《数控机床电气控制》第一章

（1）机床常用电器特点、原理及选用（2）机床控制线路的基本环节的分析方法（3）典型普通机床电气控制线路的特点与原理（4）机床电气控制线路的设计方法和步骤（5）可编程序控制器的工作原理（6）可编程序控制器的指令与实际应用（7）数控系统与伺服驱动系统的原理（8）典型数控机床电气控制系统的原理本课程主要的知识点：

（1）正确选用机床常用电器的能力（2）分析机床控制电路基本环节的能力（3）具有对不太复杂的机床控制电路的设计能力（4）分析可编程控制器的工作原理的能力（5）能根据生产工艺过程和控制要求正确编制PLC程序的能力（6）分析数控机床电气控制系统的能力学习本课程应达到的能力：第一节机床常用电器的选择（课时4）第二节机床电气原理图的画法及阅读方法（课时1）第三节三相异步电动机的起动（课时2）第四节三相异步电动机的运行（课时1）第五节三相异步电动机的制动（课时1）第六节电动机保护（课时1）第一章机床控制线路的基本环节

(1)低压电器的结构、工作原理。(2)控制线路的基本环节的工作原理、分析方法。本章重点：

通过本章的学习，要求读者具有正确选用机床常用电器的能力、分析机床控制电路基本环节的能力和看懂电气控制原理图的能力。

本章的能力要求:

第一节

机床常用电器的选择一、开关电器

1.刀开关主要用于接通和切断长期工作设备的电源及不经常起动及制动、容量小于7.5kW的异步电动机。刀开关分单极、双极和三极。刀开关在电气原理图中的图形及文字符号如图所示。

（1）其额定电流要大于电动机额定电流的三倍。

（2）根据电源种类、电压等级、所需级数及使用场合。刀开关选择：目前生产的产品常用型号系列有HD和HS等。2．组合开关

在机床电气控制中主要用作电源开关，不带负载接通或断开电源，供转换之用；也可以直接控制5kW以下的异步电动机的起动、停止等，组合开关不适于频繁操作的场所使用。开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5～2.5倍。

组合开关的图形符号和文字符号如图所示。

主要根据电源种类、电压等级、所需触头数及电动机容量进行选用。组合开关的常用产品有HZ5、HZ10系列。

3．低压断路器(自动空气开关)它常作为不频繁接通和断开电路的总电源开关或部分电路的电源开关，当发生过载、短路或欠压故障时能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电器设备。

(1)塑料外壳式断路器

机床常用的DZl0、DZl5、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以下和直流电压220V以下的电路，作不频繁地接通和断开电路用。

(2)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。机床常用DZ30－32、DZ47－60等系列的小型断路器。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。

低压断路器电气图形及文字符号如图所示。

1）额定电压和额定电流应不小于电路的正常工作电压和工作电流。2）各脱扣器的整定：①热脱扣器的整定电流应与所控制的电动机的额定电流或负载额定电流相等；②失压脱扣器的额定电压等于主电路额定电压；③电流脱扣器（过电流脱扣器）的整定电流应大于负载正常工作时的尖峰电流，对于电机负载，通常按起动电流的1.7倍整定。

低压断路器的选择：二、主令电器

控制系统中，主令电器是一种专门发布命令、直接或通过电磁式电器间接作用于控制电路的电器，常用来控制电力拖动系统中电动机的起动、停车、调速及制动等。常用的有控制按钮、限位开关、万能转换开关等。

1．控制按钮

在控制电路中发出手动指令远距离控制其他电器，再由其他电器去控制主电路或转移各种信号，也可以直接用来转换信号电路和电器联锁电路等。每个按钮中触点的形式和数量可按需要装配成1常开、1常闭到6常开、6常闭形式。

指示灯按钮内可装入信号灯显示信号，紧

急式按钮装有蘑菇形钮帽，以便于紧急操作；另外，还有旋钮式、钥匙式按钮。一般使用时用红色表示停止按钮，绿色表示起动按钮。常用的按钮种类有LA2、LA18、LA19、LA20、LA25等系列。按钮图形和文字符号如图所示。

按钮选择的主要依据是使用场所、所需要的触头数量、种类及颜色。

2.限位开关

限位开关又称位置开关，其作用是将机械位移转换成电信号，使电动机运行状态发生改变，即按一定行程自动停车、反转、变速或循环。用来控制机械运动或实现安全保护。限位开关的图形符号和文字符号如图所示。

目前国内生产的限位开关有LXK3、3SE3、LX19、LX32、JL33等系列。其中，3SE3系列为引进西门子公司技术生产的，该系列开关额定电压为500V，额定电流为10A。

在实际应用中，限位开关的选择主要从以下几方面考虑：

1)根据机械位置对开关的要求；

2)根据控制对象对开关触点数目的要求。接近开关(无触点式限位开关)有一对常开、常闭触头。它不仅能代替有触头限位开关来完成行程控制和限位保护，还可以用于高频记数、测速、液面控制、零件尺寸检测、加工程序的自动衔接等场合。接近开关图形与文字符号如图所示。

其主要系列型号有LJ2、LJ6、LXJ6、XJ18和3SG、LXT3等。

接近开关的选用主要从以下几方面考虑：

1)因价格高，仅用于工作频率高，可靠性及精度要求均较高的场合。

2)按动作距离要求选择型号、规格。

3．万能转换开关

万能转换开关是一种多档式、控制多回路的主令电器。广泛应用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动机远距离控制等，也常作为电压表、电流表的换相开关，还可用于控制小容量的电动机。常用万能转换开关有LW5和LW6系列。

脚踏开关是一种特定形式的微动开关，它是将脚踏板和微动开关组合在一起的控制电器。脚踏开关电气图形及文字符号如图所示。4.脚踏开关

三、熔断器当电路发生短路或严重过载时，熔断器的熔体自身发热而熔断，从而分断电路的电器。熔断器主要用于短路保护。熔断器一般由熔体和底座等组成。熔断器的类型分为瓷插（插入）式、螺旋式和封闭管式三种。熔断器的图形符号及文字符号如图所示。

选择熔断器时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。

熔断器的额定电压必须等于或高于熔断器工作的电路额定电压，额定电流必须等于或高于熔断器工作的电路额定电流。电路保护用熔断器熔体的额定电流，基本上可按电路的额定负载电流来选择。

电动机回路中作短路保护时，对于单台直接起动电动机，应按下式计算：Ifu=（1.5～2.5）INIIN

——

电动机的额定电流。

对于多台直接起动电动机，应按下式计算：

Ifu=（1.5～2.5）Inmax+∑IN

INmax——

功率最大的一台电动机额定电流。

∑IN

——

其余电动机额定电流之和。四、接触器

接触器是一种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。接触器种类分为直流、交流两种，机床上应用最多的是交流接触器。目前我国常用的交流接触器主要有：CJ20、CJX1、CJX2、CJ12和CJ10等系列，引进德国BBC公司制造技术生产的B系列，德国SIEMENS公司的3TB系列等。

接触器的图形符号及文字符号如图所示。

选择交流接触器时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。PNIC=K=1～1.4

KUN

交流接触器的额定电压（指主触点的额定电压）一般为500V或380V两种，应大于或等于负载电路的电压。

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。触点数量和种类应满足主电路和控制电路的要求。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。

五、继电器

继电器是一种根据电量参数（电压、电流）或非电量参数（时间、温度、压力等）的变化自动接通或断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。中间继电器其主要用途是当其他电器的触点数量或触点容量不够时，可借助中间继电器来增加它们的触点数量或触点容量，起到中间信号的转换和放大作用。中间继电器的图形符号和文字符号如图所示。1.中间继电器

常用的中间继电器有JZ7、JZ8等系列。适用于交流电压380V、电流5A以下的控制电路。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。

2．时间继电器

从得到输入信号起，需经过一定的延时后才能输出信号的继电器称为时间继电器。时间继电器有通电延时型和断电延时型两种。通电延时时间继电器是线圈通电，触点延时动作；断电延时时间继电器是线圈断电，触点延时动作。时间继电器的图形符号和文字符号如图所示。

选择时应考虑：延时触点的延时方式、数目。3．热继电器

利用热继电器进行过载保护。热继电器的图形符号和文字符号如图所示。

热继电器由于其热惯性，当电路短路时不能立即动作切断电路。因此，不能用作短路保护。常用的热继电器有JR0、JR10系列。热继电器的整定电流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。当热继电器通过的电流为其整定电流的20％时，在一定时间动作。

4．速度继电器

速度继电器又称为反接制动继电器。它主要用于笼型异步电动机的反接制动控制电路中，当反接制动的转速下降到接近零时能自动地及时切断电源。

速度继电器的图形符号和文字符号如图所示。

机床上常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型两种。

六、控制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。

变压器的选择是依据变压器的额定值

P=KΣPi

K=1.1～1.25

七、直流稳压电源（开关电源）

选择开关电源时需要考虑电源的输出电压路数、电源的尺寸、环境条件等条件。

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。第二节机床电气原理图的画法及阅读方法

一、电气原理图的画法电气原理图是为了便于阅读和分析控制线路，根据简单清晰的原则，采用电气元件展开的形式绘制成的表示电气控制线路工作原理的图形。

1.绘制电气原理图的基本规则

1）电气原理图一般分为主电路、控制电路、辅助电路，主电路就是从电源到电动机绕组的大电流通过的路径，控制电路是由接触器、继电器的吸引线圈和辅助触点以及热继电器、按钮的触点等组成，辅助电路包括照明灯、信号灯等电器元件。控制电路、辅助电路中通过的电流较小。一般主电路用粗实线表示，画在左边（或上部）；辅助电路用细实线表示，画在右边（或下部）。2）在原理图中，各电器元件不画实际的外形图，而采用国家规定的统一标准来画，文字符号也要符合国家标准。属于同一电器的线圈和触点，都要用同一文字符号表示。当使用相同类型电器时，可在文字符号后加注阿拉伯数字序号来区分。3）同一电器的各个部件可以不画在一起，但必须采用同一文字符号标明。若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号，如KM1、KM2。4）元器件和设备的可动部分在图中通常均以自然状态画出。所谓自然状态是指各种电器在没有通电和外力作用时的状态。对于接触器、电磁式继电器等是指其线圈未加电压，而对于按钮、限位开关等，则是指其尚未被压合。5）在原理图中，有直接电联系的交叉导线的连接点，要用黑圆点表示。无直接电联系的交叉导线，交叉处不能画黑圆点。6）在原理图中，无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般应按动作顺序从上到下，从左到右依次排列，可水平布置或垂直布置。2.图面区域的划分图面分区时，竖边从上到下用拉丁字母，横边从左到右用阿拉伯数字分别编号。分区代号用该区域的字母和数字表示。图区横向编号下方的“电源开关及保护”……等字样，表明它对应的下方元件或电路的功能，以便于理解全电路的工作原理。

3.符号位置的索引图号

页次图区号

在较复杂的电气原理图中，对继电器、接触器的线圈的文字符号下方要标注其触点位置的索引；而在触点文字符号下方要标注其线圈位置的索引。符号位置的索引，用图号、页次和图区编号的组合索引法。4.技术数据的标注电气元件的技术数据，除在电气元件明细表中标明外，有时也可用小号字体标在其图形符号的旁边。二、电气原理图阅读和分析方法1．查线读图法查线读图法是按照线路根据生产过程的工作步骤依次读图。

（1）了解生产工艺与执行电器的关系

（2）分析主电路

（3）分析控制电路

2.逻辑代数法

逻辑代数法又称间接读图法，是通过对电路的逻辑表达式的运算来分析控制电路的，其关键是正确写出电路的逻辑表达式。

通常把继电器、接触器、电磁阀等线圈通电或按钮、限位开关受力（其常开触点闭合接通），用逻辑“1”表示。把线圈失电或按钮、限位开关未受力（其常开触点断开），用逻辑“0”表示。

在继电接触器控制线路中，把表示触点状态的逻辑变量称为输入逻辑变量；把表示继电器、接触器等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。输出逻辑变量是根据输入逻辑变量经过逻辑运算得出的。输入、输出逻辑变量的这种相互关系称为逻辑函数关系。（1）逻辑与

逻辑与用触点串联来实现。

KM=KA1·KA2（3）逻辑非

逻辑非实际上就是触点状态取反。

KM=KA（2）逻辑或

逻辑或用触点并联电路实现。

KM=KA1+KA2基本逻辑图如图所示。（1）组合开关、控制按钮、熔断器、接触器、中间继电器、时间继电器、热继电器等电气元器件的作用、图形及文字符号。（2）电气原理图的画法规则。（3）电气原理图的阅读和分析方法。知识回顾：第三节三相异步电动机的起动一、直接起动

点动：按下按钮，电动机工作，松开按钮，电动机停。长动：按下按钮，松开，电动机连续工作。

1.点动控制线路

接通电源开关QS→按下起动按钮SB→接触器线圈KM通电，常开主触点闭合→电动机M接通。松开SB→线圈KM断电→M停止。

原理：2.长动控制线路

接通电源开关QS→按下起动按钮SB2→接触器KM吸合→接触器KM辅助常开触点闭合→电动机M运行→松开按钮SB2→M继续运行。按下停止按钮SB1→KM线圈断电，接触器所有触点断开→M停转。原理：自锁（自保）：依靠接触器自身的辅助触点来使