数控机床常用元气.ppt

,数控机床常用元器件 孙海亮 ,数控机床常用控制电器及选择,数控机床的控制电路是由各种不同的控制电器元器件组成的，要了解、分析和设计数控机床的控制电路首先要熟悉各种控制电器元器件。 首先介绍数控机床常用的控制电器： 低压断路器、接触器、继电器、电源电器、熔断器、开关电器、控制按钮和指示灯.,低压断路器 低压断路器过去叫做自动空气开关，现采用IEC标准称为低压断路器。 低压断路器是将控制电器和保护电器的功能合为一体的电器。 有效地保护串接在它后面的电器设备， 以下重点介绍数控机床常用的两种低压断路器:,一.断路器,组成: 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. 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2-2为DZ15系列规格及参数。,1、塑料外壳式断路器,图2-1 塑料外壳式断路器外形图,图 2-2 断路器图形及文字符号,DZ15系列型号意义为：,表 2-1 保护种类含义及其对应的代号,表 2-2 DZ15系列规格及参数,小型断路器主要用于照明配电系统和控制回路. 外形如图2-3所示，图2-4为断路器图形及文字符号。 机床常用于过载、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。,图2-3小型断路器外形图,图2-4小型断路器图形及文字符号 (单极和三极),2、小型断路器,DZ47-60系列型号意义为： 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2-32-4所示：,塑料外壳式断路器,设计序号,壳架等级额定电流,DZ 47-60,表2-3 过电流保护特性,表2-4 额定短路通断能力,选择低压断路器应注意： (1)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。 (2)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。 (3)欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。 (4)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。 注意: 使用低压断路器来实现短路保护比熔断器优越，,3、低压断路器的选择,二. 接触器 用来频繁地接通或分断带有负载的主电路（如电动机）的自动控制电器。 组成: 电磁机构、触点系统、灭弧装置及其 它部件 工作原理:当线圈通电后，静铁心产生电磁吸力将衔铁吸合。衔铁带动触点系统动作，使常闭触点断开，常开触点闭合。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧力的作用下释放，触点系统随之复位。 分类: 按其主触点通过电流的种类不同，分 为直流、交流两种. 机床上应用最多的是交流接触器。交流接触器外形如图2-5所示，接触器图形及文字符号如图2-6所示。,图2-5 交流接触器图外形图,图2-6接触器图形及文字符号,（1）额定电压: 接触器铭牌上标注的额定电压是指主触点的额定电压。常用的额定电压等级如表2-5所示。 （2）额定电流: 接触器铭牌上标注的额定电流是指主触点的额定电流。常用的额定电流等级如表2-5所示。 表2-5 接触器的额定电压和额定电流的等级表,1、接触器的主要技术参数,（3）线圈的额定电压: 表2-6 接触器线圈的额定电压等级表 （4）接通和分断能力: 指主触点在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。 注意:根据接触器的使用类别不同对主触点的接通和分断能力的要求也不一样，而不同类别的接触器是根据其不同控制对象（负载）的控制方式所规定的。常见的接触器使用类别及其典型用途如表2-7所示。,表2-7 常见接触器使用类别及其典型用途表 a、AC1和DC1类允许接通和分断额定电流； b、AC2、DC3和DC5类允许接通和分断4倍额定电流； c、AC3类允许接通6倍额定电流和分断额定电流； d、AC4类允许接通和分断6倍额定电流；,（5）额定操作频率: 指每小时的操作次数。 交流接触器最高为600次/h， 直流接触器最高为1200次/h。 表2-8 CJX系列交流接触器规格及参数,（1）交流接触器型号的含义,有Z表示直流操作,2、接触器的型号含义,交流接触器选择主要考虑: 主触点的额定电压、额定电流、辅助触点的数量与种类、吸引线圈的电压等级，操作频率等。,设计代号,常闭触点数,常开触点数,CZ 18-/ ,接触器,直流,额定工作电流(AC3、380V),3、交流接触器的选择,（2）直流接触器型号的含义,（1）根据接触器所控制负载的工作任务（轻任务、一般任务或重任务）来选择相应使用类别的接触器。,a、如果负载为一般任务（控制中小容量笼型电动机等）， 选用AC3类接触器。 b、如果负载属于重任务类（电机容量大，且动作较频繁）， 则应选用AC4类接触器。 c、如果负载为一般任务与重任务混合的情况， 则应根据实际情况选用AC3或AC4类接触器。若确定选用AC3类接触器，它的容量应降低一级使用，即使这样，其寿命仍将有不同程度的降低。 d、适用于AC2类的接触器，一般也不宜用来控制AC3及AC4类的负载，因为它的接通能力较低，在频繁接通 这类负载时容易发生触点熔焊现象。,(2）交流接触器的额定电压（指触点的额定电压），应大于或等于负载回路的电压。 （3）接触器线圈的电流种类（交流和直流两种）和电压等级应与控制电路相同。 （4）触点数量和种类应满足电路和控制线路的要求。,（5）根据电动机（或其它负载）的功率和操作情况来 确定接触器主触点的电流等级。 a、接触器的额定电流（指主触点的额定电流）应 大于或等于被控回路的额定电流。 b、对于电动机负载可按下列经验公式计算： K为经验系数，一般取11.4。 注意:如当接触器控制电容器或白炽灯时，由于接通时 的冲击电流可达额定值的几十倍，因此从接通方 面来考虑，宜选用AC4类的接触器；,继电器是一种根据输入信号的变化接通或断开控制电路，实现控制目的电器。 分类: 按输入信号的性质分为： 电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器等。 按工作原理可分为： 电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器等。,三. 继电器,工作原理: 由电磁机构、触点系统和释放弹簧等部分组成。根据外来信号（电压或电流），利用电磁原理使衔铁产生闭合动作，从而带动触点动作，使控制电路接通或断开，实现控制电路的状态改变。 注意: 继电器的触点不能用来接通和分断负载电路，这也是继电器的作用和接触器的作用的区别。,1、电磁式继电器,图2-7为电磁继电器外形图。 电磁式继电器的种类不同，但一般图形符号是相同的，如图2-8所示。电流继电器的文字符号为KI，线圈方格中用I（或I（或U）表示过电压（或欠电压）继电器。,图2-7电磁继电器外形图,电磁式继电器按吸引线圈电流种类不同,有交流和直流两种。 由于电磁式继电器具有工作可靠、结构简单、制造方便、寿命长等一系列优点，故在数控机床电气控制系统中应用最为广泛。,图2-8电磁继电器图形及文字符号,a、电流继电器 电流继电器的线圈串联在被测量的电路中。 电流继电器线圈匝数少，导线粗，线圈阻抗小。 电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器。 欠电流继电器的吸引电流为线圈额定电流的30%65%，释放电流为额定电流的10%20%，因此，在电路正常工作时，衔铁是吸合的，只有当电流降低到某一整定值时，继电器释放，输出信号。 过电流继电器在电路正常工作时不动作，当电流超过某一整定值时才动作，整定范围通常为1.14倍额定电流。,b、电压继电器 电压继电器线圈并联在被测量的电路的两端。 电压继电器线圈匝数多，导线细，线圈阻抗大。 电压继电器按动作电压值的不同，有过电压、欠电压和零电压之分。 过电压继电器在电压为额定电压的110%115%以上时动作； 欠电压继电器在电压为额定电压的40%70%时有保护动作； 零电压继电器当电压降至额定电压的5%25%时有保护动作。,c、中间继电器 中间继电器实质上是电压继电器的一种， 特点: 触点多（多至六对或更多）; 触点电流容量大（额定电流510A）; 动作灵敏（动作时间不大于0.05s）。 其主要用途是当其他继电器的触点数或触点容量不够时，可 借助中间继电器来扩大它们的触点数或触点容量，起到中间转换的作用。数控机床中使用最多的是小型中间继电器。机床上常用的型号有J27系列交流中间继电器和J28系列交直流两用中间继电器。,中间继电器的选择 中间继电器主要依据被控制电路的电压等级，触点的数量、种类及容量来选用。 a、线圈电流的种类和电压等级应与控制电路一致 b、按控制电路的要求选择触点的类型（是常开还是常闭） c、继电器的触点额定电压应大于或等于被控制回路的电压。 d、继电器的触点电流应大于或等于被控制回路的额定电流。,电磁式继电器主要技术参数 以JTX通用型小型电磁继电器为例，其主要技术参数见表2-9 JTX通用型小型电磁继电器主要技术参数,时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器，按其动作原理与构造不同，可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等类型。 数控机床中一般由计算机软件实现各种时间控制，而不采用时间继电器方式来进行时间控制。,2、时间继电器,时间继电器的图形符号如图2-9所示，文字符号为KT。,a）线圈一般符号 b）通电延时线圈 c）断电延时线圈 d）延时闭合常开触点 e）延时断开常闭触点 f）延时断开常开触点 g）延时闭合常闭触点 h）瞬时常开触点 i）瞬时常闭触点,图2-9 时间继电器的图形符号和文字符号,热继电器是一种利用电流的热效应触发的保护电器。 常用于电动机的长期过载保护。 热继电器由发热元件（电阻丝）、双金属片、传导部分和常闭触点组成。,3、热继电器,图2-10为热继电器外形图，图2-11为热继电器图形及文字符号。,图2-10 热继电器外形图,图2-11 热继电器图形及文字符号,（1）热继电器的主要技术数据 常用的热继电器有JR0及JR10系列。表2-10是JR0-40型热继电器的技术数据。它的额定电压为500V，额定电流为40A; 可以配用0.6440A范围内10种电流等级的热元件。每一种电流等级的热元件，都有一定的电流调节范围，一般应调节到与电动机额定电流相等，以便更好地起到过载保护作用。,表2-10 JR0-40型热继电器的技术数据,固态继电器(Solid State Relay)简称SSR 新型无触点继电器。固态继电器是用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点开关，而在前级中与光电隔离器融为一体。因此，固态继电器实际上是一种带光电隔离器的无触点开关。 由于可靠性高、开关速度快和工作频率高、使用寿命长、便于小型化、输入控制电流小等一系列优点。 固态继电器图形及文字符号如图2-12所示.。,图2-12 固态继电器图形及文字符号,4、固态继电器,（1）固态继电器的分类 固态继电器具有两个输入端和两个输出端的一种四端器件，按输出端负载电源类型可分为直流型和交流型两类。其中直流型是以功率晶体管的集电极和发射极作为输出端负载电路的开关控制，而交流型是以双向三端晶体闸流管的两个电极作为输出端负载电路的开关控制，如图2-13所示。,（2）固态继电器主要技术数据 表2-11是国产固态继电器主要技术数据。,表2-11 国产固态继电器主要技术数据,四.变压器及直流稳压电源 1、变压器 变压器是一种将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压的静止电器。 （1）机床控制变压器 机床控制变压器适用于交流5060Hz，输入电压不超过660V的电路，作为各类机床、机械设备等一般电器的控制电源、步进电机驱动器、局部照明及指示灯的电源。,T,图2-15 双绕组变压器图形及文字符号,图2-14 机床控制变压器外形图,JBK系列机床控制变压器型号含义： BK系列控制变压器型号含义：,表2-12 JBK系列控制变压器电压型式,BK系列控制变压器适用于 5060Hz 的交流电路中，作为机床和机械设备中一般电器的控制电源、局部照明及指示电源。,表2-13 BK系列控制变压器规格参数及尺寸,（2）三相变压器 三相电压的变换可用三台单相变压器也可用一台三相变压器，从经济性和缩小安装体积等方面考虑，可优先选择三相变压器。在数控机床中三相变压器主要是给伺服动力等供电。图2-16为三相变压器外形图，图2-17图形及文字符号（星型-三角形联结）。,图2-16三相变压器外形图,图2-17三相变压器（星形三角形联结）图形及文字符号,（3）变压器的选择 a、根据实际情况选择初级（原边）额定电压U1（380V,220V），再选择次级额定电压U2,U3,(次级额定值是指初级加额定电压时，次级的空载输出，次级带有额定负载时输出电压下降5%，因此选择输出额定电压时应略高于负载额定电压)。 b、根据实际负载情况，确定次级绕组额定电流I1,I2,I3,，一般绕组的额定输出电流应大于等于额定负载电流。 c、次级额定容量由总容量确定。总容量算法如下 P2= U2 I2+U3I3+ U4I4+ 根据次级电压、电流（或总容量）可选择变压器， d、变压器的选用除了要满足变压比之外，还要考虑变压器性价比，优先选用变压档输出全的变压器.,2、直流稳压电源 直流稳压电源的功能是将非稳定交流电源变成稳定直流电源。 控制对象: 驱动器、控制单元、小直流继电器、信号指示灯等， 数控机床中主要使用开关电源和一体化电源。,（1）开关电源 开关电源被称作高效节能电源，因为内部电路工作在高频开关状态，所以自身消耗的能量很低，电源效率可达80%左右，比普通线性稳压电源提高近一倍。 目前生产的无工频变压器式中、小功率开关电源，仍普遍采用脉冲宽度调制器（简称脉宽调制器PWM）或脉冲频率调制器（简称脉频调制器PFM）专用集成电路。它们是利用体积很小的高频变压器来实现电压变化及电网隔离，因此能省掉体积笨重且损耗较大的工频变压器。,主要性能指标有： a、输入AC电压：85VAC-264VAC b、输入频率：47-63Hz c、冷态冲击电流：20A/115VAC;30A/220VAC d、过流保护：105150%的额定值开始保护，过压保护，过功率保护，短路保护，自动恢复 e、启动、上升、保持：500ms,50ms,大于20ms f、抗电强度：输入与输出之间，输入与大地可承受AC1.5KV/1min g、绝缘电阻：输入与大地、输入与输出加DC500V绝缘电阻大于50M,h、工作环境温度：-10C 至45C，60C时可用功率60%。70C时可用满功率35% i、效率：65%-87% j、纹波噪声：小于输出电压1% k、存储温度：-20C+85C l、输出电压调整：10%范围内，总调整率（线形及负载）小于2% m、安规标准：参考UL1950,图 2-18开关电源外形图,VC,图 2-19 直流稳压电源图形符号及文字符号,（2）一体化电源 一体化电源是采用传导冷却方式的AC/DC开关电源， 输入参数： AC220V10%/50（47-63）Hz单相或AC380V10%/50Hz三相 输出参数：DC5300V 电流0.520A 功率22000W 电压调整率0.5% （5V时1%） 电流调整率1.0% （5V时2%） 纹波系数1.0% 工作频率50100KHz 具有过热、过流、短路保护； 可另加过欠压保护； 负载率0 100% ；使用率80%； 效率80%,图 2-20 一体化电源外形图,电源的选择: 选择电源时需要考虑的问题主要有： a.电源的输出功率输出路数； b.电源的尺寸; c.电源的安装方式和安装孔位； d.电源的冷却方式； e.绝缘强度； f.电磁兼容 g.环境条件。 1)为了提高系统的可靠性，建议电源工作在50%80%负载为佳。 2)尽量选用厂家的标准电源。,3)明确输入电压范围， 4)电源的散热问题。 如果系统能形成良好的自然对流风道，且电源位于风道上，可以考虑选择自然冷却的电源；如果系统的通风比较差，或系统内部温度比较高，可以考虑选择风冷的电源。 5) 如果环境不是很恶劣或电柜中（符合防护 等级IP54）可选用普通电源；如果在条件恶 劣的环境中使用，比如油污、潮湿、腐蚀等， 选用全密封的一体化电源较好。,五.熔断器 熔断器是一种广泛应用的最简单的有效的保护电器。 组成: 熔体,熔座。 熔体一般由熔点低，易于熔断、导电性良好的合金材料制成。,(a)快速熔断器(芯为熔体) (b)螺旋式熔断器 (c)熔断隔离器 图2-21 熔断器及熔断隔离器外形图,1、熔断器主要参数: （1）额定电压。 （2）额定电流。 （3）极限分断能力。,图2-22 熔断器图形及文字符号,RT18系列熔断隔离器主要技术参数如表2-14： 表2-14 RT18系列熔断隔离器主要技术参数,RT18系列熔断隔离器型号及其含义：,RS1系列熔断器主要技术参数如表2-15所示： 表 2-15 RS1系列熔断器主要技术参数,选择熔断器主要是选择熔断器的类型、额定电压、额定电流及熔体的额定电流。 （1）熔断器的额定电压应大于或等于线路的工作电压。 （2）熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额定电流。 (3)熔体的额定电流的选择： a、用于保护照明或电热设备的熔断器，因为负载电流比较稳定,所 以熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流， 即IreIe b、用于保护单台长期工作电动机（即供电支线）的熔断器，考虑 电动机启动时不应熔断， 即 Ire(1.52.5)Ie 。,2、熔断器的选择,c、用于保护频繁启动电动机（即供电支线）的熔断器，考虑频繁启动时发热,熔断器也不应熔断， 即Ire(33.5)Ie d、用于保护多台电动机（即供电干线）的熔断器，在出现尖峰电流时也不应熔断。通常，将其中容量最大的一台电动机启动，而其余电动机运行时出现的电流作为其尖峰电流， 即Ire(1.52.5) Iemax +Ie ， 注意: 为防止发生越级熔断，上、下级（即供电干、支线）熔断器间应有良好的协调配合，为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔断额定电流比下一级（供电支线）大12个级差。,如果把行程开关安装在工作机械各种行程终点处，限制其行程，它就称为限位开关或终端开关。因此，行程开关、限位开关和终端开关是同一开关。,图2-23 行程开关外形图,图2-24行程开关图形及文字符号,六. 开关电器,1、 行程开关,接近开关是非接触式的监测装置，当运动着的物体接近它到一定距离范围内，就能发出信号，以控制运动物体的位置或计数。,图2-25 接近开关外形图,SQ,图2-26 霍尔接近开关图形及文字符号,图2-27 接近开关图形及文字符号,2、接近开关,微动开关是具有瞬时动作和微小的行程，可直接由某一定的力经过一定的行程使触头速动，从而实现电路的转换的灵敏开关。,图2-28 微动开关外形图,SA,图2-29脚踏开关外形图,图2-30脚踏开关图形及文字符号,其它开关还有刀开关、万能转换开关、钥匙开关、组合开关等。,3、微动开关、脚踏开关,1、按钮 按钮通常用来接通或断开控制电路（其中电流很小），从而控制电动机或其它电器设备的运行: 原来就接通的触点，称为常闭触点； 原来就断开的触点，称为常开触点。 按钮外形图及符号如图2-31，2-32所示。国标对按钮的颜色和标识都有要求，根据这些要求可以正确地设计、识别按钮的功能及含义。按钮的颜色应符合表2-16要求。,七. 控制按钮、指示灯,图2-31 控制按钮外形图,图 2-32 按钮的图形及文字符号,表2-16按钮的颜色代码及其含义,2、指示灯,指示灯用来发出下列型式的信息： 指示： 引起操作者注意或指示操作者应该完成某种任务。红、黄、绿和蓝色通常用于这种方式； 确认： 用于确认一种指令、一种状态或情况，或者用于确认一种变化或转换阶段的结束。蓝色和白色通常用于这种方式，某些情况下也可用绿色。 图2-33示指示灯外形图，图2-34示指示灯图形及文字符号。指示灯的颜色应符合表2-18的要求。,图2-33 指示灯外形图,图2-34 指示灯图形及文字符号,表2-18 指示灯的