两路，一路经交流接 触器 KM0 主触头流经到隔离变压器的输入端，经隔离变压器进行电压转换，得到 220V 电压为驱动器和系统供电。另一路分别为主轴电机，刀架电机，水泵电机和控制变压器等 供电。异步交流主轴电机如果要实现正反转，高低速和制动等功能时，我们通过相关的交 流接触器主触头的通断进行控制，如 KM1 主触头的通断为实现正转功能； KM2 主触头 的通断为实现反转功能； KM3 主触头的通断为实现低速功能； KM4，KM5 主触头的通 断为实现高速功能；KM6 主触头的通断为实现制动功能； KM7 主触头的通断为实现水 泵功能； KM8 主触头的通断为实现刀架正转功能和 KM9 主触头的通断为实现刀架反转 功能。 2 控制电路（如下图）控制电路（如下图） 从控制变压器出来的 110V 的电压经熔断器来到电源关按钮，当电源开按钮按下时， 该电压经过三个空气断路器的辅助的常闭开关加到交流接触器KM0的线圈使KM0的辅 助常开开关闭合实现自锁，使 KM0 线圈一直工作，从而使主电路的 KM0 的主触头一直 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 7 闭合， 系统和驱动器上电工作。 而 KM1 线圈要是得电工作， 必须 KA1 的常开开关闭合， 从 KA1 线圈受控于 CNC 的主轴正转信号，即是当 CNC 有主轴正转信号输出时，KA1 线圈得电而使控制电路的 KA1 的常开开关闭合， 进而 KM1 线圈要是得电工作， 这样主 电路的 KM1 的主触头就闭合实现主轴正转功能。从 KM2 和 KM6 的辅助常闭开关串联 在 KA1 的常开开关和 KM1 线圈的中间实现主轴功能之间的互锁。 3 信号电路信号电路 (图图 25) 电脑回路主要是 CNC 输出的机床侧控制信号和机床侧输入到 CNC 的检测信号。输 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 8 出的信号一般包括主轴正反转，主轴高低速，主轴制动信号；刀架正反转信号； 水泵开信号。从电脑出来的信号通过中间继电器线圈和+24V 电压形成回路。当有有 效信号时，电脑输出低电平，中间继电器线圈有电流经过动作，它的开关闭合使控 制电路的交流接触器的线圈上电，从而实现主电路的控制。 3.13.1 电气元件选型与功能电气元件选型与功能 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 9 熔断器熔断器（FUFU） 熔断器属于保护类电器元件，若电路中正确地安置了熔断器，那么，它们就会在电流异 常升高到一定的程度的时候，通过自身熔断而切断电流，起到保护电路安全运行的作用。 熔断器是根据电流超过规定值一定时间后， 以其自身产生的热量使熔体熔化， 从而使电 路断开的原理制成的一种电流保护器。 熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设 备中，作为短路和过电流保护，是应用最普遍的保护器件之一，如上面一览表所示，从左数 第一幅图是数控机床常用的熔芯， 而第二幅图是放熔芯的熔断器座， 而第三幅是比较旧式的， 用在短路电流大的分支电路或有易燃气体的场所。 熔断器是一种过电流保护电器，熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外加填料等组成。 使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间 后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，起到保护的作用。 熔断器是以金属导体作为熔体而分断电路的电器， 串联于电路中，当过载或短路电流通 过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备及家用电器起到保护作 用。当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。因此，在一定过载电流范 围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续使用。熔断器主要由熔体、外壳和支座 3 部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。 熔断器使用注意事项： （1）熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性相适应，考虑到可能出现的短路电 流，选用相应分断能力的熔断器。 （2）熔断器的额定电压要适应线路电压等级，熔断器的额定电流要大于或等于熔体额 定电流。 （3）线路中各级熔断器熔体额定电流要相应配合，保持前一级熔体额定电流必须大于 下一级熔体额定电流。 （4）熔断器的熔体要按要求使用相配合的熔体，不允许随意加大熔体或用其他导体代 替熔体。 二、断路器与接触器二、断路器与接触器 断路器和接触器都是一种开关电器。 断路器表示电源开关，主要通过手动合闸或遥控合闸等动作，为设备提供电力电源，在 设备使用过程中一直闭合。 接触器是设备控制中的一个电气元件，其分合控制主要是通过设 备的逻辑关系进行控制，在设备使用过程中，要经常动作。 1 断路器断路器(QF) 断路器按其使用范围分为高压断路器，和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般 将 3kV 以上的成为高压电器。 低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过 载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机（这里不频繁地启动 是指停机或者开机的时间间隔长， 因为开机和关机的时间间隔太短会造成瞬间电流过大，容 易造成元器件的损坏） ，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路 及欠压等故障时能自动切断电路， 其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而 且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，获得了广泛的应用。 低压断路器的主要参数有：额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型及其额定电流、整 定范围、电磁脱扣器整定范围、主触点的分断能力等。以下重点介绍数控机床常用的两种低 压断路器。 （1 1）塑料外壳式断路器塑料外壳式断路器 塑料外壳式断路器由手柄、操作机构、脱扣装置、灭弧装置及触头系统等组成，均安装 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 10 在塑料外壳内组成一体。 机床常用 DZ10、 DZ15、 DZ5-20、 DZ5-50 等系列塑料外壳式断路器 (以下简称断路器)， 适用于交流电压 500V，直流电压 220V 以下的电路，作不频繁地接通和断开电路用,塑料外 壳式断路器外形图如前面一览表所示，断路器图形及文字符号前面一览表所示。以 DZ15 系 列为例，其适用于交流 50Hz，额定电压为 220V 或 380V，额定电流至 100A 的电路，作为配 电、电动机的过载及短路保护用，亦可作为线路不频繁转换及电动机不频繁起动之用。 表 1-2 为 DZ15 系列规格及参数。 DZ15 系列型号意义为： DZDZ 1515-/9090 保护种类（见表1-1） 液压式电磁脱扣器 极数（1：单极；2：二极；3：三极） 壳架等级额定电流 设计代号 塑料外壳式断路器 表1-1 保护种类含义及其对应的代号 保护种类代号 配电保护用过电流脱扣器1 电动机保护用过电流脱扣器2 表1-2DZ15系列规格及参数 （2 2）小型断路器）小型断路器 小型断路器主要用于照明配电系统和控制回路. 外形、 图形及文字符号如前面一览表所 示。 机床常用 MB1-63、DZ30-32、DZ47-60 等系列小型断路器。以 DZ47-60 高分断小型断 路器为例，适用于照明配电系统（C 型）或电动机的配电系统（D 型） 。其主要用于交流 50Hz/60Hz，单极 230V，二、三、四极 400V 线路的过载、短路保护，同时也可以在正常情 况下不频繁地通断电器装置和照明线路。 DZ47-60 系列型号意义为： 型号 壳架额定电 流（A） 额定电压(V)级数 脱扣器额定 电流（A） 额定短路通 断能力/kA DZ15-40/1901 40 2201 6，10，16， 20，25，32， 40 3 DZ15-40/29013802 DZ15-40/39013803 DZ15-40/39023803 DZ15-40/49013804 DZ15-63/1901 63 2201 10，16，20， 25，32，40， 50，63 5 DZ15-63/29013802 DZ15-63/39013803 DZ15-63/39023803 DZ15-63/49013804 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 11 DZDZ 47-6047-60 壳架等级额定电流 设计序号 塑料外壳式断路器 DZ47-60系列分类：按额定电流In分有1A、2A、3A、4A、5（6）A、10A、15（16）A、20A、 25A、32A、40A、50A、60A；按级数分有单极、二极、三极、四极；按断路器瞬时脱扣器的 型式分有C型（5In10In） 、D型（10In14In） 。 DZ47-60 系列技术参数如表 1-3、1-4 所示： 表 1-3 过电流保护特性 序 号 脱扣器额定电流 In（A） 起始状态试验电流规定时间预期时间备注 1160冷态1.13Int1h不脱扣 2160 紧接着 A 项 试验后进行 1.45Int1h脱扣 电流在 5 秒内 稳定地上升至 规定值 3 In32冷态2.55In1st60s脱扣 In32冷态2.55In1st120s脱扣 4160冷态5Int0.1s不脱扣C 型 5160冷态10Int0.1s脱扣C 型 6160冷态10Int0.1s不脱扣D 型 7160冷态14Int0.1s脱扣D 型 表 1-4额定短路通断能力 型号额定电流 In（A）极数电压（V）通断能力（A） DZ47-60（C）型 1401P2306000 1402，3，4P4006000 50601P2304000 50602，3，4P4004000 DZ47-60（D）型 1601P2304000 1602，3，4P4004000 （3 3）断路器的选择）断路器的选择 一般的选择原则： 低压断路器的额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作 电流。 低压断路器的极限通断能力应大于或等于电路的最大短路电流。 欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。 过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路的最大负载电流。 低压断路器用途广泛，它用于主干线、支路、电路末端等作线路（电缆、电线）及电气 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 12 设备不频繁合、分和过载、短路、欠电压等故障保护，还应用于各种负载，如照明回路、电 热回路、电动机回路、可控硅整流回路、电容器回路等单独使用和保护。负载性质不同，选 用断路器额定电流和保护特性也有差异。下面主要是介绍数控机床上的用途。 电灯（白炽灯） 、电热器回路 这些回路基本上是电阻负载，选用是小型断路器（） 。断路器额定电流理论上是 （为断路器额定电流，为线路或电气设备额定电流） 。若取， 可能发生误动作， 国际上很多国家将用于白炽灯、 电热回路断路器选为 （ ）。 白炽灯和电热回路通电瞬间都可能产生闪流（由冷态电阻逐渐形成热态电阻过程） ，最 大闪流可达， 故选用小型断路器时应选用型（瞬动电流整定值倍） 。 例：试选用一断路器控制一盏 100W 220V 的白炽灯。 解：IL=100/2200.5A 因为 In=（）=（）*0.5=0.550.575A 所以根据上述型号介绍，我们可以选择规格为 DZ47-60（C）1P 1A 的小型断路器。 电动机回路电动机回路 作为电动机回路直接保护断路器可采用电动机保护型断路器， 它过载保护有 、 、（可返回特性） ，短路瞬动为。这种断路器额定电流 （为电动机额定电流） 。无法找到电动机保护型断路器，也可使用一般配电保护 型断路器，但这种配电型断路器仅能作电动机短路保护（线路过载保护采用热继电器） 。 这种配电型断路器无躲过电动机起动电流可返回特性，避免电动机起动时断路器动作 （包括电动机采用起动器等，起动、运转瞬间过渡性冲击电流） ，它额定电流取较高。 日本有关标准（包括一些公司产品样本介绍）规定：当电动机额定电流时，断 路器额定电流，当时，而瞬动电流仍取 （倘额定电流不放大，则瞬动电流必须大于） ，断路器额定短路分断能力电 动机短路电流。 例：试选用一断路器来控制 380V、6A 的电动机。 解：因为 IM=6A，而 In3IM=3*6=18A，瞬动电流=10*18=180A， 所以根据上述型号介绍，我们可以选择规格为 DZ47-60 3P 16A 的小型断路器。 变压器一次回路 这里说是低压变压器，即高压（原边即一次侧）电压不高于。断路器额定电流 （）（为变压器一次侧额定电流） 。此种回路特点是变压器励磁 冲击电流为额定电流倍。所选是专门针对变压器保护要求特殊塑壳式断路器。 例：试选用一断路器来控制 380V 1200W 的隔离变压器。 解：Ir=1200/3803.16A 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 13 因为 In（）=（）*3.16=3.7929.48A 所以根据上述型号介绍，我们可以选择规格为 DZ15-40/3902 10A 的塑壳式断路器。 2 2、接触器、接触器(KM)(KM) 接触器是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场， 使触头闭合， 以达到控制负载的电器， 如前面一览表所示。容量在 10A 以上的接触器都有灭弧装置，如前面一览表所示。 接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭 弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁 吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断 电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触 头断开。在工业电气中，接触器的型号很多，电流在 5A-1000A 的不等，其用处相当广泛。 因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制(某些型别可达 800 安培) 电路的装置， 所以经常运用于电动机做为控制对象也可用作控制工厂设备电热器工作 母机和各样电力机组等电力负载，并作为远距离控制装置。 根据控制线圈的电压不同，可分为 ：直流接触器、交流接触器。 交流接触器广泛用作电力的开断和控制电路。 交流接触器利用主接点来开闭电路，用 辅助接点来执行控制指令。 主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常 闭功能的接点， 小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。从而起到远程控制或 弱电控制强电的功能。 直流接触器和交流接触器的线圈都有不同电压级。 线圈电压不是同主触点有关联。 这些 在接触器上有明显的标牌标示,包含线圈电压,主触头 220V,380V/400V,600V 等不同电压时 的负载能力。 另外国外直流接触器产品一般做成单级， 少有双极(结构与一般所见不太一样， 很耐用)。国内一般是三极(其实常用不到三极)严格说它只是线圈是直流控制的。直流线圈 和交流线圈的用途区别， 除了控制电源的考虑(包括安全)， 更重要的是直流线圈能实现更频 繁的控制。 接触器的选择原则：接触器的选择原则： 接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行， 除额定工作电压应与被控设备的额定电 压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、操作频率、工作寿命、安装方式及尺寸以及经 济性等是选择的依据。下面是常用的几种负载的选择原则 （1）电热设备类用交流接触器的选用 这类设备有电阻炉、调温加热器等，此类负载的电流波动范围很小，按使用类别分属于 AC1，接触器控制此类负载是很轻松的，而且操作也不频繁。因此，选用接触器时，只要 按接触器的约定发热电流 Ith 等于或大于电热设备的工作电流的 1.2 倍。 例：试选用一接触器来控制 380V、15KW 三相 Y 形接法的电阻炉。 解：先算出各相额定工作电流 Ie。 Ith1.2Ie=1.222.7=27.2A 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 14 因而可选用约定发热电流 Ith27.2A 的任何型号接触器。如：CJ2025、CJX218、 CJX122、CJX522 等型号。 （2）照明设备类接触器的选用 照明设备的类型很多，不同类型的照明设备，起动电流和起动时间也不一样。此类负载 为使用类别 AC5a 或 AC5b。如起动时间很短，可选择其约定发热电流 Ith 等于照明设备 工作电流 Ie 的 1.1 倍即可，起动时间稍长以及功率因数较低的，可选择其约定发热电流比 照明设备的工作电流更大一些，见表 1-5 照明设备的接触器选用原则。 表 1-5 照明设备的接触器选用原则 （3）笼型感应电动机 AC3 使用类别用接触器的选用 电动机有笼型和绕线型电动机，其使用类别分别为 AC2，AC3 和 AC4，因此，对 不同型式和使用类别的电动机用选用不同结构的接触器。 笼型电动机的起动电流约为 6 倍电动机额定电流 Ie，接触器分断电流为电动机额定电 流 Ie。其使用类别分别为 AC3，如：水泵、风机、拉丝机、镗床、印刷机以及钢厂中的热 剪机等，这里可选用直动式交流接触器。 选用的方法有查表法和查选用曲线法， 在产品样本中直接列出在不同额定工作电压下的 额定工作电流和可控制电动机的功率， 以免除用户的换算， 这时可以按电动机功率或额定工 作电流，用查表法选用接触器。 （4）绕线式感应电动机 AC2 使用类别用接触器的选用 此类负载下接触器的接通电流与分断电流均为 2.5 倍电动机的额定电流 Ie。即 AC2 使用类别， 一般选用转动式交流接触器较合适。 因为其电寿命比直动式的高， 而且便于维修。 选用时可按电动机额定电流查表即可。 （注意：每小时操作循环次数较高的场合，不宜选用 CJ12B） 。也可选用直动式交流接触器，但其电寿命不如转动式。AC3 电寿命为 120 万的直 动式接触器，在 AC2 使用，其电寿命约为十万次左右。 （5）笼型感应电动机 AC4 使用类别用接触器的选用 当电动机处于点动或需反向运转、 反接制动时， 负载与 AC3 不同， 其接通电流为 6Ie。 为 AC4 使用类别。 序号照明设备名 称 起动电源 COS起动时间 min 接触器选用原则 1白炽灯15Ie1Ith1.1Ie 2混合照明灯1.3Ie13Ith1.11.3Ie 3荧光灯2.1Ie0.40.6Ith1.1Ie 4高压水银灯1.4Ie0.40.635Ith1.11.4Ie 5高压碘灯1.4Ie0.40.5510Ith1.11.4Ie 6金属卤素灯(1.42)Ie0.50.6510Ith1.12Ie 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 15 给出了额定电压 380V、AC4 条件下接触器的额定工作电流值，据此，可计算出 AC4 使用类别下可控电动机功率 Pm。例如，CJX19 型交流接触器在 380V、AC4 条件下其额定 工作电流为 3.3A。我们知道电动机的额定输出功率=3UeIeCOS 其中：Ue电动机的额定电压； Ie电动机的额定电流； COS电动机的功率因数； -电动机的效率。 将上述接触器 AC4 条件下的额定电流值 3.3A 代入上式，假定电机的 COS0.85， 0.9，则33803.30.850.9=1.66KW 即 CJX19 交流接触器在 380V、 AC4 使用类别下可控制的三相笼型电动机约在 1.66KW 以下。 如果触头寿命允许适当缩短， 则 AC4 的额定工作电流可适当增大。 在很低的通断频率 时，AC4 使用类别的接触器可按照 AC3 使用类别选择。 （6）合负荷电动机负载用接触器的选用 在许多情况下， 接触器是在 AC3 和 AC4 或 AC2 和 AC4 条件下混合使用，即在正 常通断与点动操作方式下混合使用。混合使用的触头寿命 X 可用下述公式计算： X=A/1+0.01*C*(A/B-1) 式中：A正常负荷下的触头寿命； B点动操作下的触头寿命； C点动操作占通断次数的百分比。 例如：一台 37KW 的三相鼠笼电动机，COS0.85，380V，Ie72A，使用 3TB48 型接 触器在混合工作方式下进行切换操作，其点动（AC4）占开关操作总次数的 30，试求接 触器触头寿命 X。 查 3TB48 型接触器的寿命曲线，得到： AC3 时的电寿命A1.2 次 AC4 时的电寿命B5次 C30，则混合工作方式中接触器的寿命为：X=15.2*104 三、继电器三、继电器 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输 出回路） ， 通常应用于自动控制电路中， 它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自 动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 继电器按工作原理可分为：电磁继电器、固体继电器、温度继电器、舌簧继电器、时间 继电器等。 常见的电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 16 上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的 作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。 当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动 触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切 断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于 断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。 1、热继电器(FR) 热继电器有各种各样的结构形式，最常用的是双金属片式结构，如前面一览表所示。双 金属片是用两种不同线膨胀系数的金属片，通过机械辗压在一起制成的，一端固定，另一端 为自由端。当双金属片的温度升高时，由于两种金属的线膨胀系数不同，所以它 将弯曲。 热元件串接在电动机定子绕组中， 电动机绕组电流即为流过热元件的电流。当电动机正常运 行时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但不足以使继电器动作；当电动机过载时， 热元件产生的热量增大，使双金属片弯曲位移量增大，经过一段时间后，双金属片弯 曲推 动导板，并通过补偿双金属片与推杆将触点(和)分开，触点(和)为热继电器串于接触器线 圈回路的动断触点，断开后使接触器失电，接触器的动合触点断开电动机等负载回路，保护 了电动机等负载。热继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等 优点在生产中得到了广泛应用。 但也可以用三极热断路器来代替热继电器，因为它同样有 过载保护等热继电器的作用，如前面一览表所示。 可从以下几方面考虑热继电器整定电流的调整来选型： （1）长期稳定工作的电动机 可按电动机的额定电流选用热继电器。取热继电器整定电流的 0.951.05 倍或中间值 等于电动机额定电流。使用时要将热继电器的整定电流调至电动机的额定电流值。 （2）电动机的绝缘等级及结构 由于电动机绝缘等级不同，其的容许温升和承受过载的能力也不同。同样条件下，绝缘 等级越高，过载能力就越强。即使所用绝缘材料相同，但电动机结构不同，在选用热继电器 时也应有所差异。例如，封闭式电动机散热比开启式电动机差，其过载能力比开启式电动机 低，热继电器的整定电流应选为电动机额定电流的 6080%。 （3）电动机的启动电流和启动时间 电动机的启动电流一般为额定电流的 57 倍。对于不频繁启动、连续运行的电动机， 在启动时间不超过 6s 的情况下，可按电动机的额定电流选用热继电器。 （4）具体工作情况 若要求电动机不允许随便停机，以免遭受经济损失，只有发生过载事故时，方可考虑让 热继电器脱扣。此时，选取热继电器的整定电流应比电动机额定电流偏大一些。 具个简单的例子， 例如一台电动机的额定电流是 6A， 应选用过载电流多大的热继电器？ 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 17 解：根据上述条件当电动机是长期稳定运行的， 过载电流 I=电动机额定电流 Ie*（0.951.05）=6*（0.951.05）=5.763A， 所以我们可以选用过载电流为 610A 的热继电器， 如规格型号为 JR36-20 （610A/6A） 的热继电器。 2、时间继电器(KT) 时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器， 如前面一览表所 示。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。在交流电路中常采用空气阻尼型时 间继电器 ,它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。 它由电磁系统、 延时机构 和触点三部分组成。 时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。 空气阻尼型时间继电器的延时范围大(有 0.460s 和 0.4180s 两种) ，它结构简单, 但准确度较低。当线圈通电时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或 断开。 但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落， 因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮 膜， 当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹, 上面空气室的空气 变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便 通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。从线圈通电到延时触点完成 动作， 这段时间就是继电器的延时时间。 延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大 小来改变。 吸引线圈断电后， 继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。 空气经出气孔被迅速排出。 时间继电器的选择原则： （1）其线圈(或电源)的电流种类和电压等级应符合使用的工作环境； （2）按控制要求选择延时方式和触点型式 3、中间继电器(KA) 在电气控制中，往往需要把某一信号进行传递，放大或变成多路信号，中间继电器就 是这样一种具有中间转换作用的自动电器。 中间继电器实质是一种小容量的直流接触器， 它的结构和交流接触器相似， 工作原理 完全相同。但它的触点没有主辅之分。每对触点允许通过的电流是相同的，其额定电流最 大为 5A。如前面一览表所示. 选择原则： 主要是从安装尺寸、安装方式、线圈所使用的电源电压（交流电压和直流电压）等。按 上述要求分别阐述。 四、其它控制电器四、其它控制电器 1、按钮开关(SB) 按钮开关也称为按键开关如前面一览表所示， 一般选用不同的颜色可以代表不同的使用 功能。通常红色按钮是代表停止功能，而绿色按钮是代表启动或复位功能。 按钮的形状通常是圆形或方形。 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 18 从作用上来分类按钮开关还分为有自锁和点动开关， 如急停开关为自锁按钮开关的一种 2、位置开关(SQ) 位置开关又称限位开关如前面一览表所示， 是一种常用的小电流主令电器。在电气控制 系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。 分类：一类为以机械行程直接接触驱动，作为输入信号的行程开关和微动开关；另一 类为以电磁信号（非接触式）作为输入动作信号的接近开关。 3、旋钮开关（SA） 如前面一览表所示用于开关转换的控制器件，属于自锁开关。 五、变压器五、变压器(TC)(TC) 变压器几乎在所有的电子产品中都要用到， 它原理简单但根据不同的使用场合 （不同的 用途）变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换； 隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁芯形状一般有 E 型和 C 型铁芯。大部份的 变压器均有固定的铁芯，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性，大部份磁通量 局限在铁芯里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。在一些变压器中，线圈 与铁芯二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。因此， 变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能， 使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物， 提升输电电压使得长途输送电力更为经 济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化，吾人可以如是说，倘无变压器，则 现代工业实无法达到目前发展的现况。如前面一览表所示常用的隔离变压器。 1、隔离变压器 隔离变压器的原理和普通变压器的原理是一样的。 都是利用电磁感应原理。隔离变压器 一般是指 1：1 的变压器。由于次级不和地相连。次级任一根线与地之间没有电位差。使用 安全。常用作维修电源。隔离变压器不全是 1：1 变压器。控制变压器和电子管设备的电源 也是隔离变压器。 如电子管扩音机， 电子管收音机和示波器和车床控制变压器等电源都是隔 离变压器。如为了安全维修彩电常用 1 比 1 的隔离变压器。隔离变压器是使用比较多的，在 空调中也是使用的。 在数控机床上隔离变压器的作用主要是为数控系统提供电源，防止外界干扰。 2、伺服变压器 伺服变压器的工作原理跟普通变压器没区别，有如下优点： （1）价格便宜、盒式外形、可任意悬挂，安装方便 （2）体积小，耗电少、高稳压、抗干扰、不发热 （3）抗雷击，过载能力强，输出能量稳定 （4）不受电网电压波动的影响，使伺服电机发挥更好的性能 在数控机床上，伺服变压器主要为伺服驱动器及电机提供电源。 3 3、控制变压器、控制变压器 控制变压器和普通变压器原理没有区别，只是用途不同。控制变压器用途广泛,可做升 压,亦可做降压用。 变压器的工作原理是用电磁感应原理工作的。 变压器有两组线圈。 初级线圈和次级线圈。 次级线圈在初级线圈外边。当初级线圈通上交流电时，变压器铁芯产生交变磁场，次级线圈 就产生感应电动势。变压器的线圈的匝数比等于电压比。例如：初级线圈是 500 匝，次级线 圈是 250 匝，初级通上 220V 交流电，次级电压就是 110V。变压器能降压也能升压。控制变 压器在数控机床主要用来对 380V 电压进行转换为控制电路的电压，对照明、散热、润滑、 交流接触器线圈、主轴制动和进给轴松闸等供电。如前面一览表所示控制变压器。 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 19 六、六、桥堆（桥堆（VC） 桥堆由四个二极管组成， 如前面一览表所示， 一般用来对变压器输出的交流电压进行整 流，得到的直流电压给主轴制动和进给轴松闸供电。下面是整流桥的判断方法。整流桥的判断方法。 单相桥式整流电路如上图 所示。电路中四只二极管接成电桥形式，这种电路有时被画成图b或c的形式。 档 正向电阻 反向电阻 D B B C A D C A A 约 约（ 7）K? 无穷大 无穷大 无穷大 无穷大 注不同的桥堆此值有所差异。 用万用表检测单相小电流桥堆的正反向电阻 注：当继电器线圈加并整流二极管时管脚负应该接 24V，管脚正接 0V。 七、二极管（VD） 晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电 荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电 流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。 二极管最重要的特性就是单方向导电 性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。在数控机床中,主要安装于继电 器线圈用作抑制干扰或者代替桥堆用作主轴制动和进给轴松闸。 下面是整流二极管方向的判整流二极管方向的判 定定。 正 极 管 壳 负 极 PN结 负 极正 极 电 流 方 向 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 20 八、主轴编码器（八、主轴编码器（BM） 编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感 器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在 一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。 由于光电码盘与电动机同轴， 电动机旋转时， 光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信 号， 其外观如前面一览表所示； 通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动 机的转速。 九九、电子手轮（电子手轮（SL） 电子手轮又称作手动脉波发生器、手脉、手轮、MPG、手持盒、手持单元等。 用于数 控机床中的教导式 CNC 机械工作原点的设定,手动方式的步进微调,加工中的中断插入等动 作。其中的波段开关用于轴和倍率的选择，脉冲发生器用于脉冲的发出便于系统的采集。电 子手轮按供电电压、分辨率、信号输出种类不同分类，因而形成适用各类 CNC 控制系统的 手持单元。外观如前面一览表所示。 各功能模块分析 冷冷 却却 功功 能能 当我们加工过程要对加工的工件进行冷却，只要我们手动或自动执行冷却代码，系 统就会输出一个低电平信号， 使其与+24V 在冷却功能的中间继电器线圈 KA1 形成电压差而 产生电流， 中间继电器线圈工作;从而使它在控制回路的常开开关闭合,110V 的交流电流经该 开关加到交流接触器的线圈 KM1;进而使它在主电路的主触点闭合,三相 380V 经空气断路 器,KM1 主触点开关加到水泵电机的三相绕组,从而实现冷却功能的控制.图如 10，11，12 所 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 21 示。 刀刀 架架 功功 能能 在加工过程,一般需要几把刀才能完成一个工件的加工,所以在加工过程必须要换 刀,只要我们手动或自动执行换刀代码,系统经过译码在输出接口的其中一个定义为刀架 正转的引脚输出一低电平,使其与+24V在刀架正转的中间继电器线圈KA1形成电压差而 产生电流,中间继电器线圈工作,从而使它在控制回路的常开开关闭合,110V 的电压经该 开关,刀架反转交流接触器 KM2 的辅助常闭触头,然后加到刀架正转交流接触器 KM1 的 线圈,使该线圈得电,从而使主电路的刀架正转交流接触器 KM1 的主触头闭合,刀架电机 得电正转,当刀架转到代码指定的刀号时,(即该刀号的反馈信号与代码指定的刀号相一 致.)系统停止输出刀架正转信号,延时后系统输出刀架反转信号,控制过程与刀架正转信 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 22 号一样,从而使刀架电机反转锁紧刀架.其中在控制回路的两个交流接触器的辅助常闭触 头是实现刀架的正反转的互锁,即刀架正转时,不能有反转;刀架反转时,不能有正转,防止 意外发生.电路图如 13，14，15 所示。 主轴功能主轴功能 主轴功能控制一般包括两种：挂挡控制和变频控制。挂挡控制是实现有级 调速，而变频是实现无级调速。 挂挡控制 挂挡控制是通过手动挂挡改变主轴箱的齿轮比而改变主轴的转速，而每一 档的转速还可以通过系统的 S 代码来进行档位控制，下面以双速电动机为例说明， 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 23 双速电动机实现高低运转是通过对它的绕组的不同接法，低速为三角形接法，高速 为双“Y”形接法。当我们手动挂到某档，可以利用系统的 S1，S2 信号对电动机的转 速进行控制， 当有 S1 信号时， 电动机绕组为三角形接法， 主轴即在该档的低速运转； 当有 S2 信号时，电动机绕组为双“Y”形接法，主轴即在该档的高速运转。如图 16 所示。 控制过程 对于双速电动机来说，在控制过程有如下几种情况：正转低速，正转高速， 反转低速，反转高速和制动。控制电路图如图 17，18，19 所示。 当主轴在正转低速时，即系统输出正转信号 M3 和低速信号 S1，使 KA1 和 KA4 线圈得电常开触点闭合， 从而使控制回路的 110V 的一路经 KA1 开关， KM2 常闭开关， KM6 常闭开关加到 KM1 线圈得电， 从而使主电路的 KM1 的主触点闭合。 110V 的另一路经 KA4 开关，KM4，KM5 的常闭开关加到 KM3 线圈得电，从而使 主电路的 KM3 的主触点也闭合，这样三相 380V 电加到 U1，V1 和 W1 上，电动机 在三角形接法得电正转低速。 当主轴在正转高速时，即系统输出正转信号 M3 和高速信号 S2，使 KA1， KA5 线圈得电常开触点闭合，从而使控制回路的 110V 的一路经 KA1 开关，KM2 常闭开关， KM6 常闭开关加到 KM1 线圈得电， 从而使主电路的 KM1 的主触点闭合。 110V 的另一路经 KA4 开关，KM3 的常闭开关加到 KM4 和 KM5 线圈得电，从而使 主电路的 KM4 和 KM5 的主触点也闭合， 这样三相 380V 电加到电动机绕组 U2， V2 和 W2 上，电动机在双 Y 形接法得电正转高速。其中在控制回路中的交流接触器的 辅助常闭开关是起到互锁的作用。 反转低速和高速的控制过程和正转的一样，只不过是通过对换交流接触器 的两个主触点的相电压来实现电动机反转。 主轴制动功能 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 24 当主轴停止时，延时一段时间后输出制动信号，使 KA5 线圈得电常开触点 闭合，从而使控制回路的 110V 的一路经 KA1 开关，KM1 常闭开关，KM2 常闭开 关加到 KM6 线圈得电，从而使主电路的 KM6 的主触点和辅助常开触点闭合。单相 380V 经控制变压器转换成 55V 的交流电，再经桥堆整流得到的直流电加到其中的 两相绕组实现耗能制动。主轴电路如图 17，18，19 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 25 广州工程职业技术学院广州工程职业技术学院 26 4 4数控车床的电气系统与精度调试数控车床的电气系统与精度调试 4.14.1 系统