机床电气控制系统

2 1数控机床常用低压电器及选择 2 2机床电气控制系统识图 2 3机床电气系统基本环节 2 4典型数控机床电器控制线路分析 2 1数控机床常用低压电器及选择 2 1 1概述 2 1 2主令电器 2 1 4低压断路器 2 1 5接触器 2 1 6继电器 2 1 7保护电器 2 1 3组合开关 2 1 8变压器及直流稳压电源 2 1 1概述 对电能的生产 输送 分配和使用起控制 调节 检测 转换及保护作用的电工器械称电器 工作在交流电压1200V 或直流电压1500V及以下的电路中起通断 保护 控制或调节作用的电器产品叫做低压电器 一 低压电器的分类 1 按用途分类 按用途分 控制电器 用于各种控制电路和控制系统的电器 如接触器 继电器等 主令电器 用于自动控制系统中发送控制指令的电器 如按钮 行程开关等 保护电器 用于保护电路及用电设备的电器 如熔断器 热继电器等 配电电器 用于电能的输送和分配的电器 如低压断路器 隔离器 执行电器 用于完成某种动作或传动功能的电器 如电磁铁 电磁离合器等 一 低压电器的分类 2 按工作原理分类 1 电磁式电器 依据电磁感应原理来工作的电器 如交直流接触器 各种电磁式继电器等 2 非电量控制器 电器的工作是靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器 如刀开关 行程开关 按钮 速度继电器压力继电器 温度继电器等 二 低压电器的发展方向 目前正沿着体积小 重量轻 安全可靠 使用方便的方向发展 大力发展电子化的新型控制电器 如接近开关 光电开关 电子式时间继电器 固态继电器与接触器等以适应控制系统迅速电子化的需要 2 1 2主令电器 主令电器是用来发布命令 改变控制系统工作状态的电器 主要有控制按钮 行程开关 接近开关开关等 一 控制按钮 按钮的外形图和结构常用于接通和断开控制电路 b 结构 a 外形图 按钮图形符号和文字符号 动合 常开 触头 动断 常闭 触头 复合触头 按钮的选择应根据使用场合 控制电路所需触点数目及按钮颜色等要求选用 数控机床上的按钮站 一般用 红色表示停止和急停 绿色表示起动 黑色表示点动 蓝色表示复位 另外还有黄 白等颜色 供不同场合使用 二 行程开关 作用 用来控制某些机械部件的运动行程和位置或限位保护 结构 行程开关是由操作机构 触点系统和外壳等部分成 分类 b 示意图 a 外形图 行程开关结构与按钮类似 但其动作要由机械撞击 行程开关的选择在选择行程开关时 应根据被控制电路的特点 要求 生产现场条件和触点数量等因素进行考虑 常用的行程开关有LX19 LX31 LX32 JLXK1等系列产品 符号 三 接近开关 接近开关又称无触点行程开关 它是一种非接触型的检测装置 1 作用 可以代替行程开关完成传动装置的位移控制和限位保护 还广泛用于检测零件尺寸 测速和快速自动计数以及加工程序的自动衔接等 2 特点 工作可靠 寿命长 功耗低 重复定位精度高 灵敏度高 频率响应快以及适应恶劣的工作环境等 3 分类 4 高频振荡型接近开关 振荡器振荡后 在感应头的感应面上产生交变磁场 当金属物体进入高频振荡器的线圈磁场 感应头 时 金属体内部产生涡流损耗 吸收了振荡器的能量 使振荡减弱以致停振 振荡与停振两种不同的状态 由整形放大器转换成二进制的开关信号 从而达到检测有无金属物的目的 5 常用接近开关 主要系列产品有LJ2 LJ6 LXJ18和35G等系列 6 接近开关的文字符号及图形符号 2 1 3组合开关 常用在机床的控制电路中 作为电源的引入开关或是自我控制小容量电动机的直接起动 反转 调速和停止的控制开关等 组合开关有单极 双极和多极之分 它由动触片 静触片 转轴 手柄 凸轮 绝缘杆等部件组成 当转动手柄时 每层的动触片随转轴一起转动 使动触片分别和静触片保持接通和分断 为了使组合开关在分断电流时迅速熄弧 在开关的转轴上装有弹簧 能使开关快速闭合和分断 组合开关外形图 组合开关的图形符号和文字符号 a 单极 b 三极 额定电压额定电流有10A 25A 60A等极数 2 1 4 低压断路器 自动开关 低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器 简称自动开关 一 低压断路器的作用及分类 作用 用于电动机和其他用电设备的电路中 在正常情况下 它可以分断和接通工作电流 当电路发生过载 短路 失压等故障时 它能自动切断故障电路 有效地保护串接于它后面的电器设备 还可用于不频繁地接通 分断负荷的电路 控制电动机的运行和停止 分类 框架式 万能式 塑料外壳式 装置式 锁钩 主触点手动闭合 过流脱扣器 衔铁 连杆装置 释放弹簧 过载脱扣器 二 低压断路器的结构和工作原理 触点系统和灭弧装置 用于接通和分断主电路 为了加强灭弧能力 在主触点处装有灭弧装置 脱扣器是断路器的感测元件 当电路出现故障时 脱扣器收到信号后 经脱扣机构动作 使触点分断 欠压脱扣器 过电流脱扣器 过载脱扣器脱扣机构和操作机构是断路器的机械传动部件 当脱扣结构接收到信号后由断路器切断电路 三 低压断路器的图形符号和文字符号 四 低压断路器的主要技术参数 额定电压额定电流极数脱扣器型整定电流范围分断能力动作时间等 五 低压断路器的选用原则 1 根据电气装置的要求确定断路器的类型2 根据对线路的保护要求确定断路器的保护形式3 低压断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路 设备的正常工作电压和工作电流4 低压断路器的极限通断能力大于或等于电路最大短路电流5 欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压6 过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流 2 1 5接触器 一 接触器的用途和分类 用途 用来频繁接通和断开电动机或其他负载主电路 是机床电动机主电路中最重要的控制电器 分类 接触器分为 交流接触器直流接触器 二 接触器的结构 电磁系统 电磁系统由 铁心衔铁励磁线圈 等几部分组成 常用的磁路结构1 衔铁2 铁心3 线圈 触头系统 触头分为 主触头 用于通断电流较大的主电路 辅助触头 用于通断电流较小的控制电路 灭弧装置 作用 用来迅速熄灭主触点在分断电路时所产生的电弧 保护触点不受电弧灼伤 并使分断时间缩短 灭弧措施 1 机械灭弧 2 磁吹灭弧 3 窄缝灭弧 4 栅片灭弧 栅片灭弧1 熄弧栅片2 触点3 电弧 三 接触器的工作原理 当接触器的励磁线圈通电后 在衔铁气隙处产生电磁吸力 使衔铁吸合 由于主触点支持件与衔铁固定在一起 衔铁吸合带动主触点也闭合 接通主电路 与此同时 衔铁还带动辅助触电动作 使动合触点闭合 动断触点断开 当线圈断电或电压显著降低时 电磁吸力消失或变小 衔铁在复位弹簧的作用下打开 使主 辅触电恢复到原来的状态 把电路切断 四 交流接触器 交流接触器用于远距离控制电压至380V 电流至600A的交流电路 以及频繁起动和控制交流电动机的控制电器 常用的交流接触器产品 国内有NC3 CJ46 CJ12 CJ10X CJ20 CJX1 CJX2等系列 引进国外技术生产的有B系列 3TB 3TD LC D等系列 CJ20系列交流接触器的主触点均做成三极 辅助触点则为两动合两动断形式 此系列交流接触器常用于控制笼型电动机的起动和运转 结构示意图 1 动触头2 静触头3 衔铁4 缓冲弹簧5 电磁线圈6 铁心7 垫毡8 触头弹簧9 灭弧罩10 触头压力簧片 五 直流接触器 直流接触器与交流接触器的工作原理相同 结构也基本相同 不同之处是 铁心线圈通以直流电 不会产生涡流和磁滞损耗 所以不发热 为方便加工 铁心由整块软钢制成 为使线圈散热良好 通常将线圈绕制成长而薄的圆筒型 与铁心直接接触 易于散热 常用的直流接触器有 CZ0 CZ18等系列 六 接触器的图形和文字符号 KM KM KM 线圈常开 动合 触头常闭 动断 触头 七 接触器的主要技术参数 1 额定电压2 主触头额定电流3 辅助触头额定电流4 主触点和辅助触点数目5 吸引线圈额定电压6 接通和分断能力 八 接触器的选用 选用接触器的原则 1 控制交流负载应选用交流接触器 控制直流负载则选用直流接触器 2 接触器的使用类别应与负载性质相一致 3 主触点额定电压应大于或等于负载回路的额定电压 4 主触点的额定电流应大于或等于负载的额定电流 5 吸引线圈电流种类和额定电压应与控制回路电压相一致 接触器在线圈额定电压85 及以上时应能可靠吸合 6 接触器的主触点和辅助触点的数量应满足控制系统的要求 使用类别 继电器 交流接触器按使用类别分为12种 使用类别代号和相应典型用途举例如下 继电器是一种利用电流 电压 时间 温度等信号的变化来接通或断开所控制的电路 以实现自动控制或完成保护任务的自动电器 2 1 6继电器 一 中间继电器 中间继电器和接触器的结构和工作原理大致相同 主要区别 接触器的主触点可以通过大电流 继电器的体积和触点容量小 触点数目多 且只能通过小电流 所以 继电器一般用于机床的控制电路中 线圈常开触头常闭触头 二 时间继电器 时间继电器是从得到输入信号 线圈通电或断电 起 经过一段时间延时后触头才动作的继电器 适用于定时控制 数控机床中一般由计算机软件实现时间控制 时间继电器的文字符号和图形符号 a 一般线圈符号b 通电延时线圈c 断电延时线圈d 延时闭合的动断触点e 延时断开的动断触点f 延时断开的动合触点g 延时闭合的动断触点h 瞬时动合触点i 瞬时动断触点 2 1 7保护电器 热继电器 电流继电器 熔断器 灭弧器 电压继电器 热继电器 外形结构 a 外形 b 结构 导板 触点 热元件 手动复位按钮 触点接线柱 主电路接线柱 电流调节凸轮 热继电器 作用及分类 热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的保护电器 专门用来对连续运转的电动机进行过载及断相保护 以防电动机过热而烧毁 热继电器工作原理 发热元件接入电机主电路 若长时间过载 双金属片被加热 因双金属片的下层膨胀系数大 使其弯曲 推动导板运动 常闭触点断开 热继电器主要参数及常用型号 常用的热继电器有JR0 JR14 JR15 JR16 JR20等系列 热继电器的基本技术数据可查阅有关资料 热继电器的选择1 根据实际要求确定热继电器的结构类2 根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号 热元件的电流等级和整定电流 电流继电器 根据输入电流大小而动作的继电器 使用时 电流继电器的线圈和被保护的设备串联 其线圈匝数少而线径粗 阻抗小 分压小 不影响电路正常工作 a 过电流继电器线圈b 欠电流继电器线圈c 动合触点d 动断触点 电压继电器 根据输入电压大小而动作的继电器 使用时 电压继电器的线圈与负载并联 其线圈匝数多而线径细 熔断器 用于低压线路中的短路保护 常用的熔断器有插入式熔断器 螺旋式熔断器 管式熔断器和有填料式熔断器 FU 熔断器的选择 1 根据线路的要求 使用场合和安装条件选择熔断器类型 2 熔断器额定电压应大于或等于线路的工作电压 3 熔断器额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流 4 熔体额定电流的选择1 电路上 下两级都装设熔断器时 为使两级保护相互配合良好 两极熔体额定电流的比值不小于1 6 1 2 用于电炉 照明等电阻性负载的短路保护 熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流 3 保护一台异步电动机时 考虑电动机冲击电流的影响 熔体的额定电流按下式计算 IfN 1 5 2 5 IN式中 IfN 熔体额定电流 IN 电动机额定电流4 保护多台异步电动机时 若各台电动机不同时起动 则应按下式计算 IfN 1 5 2 5 INmax IN 灭弧器 阻容吸收装置 用途 消除交流电路中感性负载如 接触器等通断操作中的接点火花干扰 结构 由一个电阻和一个电容串联而成 分类 分为单相和三相 2 1 8变压器及直流稳压电源 变压器 直流稳压电源 变压器 作用 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 1 机床控制变压器适用于50HZ 60HZ 输入电压不超过交流600V的电路 常作为各类机床机械设备中一般电器的控制电源和步进电动机驱动器 局部照明及指示灯的电源 2 三相变压器在三相交流系统中 三相电压的变换一般采用三相变压器来实现 在数控机床中三相变压器主要是给伺服系统供电 3 变压器的选择机床常用控制变压器型号有 JBK系列 BK系列等 变压器主要参数有 初级电压 次级电压 1 根据实际负载情况选择初级额定电压U1 再选择次级额定电压U2 U3 2 根据实际负载情况 确定各次级绕组额定电流I1 I2 一般绕组的额定输出电流应大于或等于额定负载电流 3 次级额定容量由总容量确定 总容量算法 P2 U2I2 U3I3 U4I4 直流稳压电源 功能 将非稳定交流电源变成稳定直流电源 在数控机床电气控制系统中 为驱动器控制单元 直流继电器 信号指示灯等提供直流电源 图形符号及文字符号 1 开关电源被称作高效节能电源 GZM U40型开关电源的外观图 主要参数 输入AC电压 输入频率 冷态冲击电流 保护方式 启动上升保持时间 安全标准 输出电压调整 纹波噪声 效率等 2 一体化电源是采用外壳传导冷却方式的AC DC开关电源 4NIC系列电源的型号含义 外形图 3 直流稳压电源的选择选择时主要考虑 电源的输出功率 输出路数 电源的尺寸 电源的安装方式和安装孔位 电源的冷却方式 电源在系统中的位置及走线 环境条件 绝缘强度 电磁兼容性 2 2机床电气控制系统识图 2 2 1电气原理图 2 2 2电器元件布置图 2 2 4电气识图方法与步骤 2 2 3电气安装接线图 2 2 1电气原理图 电气控制系统图 指根据国家电气制图标准 用规定的电气符号 图线来表示系统中各电气设备 装置 元器件的连接关系的电气工程图 电气控制系统图包括 1 电气原理图2 电器元件布置图3 电气安装接线图电气原理图 表示电流从电源到负载的传送情况和各电气元件的动作原理及相互关系 而不考虑各电器元件实际安装的位置和实际连线情况 一 文字符号和图形符号 1 文字符号用来表示电气设备 装置 元器件的名称 功能 状态和特征的字符代码 例如 FR表示热继电器 2 图形符号用来表示一台设备或概念的图形 标记或字符 例如 表示交流 表示电阻等 国家电气图用符号标准GB T4728规定了电气简图中图形符号的画法 该标准及国家电气制图标准GB T6988于1997年1月1日正式开始执行 二 电气原理图绘制原则 主电路用粗线条画在左边 控制电路用细线条画在右边 电器元件 采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示 需要测试和拆 接外部引线的端子 应用图形符号 空心圆 表示 电路的连接点用 实心圆 表示 同一电器元件的各部件可不画在一起 但文字符号要相同 若有多个同一种类的电器元件 可在文字符号后加上数字符号的下标 如KM1 KM2等 所有按钮 触点均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出 控制电路的分支电路 原则上按动作顺序和信号流自上而下或自左至右的原则绘制 电路图应按主电路 控制电路 照明电路 信号电路分开绘制 直流和单相电源电路用水平线画出 一般画在图样上方 相序自上而下排列 中性线 N 和保护接地线 PE 放在相线之下 主电路与电源电路垂直画出 控制电路与信号电路垂直画在两条水平电源线之间 耗电元件 如电器的线圈 电磁铁 信号灯等 直接与下方水平线连接 控制触点连接在上方水平线与耗电元件之间 当图形垂直放置时 各元器件触点图形符号以 左开右闭 绘制 当图形为水平放置时以 上闭下开 绘制 电气原理图 三 图区的划分 在图样的下方沿横坐标方向划分图区 并用数字编号 同时在图样的上方沿横坐标方向划区 分别标明该区电路的功能 四 符号位置的索引 元件的相关触点位置的索引用图号 页次和区号组合表示 接触器和继电器的触点位置可采用附图的方式表示 五 主电路各接点标记 三相交流电源引入线采用L1 L2 L3标记 电源开关之后的分别按U V W顺序标记 分级三相交流电源主电路可采用1U 1V 1W 2U 2V 2W等 各电动机分支电路各接点可采用三相文字代号后面加数字来表示如 U11 U21等 数字中的十位数字表示电动机代号 个位数字表示该支路的接点代号 控制电路采用阿拉伯数字编号 一般由三位或三位以下的数字组成 2 2 2 电器元件布置图 电器元件布置图详细绘制出电气设备 零件的安装位置 图中各电器代号应与有关电路和电器清单上所有元器件代号相同 2 2 3安装接线图 安装接线图是用来表明电气设备各单元之间的接线关系 图中表明了电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接 是实际安装接线的依据 2 2 4电气识图方法与步骤 识图方法1 结合电工基础知识识图在掌握电工基础知识的基础上 准确 迅速地识别电气图 如改变电动机电源相序 即可改变其的旋转方向的控制 2 结合典型电路识图典型电路就是常见的基本电路 如电动机的起动 制动 顺序控制等 不管多复杂的电路 几乎都是由若干基本电路组成的 因此 熟悉各种典型电路 是看懂较复杂电气图的基础 3 结合制图要求识图在绘制电气图时 为了加强图纸的规范性 通用性和示意性 必须遵循一些规则和要求 利用这些制图的知识能够准确地识图 识图步骤1 准备 了解生产过程和工艺对电路提出的要求 了解各种用电设备和控制电器的位置及用途 了解图中的图形符号及文字符号的意义 2 主电路 首先要仔细看一遍电气图 弄清电路的性质 是交流电路还是直流电路 然后从主电路入手 根据各元器件的组合判断电动机的工作状可 如电动机的起停 正反转等 3 控制电路 分析完主电路后 再分析控制电路 要按动作顺序对每条小回路逐一分析研究 然后再全面分析各条回路间的联系和制约关系 要特别注意与机械 液压部件的动作关系 4 最后阅读保护 照明 信号指示 检测等部分 2 3机床电气控制系统基本环节 2 3 1笼型异步电动机直接起动控制 2 3 2笼型异步电动机正反转控制 2 3 4笼型异步电动机制动控制 2 3 5按顺序工作时的联锁控制 2 3 3笼型异步电动机降压起动控制 2 3 1笼型异步电动机直接起动控制 点动控制 连续运转控制 既能长动又能点动的控制电路 点动控制 点动按钮 KM主触头闭合 按下SB KM线圈得电 松开SB KM线圈断电 KM主触头复位 电动机断电停转 电动机M通电起动 工作过程 先接通电源开关QS 常用于机床主轴或工作台的调整 机床的试车 检修等 连续运转控制 自锁触头 短路保护 过载保护 停止按钮 起动按钮 工作过程 先接通电源开关QS 按下SB2 KM线圈得电 KM主触头闭合电动机运转KM动合辅助触头闭合自锁 按下SB1 KM线圈断电 电动机停 既能长动又能点动的控制电路 复合按钮点动按钮 停止按钮 起动按钮 按下SB2 KM得电自锁 电动机连续运转 按下SB1 KM断电 电动机停转 按下点动按钮SB3 KM得电 电动机运转 松开SB3 KM断电 电动机停转 点动按钮SB3的作用 1 使接触器线圈KM通电 2 使线圈KM不能自锁 2 3 2电动机的正反转控制 用于机床工作台的前进与后退或主轴的正反转等 由电动机原理可知 只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调 就可改变电动机的转动方向 需要用两个接触器来实现这一要求 当正转接触器工作时 电动机正转 当反转接触器工作时 将电动机接到电源的任意两根联线对调一下 电动机反转 1 按钮控制的正反转控制电路 正转 反转 电气互锁 按钮联锁 1 接触器互锁的正反转控制 完成 正转 停 反转 或 反转 停 正转 的电气控制 线路的动作原理 合上电源开关QS 按SB1 正转控制 按SB2 KM1线圈得电 KM1自锁触头闭合KM1主触头闭合KM1互锁触头断开 电动机M正转 KM1线圈失电 电动机M停转 反转控制 按SB3 KM2线圈得电 电动机M反转 正转按钮 反转按钮 互锁 2 按钮接触器联锁的正反转控制 可实现 正 反 停 或 反 正 停 的操作控制 线路的动作原理 按下SB2 KM1得电 电动机正转 按下SB3 KM1断电KM2得电 电动机反转 正转 反转 按钮联锁 2 行程开关控制的正反转电路 自动往返运动 2 3 3笼型异步电动机降压起动控制 定子串电阻降压起动 Y 降压起动 定子串电阻降压起动 工作原理 停止 起动 按下SB2 KM1得电 KT得电 计时 电电动阻机起串动 KM2得电 电动机全压运行 图中电动机由降压起动转为全压运行后KM1和KT均断电 只有KM2得电 按下SB1 电动机停 Y 降压起动 一 三个接触器控制的电路 工作原理 起动 按下SB2 KM1得电KM3得电KT得电 Y起动 Y接 KM3断电 KM2通电KM1仍得电 运行 接 停止 Y 降压起动 二 两个接触器控制的电路 练习分析工作原理 2 3 4笼型异步电动机的制动控制