数控机床电气控制 第一章 数控机床电气系统

1、,1.1.1 概 述,1.1.2 主令电器,1.1 数控机床常用低压电器及选择,1.1.4 低压断路器,1.1.6 继电器,1.1.8 变压器及直流稳压电源,1.1.3 组合开关,1.1.5 接触器,1.1.7 保护电器,返 回,1.1.1 概 述,一、低压电器的分类,一、低压电器的分类,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。,返 回,1.1.2 主令电器,一、控制按钮,一、控制按钮,按钮的选择应根据使用场合、控制电路所需触点数目及

2、 按钮颜色等要求选用。,一、控制按钮,二、行程开关,二、行程开关,(a)外形图,(b)示意图,二、行程开关,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。,三、接近开关,三、接近开关,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。,三、接近开关,

3、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,返 回,1.1.3 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。,组合开关外形图,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。,返 回,1.1.4、低压断路器,低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称自

4、动开关。,返 回,一、低压断路器的作用及分类,二、低压断路器的结构和工作原理,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,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

5、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,返 回,1.1.5 接触器,一、接触器的用途和分类,二、接触器的结构,电磁系统,触点系统,灭弧装置,接触器结构,三、接触器的工作原理,四、交流接触器,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，

6、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,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,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

7、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,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：,返 回,1.1.6 继电器,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。,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

8、的控制电路中。,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,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,返 回,1.1.7 保护电器,热继电器,热继电器,热继电器,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，

9、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、R20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

10、线径细。,电压继电器分,过电压继电器：起过电压保护作用 欠电压继电器：起欠电压保护作用 零电压继电器：起零电压保护作用,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

11、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（1.52.5）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（1.52.5）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。,返 回,1.1.8 变压器及直流稳压电源,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50HZ60HZ，输入

12、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。,变压器,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=U2I

13、2+U3I3+U4I4+,变压器,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。,直流稳压电源,直流稳压电源,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

14、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。,直流稳压电源,返 回,1.2.1 电气原理图,1.2.2 电器元件布置图,1.2 机床电气控制系统识图,返 回,1.2.3 电气安装接线图,1.2.4 电气识图方法与步骤,1.2.1 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

15、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

16、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。,二、电气原理图绘制原则,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

17、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。,四、符号位置的索引,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；

18、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,返 回,1.2.2、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。,返 回,1.2.3 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。,返 回,1.2.4 电气识图方法与步骤,识图方法,1、结合电工基础

19、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

20、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。,返 回,1.3.1 笼型异步电动机直接起动控制,1.3.2 笼型异步电动机正反转控制,1.3 机床电气控制系统基本环节,返 回,1.3.3 笼型异步电动机降压起动控制,1.3.4 笼型异步电动机制动控制,1.3.5 按顺序工作时的联锁控制,1.3.1笼型

21、异步电动机直接起动控制,点动控制,既能长动又能点动的控制电路,连续运转控制,点动控制,常用于机床主轴或工作台的调整；机床的试车、检修等。,点动按钮,工作过程：先接通电源开关QS,电动机断电停转,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M通电起动,连续运转控制,短路保护,过载保 护,起动按钮,停止按 钮,自锁触 头,工作过程：先接通电源开关QS,既能长动又能点动的控制电路, 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

22、： (1) 使接触器线圈KM通电； (2) 使线圈KM不能自锁。,停止按钮,复合按钮 点动按钮,1.3.2 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。,一、按钮控制的正反转控制电路,按钮 联锁,一、按钮控制的正反转控制电路,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,正转按钮,反转按钮,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,按钮联锁,二、行程开关控制的正反转电路,自动往返运动：,1.3.3 笼型异步电动机降压起动控制,定子串电阻降压起动,起动,停止,Y -降压起动（一）,三个接触器控制的电路,Y接,接,起动,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）,1.3.4 笼型异步电动机的制动控制,反接制动控制线路,能耗制动控制电路,反接制动控制线路,工作原理：,能耗制动控制电路,（1）按时间原则控制的能耗制动线路