项目数控机床电气控制基础知识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,项目1 数控机床电气控制基础知识,本章要点,数控机床常用低压电器的功能、技术参数；,常用低压电器的图形文字符号及使用方法；,组成电气控制线路的基本规律；,三相异步电动机基本知识介绍；,数控机床电气原理图的画法规则；,自锁及正反转控制规律的典型应用。,技能目标,熟悉数控机床常用低压电器分类和用途;,掌握低压断路器、熔断器、继电器、接触器、主令电器图形与文字符号的使用方法；,掌握电气原理图的画法规则；,理解数控机床电气控制线路的基本规律；,掌握三相异步电动机的启动和制动控制电路；,通过两个典型的实操训练项目来进一步理解和掌握理论内容。,项目案例导入,在生产上使用三相异步电动机提供的动力来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵设备。,三相异步电动机是由各种有触点的接触器、按钮等低压电器组成的电器控制电路，实现其启动、正转、反转、制动等控制的。这种控制系统称为继电器接触器控制系统。,通过三相异步电动机具有热过载保护的控制电路进行案例导入。,提示:控制电路中的QS、FU、KM、FR、SB等文字符号的含义及其代表的电器元件的作用是什么？控制电路是怎样控制主电路工作的？,1.1数控机床常用低压电器,1.1.1 低压电器概述,1.1.2 低压断路器,1.1.3 接触器,1.1.4 继电器,1.1.5 熔断器,1.1.6 主令电器,1.1.7 变压器,1.1.1低压电器概述,电器是指对电能的生产、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。 低压电器指工作在交流50HZ，额定电压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。,1.低压电器的分类,按用途分类,用于各种控制,电路和控制系统的,电器，如接触器、,继电器等。,控制电器,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。,主令电器,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。,执行电器,用于保护电路,及用电设备的,电器，如熔断器、,热继电器等。,保护电器,用于电能的输送,和分配的电器。,如低压断路器、,隔离器。,配电电器,1.低压电器的分类,按工作原理分类,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。,电磁式电器,电器的工作是靠,外力或某非电物理量的,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。,控制电器,2. 电磁式低压电器的基本结构,电磁机构,触头系统,灭弧装置,基本结构,电磁机构,电磁机构由,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,点接触式: 用于电流不大的场合,面接触式:用于电流较大的场合,触头系统,结构有,桥式,指式,:适合于触头分合次数多、电流大的场合,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,1.1.2 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，简称自动开关。,QF,低压断路器的外形图,低压断路器的图形及文字符号,返回,1.低压断路器的作用和分类,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）,2.低压断路器的工作原理示意图,锁钩,过流,脱扣器,欠压,脱扣器,衔铁,连杆装置,释放弹簧,过载脱扣器,3.低压断路器的工作过程,低压断路器的主触点靠操作机构手动或电动合闸的。主触点闭合后，自由脱扣机构的锁钩将主触点锁在合闸位置上。过流脱扣器的的线圈和过载脱扣器的热元件与主电路串联，欠压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路时，过流脱扣器的衔铁被吸合，使自由脱扣机构的锁钩脱开，主触点断开。当电路过载时，过载脱扣器的热元件发热使双金属片弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠压脱扣器的衔铁被释放，也使自由脱扣机构动作。使断路器触点分离，从而在过流与零压、欠压时保证了电路及电路中设备的安全。,返回,1.1.3接触器,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。通常分为交流接触器和直流接触器。,接触器外形图,图形符号与文字符号,返回,1.,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。,2.,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、LCD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。,3.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。,4.,接触器的选用,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。,接触器的使用类别应与负载性质相一致。,主触点额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。,主触点的额定电流应大于或等于负载的额定电流。,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。,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。,返回,1.1.4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。继电器和接触器的工作原理一样，主要区别在于，接触器的主触点可以通过大电流，而继电器的触点只能通过小电流。所以继电器只能用于控制电路中。,返回,1.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。,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,U,KV,U,KV,a)过电压继电器线圈 b)欠电压继电器线圈 c)动合触点 d)动断触点,2.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。,按用途分为,过电流继电器：当电路发生短路及过流时立即切断电路,欠电流继电器：当电路电流过低时立即切断电路,I,KI,I,KI,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,3.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。,KA,KA KA,线圈 常开触头 常闭触头,4.热继电器,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。按相数分为两相热继电器和三相热继电器。,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，常,闭触点断开。,触点接线柱,热元件,导板,触点,主电路接线柱,电流调节凸轮,手动复位按钮,(a) 外形,(b) 结构,热继电器的由热元件、触点系统、动作机构、复位机构、整定电流装置和温度补偿元件等器件组成。,热继电器主要参数及常用型号,主要参数,1,.热继电器额定电流：指可以安装的热元件的最大整定电流,2.相数,3.热元件额定电流：指热元件的最大整定电流。,4.整定电流：指,长期通过热元件而不引起热继电器动作的最大电流。按电动机额定电流整定。,5.调节范围：,是指手动调节整定电流的范围。,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。,a) 热元件 b) 动断触点,FR,返回,5.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。,按工作原理分,空气阻尼式,电磁式,电动式,电子式等。,按延时方式分,通电延时型,断电延时型,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),b),c),d),e),f),g),h),i),KT,KT,KT,KT,KT,KT,KT,KT,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,1.1.5 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（1.52.5）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,返回,1.1.6 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。,1.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。,(a) 外形图,常闭触点,常开触点,(b) 结构,按钮图形符号和文字符号,SB,SB,SB,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。,2.行程开关,未撞击,撞击,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,常开（动合）触点,常闭（动断）触点,SQ,SQ,3、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：,按工作原理分为,高频振荡型,电容型,永久磁铁型,霍尔效应型,(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,a)动合触点,SQ,b)动断触点,SQ,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。,组合开关示意图,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,1.1.7 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=U2I2+U3I3+U4I4+,返回,1.2 数控机床电气控制原理图,1.2.1 电气原理图,1.2.2 电气元件布置图及安装接线图,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，而不考虑各电器元件实际安装的位置和实际连线情况。,1.文字符号与图形符号,(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。,2.电气原理图绘制规则,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。,电气原理图绘制规则,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。,普通车床电气原理图,3.,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。,图 0 8,/,26,/,B,2,图区行号，列号（无行号时只写列号）,页次（仅一页时可省略,）,图号（只有一个多页图样时，可省略）,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。,左栏 中栏 右栏,主触点的图区号,辅助动合触点的图区 号,辅助动断触点的图区 号,接触器各栏的含义：,继电器各栏的含义：,左栏 右栏,动合触点的图区号,动断触点的图区 号,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。,电气识图方法与步骤,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。,1.2.2、,电器元件布置图和安装接线图,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。,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,1.3 数控机床电气控制线路的基本规律,1.3.1 自锁控制,1.3.2 互锁控制,1.3.3 联锁控制,1.3.1,自锁控制,KM,SB1,SB2,KM,QS,KM,FR,M,3 ,L1,L2,L3,FR,FU1,FU2,短路保护,过载保 护,起动按钮,停止按 钮,自锁触 头,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,工作过程：先接通电源开关QS,保护环节,短路保护：FU1、FU2,过载保护：FR,欠压失压保护：KM自锁环节,1.3.2,互锁控制,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,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,反转控制：,按SB3,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,KM2线圈得电,电动机M反转,SB1,KM1,SB3,KM2,KM2,KM1,KM2,KM1,SB2,互锁,互锁,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,按下SB2,KM1得电,电动机正转,正转：,按下SB3,KM1断电,KM2得电,反转：,电动机反转,SB1,KM1,SB3,KM2,KM2,KM1,KM2,KM1,SB2,互锁,互锁,按钮联锁,1.3.3,联锁控制,工作原理：,按下SB2,KM1得电,M1起动,按下SB4,按下SB1,KM1断电KM2断电,M1；M2均停,KM2得电,M2起动,按下SB3,KM2断电,M2停,返回,