數(shù)控機床故障診斷與維修第一部分

1、數(shù)控機床故障診斷及維護數(shù)控機床故障診斷及維護 本書主要內容v項目1 數(shù)控機床強電回路故障診斷與維修v項目2 FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)的連接與調試v項目3 FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)中PMC控制的應用v項目4 SINUMERIK 802Se/Ce數(shù)控系統(tǒng)的連接與調試v項目5 SINUMERIK 802Se/Ce數(shù)控系統(tǒng)中PLC控制的應用v項目6 數(shù)控機床機械部件的結構與維修v項目7 數(shù)控機床典型故障診斷與維修v項目8 零件加工誤差分析與排除1. 數(shù)控機床故障診斷及維護的意義和要求 數(shù)控機床是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎設備。目前，我國從國外引進了大量的數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床，同時，我國在數(shù)控系統(tǒng)的研究和開發(fā)上也做

2、了也多年的研究，開發(fā)出了具有自主知識產權的數(shù)控系統(tǒng)，并與多家機床生產廠進行了配套，形成了一定的數(shù)控機床產銷規(guī)模。隨著工業(yè)化進程的加快，數(shù)控機床在制造領域的作用越來越重要。 但是，數(shù)控機床是很復雜的設備，即使只是一般的操作使用人員也必須具備一定的專業(yè)知識,而對于那些數(shù)控機床維護維修人員，則有相當高的專業(yè)技術水平的要求。數(shù)控機床故障診斷及維護的基本概念1.1 數(shù)控機床故障診斷及維護的目的 1.2數(shù)控機床故障診斷及維護的數(shù)控機床故障診斷及維護的主要內容主要內容v數(shù)控機床故障分類vCNC裝置故障v伺服系統(tǒng)故障v主軸系統(tǒng)故障v刀具系統(tǒng)故障v其它部位故障電源及電氣控制部分維修、維護的內容電源及電氣控制部分

3、維修、維護的內容(1)驅動電路(2)位置反饋電路(3)電源及保護電路(4)開/關信號連接電路特別注意：按鈕、行程開關、接近開關、繼電器、電磁閥等機床電器開關1.3數(shù)控機床的工作環(huán)境要求數(shù)控機床的工作環(huán)境要求 數(shù)控機床的工作環(huán)境數(shù)控機床的工作環(huán)境是指數(shù)控機床工作時的溫度、濕度、電網電壓、接地等諸多方面。如果忽視工作環(huán)境變化對數(shù)控機床的影響，輕則可能使機床不能正常使用，嚴重的可能損壞相關機床部件。 1.溫度溫度v精密數(shù)控機床一般都有恒溫環(huán)境要求,只有在恒溫條件下, 才能確保機床精度和加工精度。一般普通型數(shù)控機床對室溫沒有具體要求，但大量實踐表明，當室溫過高時數(shù)控系統(tǒng)的故障率大大增加。數(shù)控系統(tǒng)中一般

4、半導體工作溫度要求在4045以下，室溫達到35時電氣柜內部溫度經常可能達40以上，所以系統(tǒng)不能正常工作。此外避免陽光對數(shù)控機床直接照射，室內應配有良好的燈光照明設備。 2.濕度濕度v數(shù)控機床要求工作環(huán)境的相對濕度應該小于75%，在高溫高濕中的數(shù)控機床，大多采用密封電氣柜，且配備空調進行冷卻。由于濕度大，在數(shù)控機床關電后，空氣中的水分子在數(shù)控系統(tǒng)或驅動裝置的線路板上產生結露。當再次上電時，線路板上的結露產生短路，造成硬件模塊的損壞。v 因此對于高溫高濕現(xiàn)場運行的數(shù)控機床，應該采取相應的措施，如配備去濕或烘干裝置，消除結露后再上電運行，或者數(shù)控機床不關電。以一臺三個進給軸和一個7.5kW伺服主軸的

5、數(shù)控機床為例，在數(shù)控機床工作時，功耗大約為15kW。但當去掉伺服使能后，數(shù)控系統(tǒng)與驅動系統(tǒng)的功耗大約只有100W 3.電網電壓電網電壓v電源是維持系統(tǒng)正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接結果是造成系統(tǒng)的停機或毀壞整個系統(tǒng)。日本的數(shù)控系統(tǒng)一般以允許在電壓額定值的10%范圍內波動，而歐美的一些數(shù)控系統(tǒng)要求在5%以內。我國電源波動較大，質量差，還隱藏有如高頻脈沖這一類的干擾，加上人為的因素（如突然拉閘斷電等）。電高峰期間，例如白天上班或下班前的一個小時左右以及晚上，往往超差較多，甚至達到20，使機床報警而無法進行正常工作，并對機床電源系統(tǒng)造成損壞，甚至導致機床參數(shù)數(shù)據的丟失等。 建議在CNC機

6、床較集中的車間配置具有自動補償調節(jié)功能的交流穩(wěn)壓供電系統(tǒng)；單臺CNC機床可單獨配置交流穩(wěn)壓器來解決。4.導電粉塵導電粉塵v如果機床長期加工鑄鐵、鋁質工件、石墨工件，數(shù)控機床的電氣柜采用內外空氣循環(huán)冷卻，電氣柜密封不嚴，導電粉塵進入電氣柜并且在模塊線路板上沉積，可能導致硬件部分損壞，特別是高壓部件，如驅動器的電源模塊等。如果數(shù)控機床主要用于加工上述材料，在采購機床時應向機床制造廠提出明確要求采用密閉的電氣柜，采用空調內循環(huán)冷卻。5.生產現(xiàn)場的油霧生產現(xiàn)場的油霧v生產現(xiàn)場的油霧可能造成數(shù)控機床顯示屏幕損壞。由于油霧具有很強的附著力和擴散性，如果油霧隨空氣進入數(shù)控機床操作站，可能影響液晶顯示器。油霧

7、可能附著在顯示器的導電橡膠上，逐漸擴散，使顯示器上開始出現(xiàn)黑色線條，且逐步擴大，最終導致顯示器無法顯示信息。 6.地線用中線替代地線用中線替代v數(shù)控機床的許多帶微處理器的部件都采用共地結構，如數(shù)控系統(tǒng)、輸入輸出模塊、伺服驅動器的控制模塊等，這些模塊的特點是系統(tǒng)的保護接地就是微處理器的基準工作電壓。假如在用戶現(xiàn)場沒有保護接地，用戶將主電源的中線作為地線連接到數(shù)控系統(tǒng)的保護接地端子上，當生產現(xiàn)場的三相動力電源出現(xiàn)不平衡時，中性線上可能出現(xiàn)不平衡電流，將對數(shù)控系統(tǒng)的硬件產生影響，輕則造成數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據丟失，重則造成數(shù)控系統(tǒng)硬件模塊損壞。v為了使數(shù)控機床能夠充分發(fā)揮作用，為數(shù)控機床提供專用的地線是十分重

8、要。數(shù)控機床的地線要采用一點接地型，即輻射式接地法，以防止竄擾。這種接地要求將數(shù)控柜中的信號接地、強電接地、機床接地等連接到公共的接地點上，而且數(shù)控柜和強電柜之間應該有足夠粗的保護接地電纜，總的接地電阻要小于47，并且總接地點要十分可靠。 7.伺服電機沒有保護伺服電機沒有保護v伺服電機在數(shù)控機床上沒有保護，直接暴露在冷卻液的噴射范圍，或潤滑油在伺服電機軸端、電機的電纜插頭處浸泡。冷卻液或潤滑油可能進入伺服電機內部，并且在電機內部積累，進入編碼器，使測量系統(tǒng)出現(xiàn)故障。 8.長期超性能使用長期超性能使用v驅動系統(tǒng)設定了許多相關的過載極限參數(shù)，但是當這些參數(shù)被更改后，可能造成伺服驅動系統(tǒng)在過流狀態(tài)下

9、沒有保護，導致驅動功率器件損壞。v另外，數(shù)控機床可能長期進行大切削量的加工，使得驅動器電源模塊或功率模塊過流損壞。因此，必須了解數(shù)控機床允許的加工范圍，才能保證在正確的范圍內加工，避免硬件部件損壞。1.4數(shù)控機床的操作規(guī)范數(shù)控機床的操作規(guī)范(簡簡) 一運行前一運行前1. 檢查程序與工件或毛坯是否一致。2. 檢查工件坐標系與程序坐標系是否相符。3. 檢查刀具表內刀具是否與程序內刀具信息一致；檢查刀具的完好程度。4. 檢查程序是否正確、切削用量的選擇是否合理。5. 確定機床狀態(tài)及各開關位置（進給倍率開關應為0）。6. 必須在確認工件夾緊后才能啟動機床。二加工中二加工中1. 關閉防護門，啟動機床；各

10、坐標軸手動或自動回零(機械原點)。2. 對刀，確定工件坐標系原點的位置。3. 運行程序，觀察機床動作及進給方向與程序是否相符。4. 當工件坐標、刀具位置、剩余量三者相符后，逐漸加大進給倍率開關。5. 當正常加工時，需要暫停程序前，應先將倍率開關緩慢關至0位。6. 中斷程序后恢復加工時，應緩慢進給至原加工位置，再逐漸恢復到正常切削速率。三異常處理三異常處理1. 當機床因報警而停機時，應先清除報警信息，將主軸安全移出加工位置，確定排除警報故障后，恢復加工。2. 當發(fā)生緊急情況時，應迅速停止程序，必要時可使用緊急停止按鈕。四. 加工完畢清理機床；登記本次使用機床情況。 1.5對維修人員的要求對維修人

11、員的要求 v1.專業(yè)知識面廣v2.具有專業(yè)英語閱讀能力v3.勤于學習不斷提高v4.善于分析v5.善于總結v6.有較強的動手能力和實踐技能v7.具有使用智能化儀器的能力1.6數(shù)控機床故障的類型數(shù)控機床故障的類型 v數(shù)控機床故障的類型數(shù)控機床故障的類型 1.按故障發(fā)生的原因分類v數(shù)控機床自身故障v數(shù)控機床外部故障2.按故障發(fā)生的性質分類v軟件故障v硬件故障v干擾故障3.按故障發(fā)生的位置分類v數(shù)控系統(tǒng)故障v伺服系統(tǒng)故障v電氣控制部分故障v主軸系統(tǒng)故障v進給系統(tǒng)故障v刀架、刀庫、工作臺故障等1.8數(shù)控機床故障診斷及維護的基本技術數(shù)控機床故障診斷及維護的基本技術v日常維護和保養(yǎng)日常維護和保養(yǎng)1.機械部分

12、的檢查保養(yǎng)2.電氣部分的維護保養(yǎng)3.數(shù)控系統(tǒng)中硬件部分的檢查維護4.伺服電機和主軸電機的檢查維護5.液壓系統(tǒng)的檢查調整6.氣動系統(tǒng)的檢查調整7.檢測反饋元件的檢查8.潤滑部分的檢查調整n數(shù)控機床的維護保養(yǎng)例表數(shù)控機床的維護保養(yǎng)例表1-1故障處理故障處理1.調查故障現(xiàn)場，充分掌握故障信息特別要注意確定的故障信息(1)發(fā)生故障時的報警號和報警提示是什么？(2)如無報警，系統(tǒng)處于何種工作狀態(tài)？系統(tǒng)的工作方式診斷結果是什么？(3)故障發(fā)生在哪個程序段？執(zhí)行何種指令？故障發(fā)生前進行了何種操作?(4)故障發(fā)生在何種速度下？軸處于什么位置？與指令值的誤差量有多大？(5)以前是否發(fā)生過類似的故障？現(xiàn)場有無異常

13、現(xiàn)象？故障是否重復發(fā)生？故障處理故障處理例如通過報警號診斷故障原因v硬件報警顯示的故障:各單元裝置上的報警燈v軟件報警顯示故障:CRT顯示器上顯示出來的報警號報警信息v來自NC的報警和來自PLC的報警存儲器報警過熱報警伺服系統(tǒng)報警軸超程報警程序出錯報警主軸報警過載報警斷線報警故障處理故障處理2.分析故障原因，確定檢查方法和步驟分析故障原因時應注意以下幾點(1)列出故障問題(2)對引起故障的原因和解決的方法進行綜合、判斷和篩選(3)擬定檢查內容、步驟和方法故障處理故障處理3.故障的檢測和排除故障診斷原則(1)先外部后內部 外部的行程開關、按鈕開關、液壓氣動元件、印刷電路板間的連接部位，接觸不良，

14、是產生數(shù)控機床故障的重要因素。盡量避免隨意地啟封、拆卸，以避免擴大故障，降低機床性能。(2)先機械后電氣機械故障容易察覺大部分故障是機械部件失靈造成的。(3)先靜后動 不盲目動手，了解故障發(fā)生的過程及狀態(tài)，查閱說明書、系統(tǒng)資料，先在機床斷電的靜止狀態(tài)，觀察、分析，確認無惡性故障或破壞性故障，方可給機床通電，進行動態(tài)觀察檢驗和測試。惡性故障或破壞性故障先排除故障才通電診斷。(4)先公用后專用 如CNC、PLC、電源、液壓等公用部分。(5)先簡單后復雜(6)先一般后特殊v數(shù)控機床故障診斷及維修的一般方法數(shù)控機床故障診斷及維修的一般方法1.外觀常規(guī)檢查法2.參數(shù)檢查法3.功能程序測試法4.升降溫法5

15、.敲擊法 6.拉偏電源法7.交換法8.備板置換法9.隔離法10.系統(tǒng)更新重置法11.對比法12.原理分析法v數(shù)控機床故障診斷及維修的一般方法數(shù)控機床故障診斷及維修的一般方法v基本方法(與醫(yī)學方法的對比)v常用的維修工具及儀器常用的維修工具及儀器 v1.常用維修工具v2.常用維修儀器1.常用維修工具(1)電烙鐵(2)吸錫器(3)旋具(4)鉗類工具(5)扳手(6)其它v常用的維修工具及儀器常用的維修工具及儀器 2.常用維修儀器(1)萬用表(2)示波器(3)邏輯測試筆和脈沖信號筆(4)邏輯分析儀(5)離線IC測試儀(6)在線IC測試儀(7)短路追蹤儀(8)特征代碼分析儀(9)激光干涉儀(10)球桿儀

16、邏輯分析儀離線IC測試儀短路追蹤儀特征代碼分析儀v激光干涉儀球桿儀數(shù)控機床電氣控制基礎知識v低壓斷路器v接觸器v繼電器v變壓器及直流穩(wěn)壓電源v熔斷器v開關電器v按鈕、指示燈v導線和電纜v配線技術 一、低壓斷路器一、低壓斷路器 低壓斷路器過去叫做自動空氣開關，現(xiàn)采用IEC標準稱為低壓斷路器。 低壓斷路器是將控制電器和保護電器的功能合為一體的電器。它常作為不頻繁接通和斷開的電路的總電源開關或部分電路的電源開關，當電路發(fā)生過載、短路或欠壓等故障時能自動切斷電路，有效地保護串接在它后面的電器設備，并且在分斷故障電流后一般不需要更換零部件。因此，低壓斷路器在數(shù)控機床上使用越來越廣泛。 低壓斷路器的主要參

17、數(shù)有：額定電壓、額定電流、極數(shù)、脫扣器類型及其額定電流、整定范圍、電磁脫扣器整定范圍、主觸點的分斷能力等。以下重點介紹數(shù)控機床常用的兩種低壓斷路器。 1 1、塑料外殼式斷路器、塑料外殼式斷路器 塑料外殼式斷路器由手柄、操作機構、脫扣裝置、滅弧裝置及觸頭系統(tǒng)等組成，均安裝在塑料外殼內組成一體。 機床常用DZ10、 DZ15、DZ5-20、DZ5-50等系列塑料外殼式斷路器 (以下簡稱斷路器)，適用于交流電壓500V，直流電壓220V以下的電路，作不頻繁地接通和斷開電路用,塑料外殼式斷路器外形圖如圖2-1所示，斷路器圖形及文字符號如圖2-2所示。以DZ15系列為例，其適用于交流50Hz，額定電壓為

18、220V或380V，額定電流至100A的電路，作為配電、電動機的過載及短路保護用，亦可作為線路不頻繁轉換及電動機不頻繁起動之用。 v 圖2-1 塑料外殼式斷路器外形圖 圖 2-2 斷路器圖形及文字符號 DZ15系列型號意義為： 設計代號塑料外殼式斷路器保護種類(見表2.1)液壓式電磁脫扣器極數(shù)(1:單極;2:二極;3:三極)殼架等級額定電流DZ 15-/ 90 保護種類代號配電保護用過電流脫扣器1電動機保護用過電流脫扣器2表 2-1 保護種類含義及其對應的代號 2 2、小型斷路器、小型斷路器 小型斷路器主要用于照明配電系統(tǒng)和控制回路. 外形如圖2-3所示，圖2-4為斷路器圖形及文字符號。 機床

19、常用MB1-63、 DZ30-32、DZ47-60等系列小型斷路器。以DZ47-60高分斷小型斷路器為例，適用于照明配電系統(tǒng)（C型）或電動機的配電系統(tǒng)（D型）。其主要用于交流50Hz/60Hz，單極230V，二、三、四極400V線路的過載、短路保護，同時也可以在正常情況下不頻繁地通斷電器裝置和照明線路。 2 2、小型斷路器、小型斷路器 小型斷路器主要用于照明配電系統(tǒng)和控制回路. 外形如圖2-3所示，圖2-4為斷路器圖形及文字符號。 機床常用MB1-63、 DZ30-32、DZ47-60等系列小型斷路器。以DZ47-60高分斷小型斷路器為例，適用于照明配電系統(tǒng)（C型）或電動機的配電系統(tǒng)（D型）。

20、其主要用于交流50Hz/60Hz，單極230V，二、三、四極400V線路的過載、短路保護，同時也可以在正常情況下不頻繁地通斷電器裝置和照明線路。圖2-3小型斷路器外形圖 圖2-4小型斷路器圖形及文字符號 (單極和三極) 3 3、低壓斷路器的選擇、低壓斷路器的選擇選擇低壓斷路器應注意：(1)低壓斷路器的額定電流和額定電壓應大于或等于線路、設備的正常工作電壓和工作電流。(2)低壓斷路器的極限通斷能力應大于或等于電路的最大短路電流。(3)欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。(4)過電流脫扣器的額定電流應大于或等于線路的最大負載電流。 使用低壓斷路器來實現(xiàn)短路保護比熔斷器優(yōu)越，因為當三相電路短路

21、時，很有可能只有一相的熔斷器熔斷，造成單相運行。對于低壓斷路器來說，只要造成短路都會使開關跳閘，將三相同時切斷。 二、接觸器二、接觸器 接觸器是一種用來頻繁地接通或分斷帶有負載的主電路（如電動機）的自動控制電器。接觸器由電磁機構、觸點系統(tǒng)、滅弧裝置及其它部件四部分組成。其工作原理是當線圈通電后，靜鐵心產生電磁吸力將銜鐵吸合。銜鐵帶動觸點系統(tǒng)動作，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在反作用彈簧力的作用下釋放，觸點系統(tǒng)隨之復位。 接觸器按其主觸點通過電流的種類不同，分為直流、交流兩種，機床上應用最多的是交流接觸器。目前我國常用的交流接觸器主要有：CJ20、CJX1、CJ

22、X2、CJ12和CJ10等系列，引進德國BBC公司制造技術生產的B系列，德國SIEMENS公司的3TB系列，法國TE公司LC1系列等。交流接觸器外形如圖2-5所示，接觸器圖形及文字符號如圖2-6所示。 圖2-5 交流接觸器圖外形圖 圖2-6接觸器圖形及文字符號 1 1、接觸器的主要技術參數(shù)、接觸器的主要技術參數(shù) （1）額定電壓。接觸器銘牌上標注的額定電壓是指主觸點的額定電壓。常用的額定電壓等級如表2-5所示。（2）額定電流。接觸器銘牌上標注的額定電流是指主觸點的額定電流。（3）線圈的額定電壓。常用的額定電壓等級如表2-6所示。選用時一般交流負載用交流接觸器，直流負載用直流接觸器，但交流負載頻繁

23、動作時可采用直流線圈的交流接觸器 直流線圈電壓：24、48、100、220、440 交流線圈電壓：36、110、127、220、380 三、繼電器三、繼電器 繼電器是一種根據輸入信號的變化接通或斷開控制電路，實現(xiàn)控制目的電器。繼電器的輸入信號可以是電流、電壓等電量，也可以是溫度、速度、壓力等非電量，輸出為相應的觸點動作 繼電器的種類很多，按輸入信號的性質分為：電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、溫度繼電器、速度繼電器等。按工作原理可分為：電磁式繼電器、感應式繼電器、電動式繼電器、熱繼電器等。1 1、電磁式繼電器、電磁式繼電器 電磁式繼電器的結構和工作原理與電磁式接觸器相似，也是由電磁機構、觸點

24、系統(tǒng)和釋放彈簧等部分組成。根據外來信號（電壓或電流），利用電磁原理使銜鐵產生閉合動作，從而帶動觸點動作，使控制電路接通或斷開，實現(xiàn)控制電路的狀態(tài)改變。值得注意的是，繼電器的觸點不能用來接通和分斷負載電路，這也是繼電器的作用和接觸器的作用的區(qū)別。 圖2-7為電磁繼電器外形圖。 電磁式繼電器的種類不同，但一般圖形符號是相同的，如圖2-8所示。電流繼電器的文字符號為KI，線圈方格中用I（或I（或U）表示過電壓（或欠電壓）繼電器。 圖2-7電磁繼電器外形圖 （1）電磁式繼電器的種類 電磁式繼電器按吸引線圈電流種類不同,有交流和直流兩種。其結構及工作原理與接觸器相似,但因繼電器一般用來接通和斷開控制電路

25、，故觸點電流容量較小(一般5A以下)。由于電磁式繼電器具有工作可靠、結構簡單、制造方便、壽命長等一系列優(yōu)點，故在數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)中應用最為廣泛。 圖2-8電磁繼電器圖形及文字符號 a、電流繼電器 電流繼電器的線圈串聯(lián)在被測量的電路中，以反應電路電流的變化。為了不影響電路工作情況，電流繼電器線圈匝數(shù)少，導線粗，線圈阻抗小。 電流繼電器有欠電流繼電器和過電流繼電器兩類。欠電流繼電器的吸引電流為線圈額定電流的30%65%，釋放電流為額定電流的10%20%，因此，在電路正常工作時，銜鐵是吸合的，只有當電流降低到某一整定值時，繼電器釋放，輸出信號。過電流繼電器在電路正常工作時不動作，當電流超過某一整

26、定值時才動作，整定范圍通常為1.14倍額定電流。 在機床電氣控制系統(tǒng)中，用得較多的電流繼電器有JL14、JL15、JT3、JT9、JT10等型號，主要根據主電路內的電流種類和額定電流來選擇。 b、電壓繼電器 電壓繼電器的結構與電流繼電器相似，不同的是電壓繼電器線圈并聯(lián)在被測量的電路的兩端，以反應電路電壓的變化。為了不影響電路工作情況，電壓繼電器線圈匝數(shù)多，導線細，線圈阻抗大。 電壓繼電器按動作電壓值的不同，有過電壓、欠電壓和零電壓之分。過電壓繼電器在電壓為額定電壓的110%115%以上時動作；欠電壓繼電器在電壓為額定電壓的40%70%時有保護動作；零電壓繼電器當電壓降至額定電壓的5%25%時有

27、保護動作。 機床電氣控制系統(tǒng)中，常用的有JT3、JT4型。 c、中間繼電器 中間繼電器實質上是電壓繼電器的一種，但它觸點多（多至六對或更多），觸點電流容量大（額定電流510A），動作靈敏（動作時間不大于0.05s）。其主要用途是當其他繼電器的觸點數(shù)或觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來擴大它們的觸點數(shù)或觸點容量，起到中間轉換的作用。數(shù)控機床中使用最多的是小型中間繼電器。機床上常用的型號有J27系列交流中間繼電器和J28系列交直流兩用中間繼電器。 （3）中間繼電器的選擇 中間繼電器主要依據被控制電路的電壓等級，觸點的數(shù)量、種類及容量來選用。a、線圈電流的種類和電壓等級應與控制電路一致。如數(shù)控機床的

28、控制電路采用直流24V供電，則繼電器應選擇線圈額定電壓為24V的直流繼電器。 b、按控制電路的要求選擇觸點的類型（是常開還是常閉）和數(shù)量。 c、繼電器的觸點額定電壓應大于或等于被控制回路的電壓。 d、繼電器的觸點電流應大于或等于被控制回路的額定電流，若是電感性負載，則應降低到額定電流50%以下使用。 2 2、時間繼電器、時間繼電器 時間繼電器是一種用來實現(xiàn)觸點延時接通或斷開的控制電器，按其動作原理與構造不同，可分為電磁式、空氣阻尼式、電動式和晶體管式等類型。機床控制線路中應用較多的是空氣阻尼式時間繼電器，晶體管式時間繼電器也獲得愈來愈廣泛的應用。數(shù)控機床中一般由計算機軟件實現(xiàn)各種時間控制，而不

29、采用時間繼電器方式來進行時間控制。時間繼電器的圖形符號如圖2-9所示，文字符號為KT。v 圖2-9 時間繼電器的圖形符號和文字符號 3 3、熱繼電器、熱繼電器 熱繼電器是一種利用電流的熱效應時觸電動作的保護電器。常用于電動機的長期過載保護。當電機長期過載時，熱繼電器的常閉觸點動作，斷開相應的回路，使電機得到保護。熱繼電器由發(fā)熱元件（電阻絲）、雙金屬片、傳導部分和常閉觸點組成，當電機過載時，通過發(fā)熱元件上的電流增加，雙金屬片受熱彎曲，帶動常閉觸點動作。由于雙金屬片的熱慣性，即不能迅速對短路事故進行反應，而這個熱慣性也是合乎要求的，因為在電機起動或短路過載時，熱繼電器不會動作，避免了電動機的不必要

30、停車。 圖2-10為熱繼電器外形圖，圖2-11為熱繼電器圖形及文字符號。 圖2-10 熱繼電器外形圖 圖2-11 熱繼電器圖形及文字符號 4 4、固態(tài)繼電器、固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器(Solid State Relay)簡稱SSR,是上世紀70年代中后期發(fā)展起來的一種新型無觸點繼電器。固態(tài)繼電器是用晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點開關，而在前級中與光電隔離器融為一體。因此，固態(tài)繼電器實際上是一種帶光電隔離器的無觸點開關。由于可靠性高、開關速度快和工作頻率高、使用壽命長、便于小型化、輸入控制電流小以及與TTL、CMOS等集成電路有較好的兼容性等一系列優(yōu)點，在數(shù)控機床的程控裝置以及微型計算機控制系

31、統(tǒng)中得到了廣泛的應用。 固態(tài)繼電器圖形及文字符號如圖2-12所示.。 圖2-12 固態(tài)繼電器圖形及文字符號 固態(tài)繼電器的使用 固態(tài)繼電器的輸入端要求有從幾個mA至20mA的驅動電流，最小工作電壓3V，所以MOS邏輯信號通常要經晶體管緩沖級放大后再去控制固態(tài)繼電器，對于CMOS的電路可利用NPN晶體管緩沖器。當輸出端的負載容量很大時，直流固態(tài)繼電器可通過功率晶體管（交流固態(tài)繼電器通過雙向晶閘管）再驅動負載。 當溫度超過35oC左右后，固態(tài)繼電器的負載能力（最大負載電流）隨溫度升高而下降，因此使用時必須注意散熱或降低電流使用。 對于容性或電阻負載，應限制其開通瞬間的浪涌電流值（一般為負載電流的7倍

32、），對于電感性負載，應限制其瞬時峰值電壓，以防止損壞固態(tài)繼電器。具體使用時，可參照產品樣本或有關手冊。 四、電源電器四、電源電器1 1、變壓器、變壓器 變壓器是一種將某一數(shù)值的交流電壓變換成頻率相同但數(shù)值不同的交流電壓的靜止電器。（1）機床控制變壓器 機床控制變壓器適用于交流5060Hz，輸入電壓不超過660V的電路，作為各類機床、機械設備等一般電器的控制電源、步進電機驅動器、局部照明及指示燈的電源。圖2-14為機床控制變壓器外形圖，圖2-15為變壓器圖形及文字符號。表2-12為JBK系列控制變壓器電壓型式，表2-13為BK系列控制變壓器規(guī)格參數(shù)及尺寸。 圖2-15 雙繞組變壓器圖形及文字符號

33、 圖2-14 機床控制變壓器外形 （2）三相變壓器 現(xiàn)在普遍采用的三相交流系統(tǒng)中，三相電壓的變換可用三臺單相變壓器也可用一臺三相變壓器，從經濟性和縮小安裝體積等方面考慮，可優(yōu)先選擇三相變壓器。在數(shù)控機床中三相變壓器主要是給伺服動力等供電。圖2-16為三相變壓器外形圖，圖2-17圖形及文字符號（星型-三角形聯(lián)結）。 圖2-16三相變壓器外形圖 圖2-17三相變壓器（星形三角形聯(lián)結）圖形及文字符號 （3）變壓器的選擇 變壓器的選擇的主要依據是變壓器的額定值，根據設備的需要，變壓器有標準和非標準兩類。以下分別是這兩類變壓器的選擇方法。1）標準變壓器a、根據實際情況選擇初級（原邊）額定電壓U1（380

34、V,220V），再選擇次級額定電壓U2,U3,(次級額定值是指初級加額定電壓時，次級的空載輸出，次級帶有額定負載時輸出電壓下降5%，因此選擇輸出額定電壓時應略高于負載額定電壓)。b、根據實際負載情況，確定次級繞組額定電流I1,I2,I3,，一般繞組的額定輸出電流應大于等于額定負載電流。c、次級額定容量由總容量確定?？側萘克惴ㄈ缦翽2= U2 I2+U3I3+ U4I4+ 根據次級電壓、電流（或總容量）可選擇變壓器，三相變壓器也是按以上方法進行選擇。 2）非標準變壓器 設計時常常需要設計者根據要求自己制定變壓器的規(guī)格，這種非標準變壓器的選擇方法如下 a、選擇初級額定電壓U1（如380V,220V

35、），電源頻率(如50Hz)，次級繞組電壓、電流及總容量，方法與標準變壓器相同。初級、次級之間屏蔽層根據要求選用，有特殊絕緣要求的次級繞組，應提出耐壓要求。引出線端及排列有特殊要求的，應該用圖示加以說明。有防護等級要求、外形尺寸限制等其他條件，應與制造商協(xié)商解決。 b、變壓器的選用除了要滿足變壓比之外，還要考慮變壓器性價比，優(yōu)先選用變壓檔輸出全的變壓器，以達到只用一個變壓器多電壓檔輸出，能夠同時滿足控制電路、照明電路、標準電器等對電壓大小的不同要求，這樣一方面節(jié)約成本，另一方面節(jié)省了安裝空間。 2 2、直流穩(wěn)壓電源、直流穩(wěn)壓電源 直流穩(wěn)壓電源的功能是將非穩(wěn)定交流電源變成穩(wěn)定直流電源。 在數(shù)控機床

36、系統(tǒng)中，需要穩(wěn)壓電源給驅動器、控制單元、小直流繼電器、信號指示等提供直流電源，數(shù)控機床中主要使用開關電源和一體化電源。 （1）開關電源 開關電源被稱作高效節(jié)能電源，因為內部電路工作在高頻開關狀態(tài)，所以自身消耗的能量很低，電源效率可達80%左右，比普通線性穩(wěn)壓電源提高近一倍。目前生產的無工頻變壓器式中、小功率開關電源，仍普遍采用脈沖寬度調制器（簡稱脈寬調制器PWM）或脈沖頻率調制器（簡稱脈頻調制器PFM）專用集成電路。它們是利用體積很小的高頻變壓器來實現(xiàn)電壓變化及電網隔離，因此能省掉體積笨重且損耗較大的工頻變壓器。以GZM-U40型為例,其外觀如圖2-18所示，圖2-19為直流穩(wěn)壓電源的圖形符號

37、 主要性能指標有：a、輸入AC電壓：85VAC-264VACb、輸入頻率：47-63Hz c、冷態(tài)沖擊電流：20A/115VAC;30A/220VAC d、過流保護：105150%的額定值開始保護，過壓保護，過功率保護，短路保護，自動恢復e、啟動、上升、保持：500ms,50ms,大于20ms f、抗電強度：輸入與輸出之間，輸入與大地可承受AC1.5KV/1min g、絕緣電阻：輸入與大地、輸入與輸出加DC500V絕緣電阻大于50Mh、工作環(huán)境溫度：-10C 至45C，60C時可用功率60%。70C時可用滿功率35%i、效率：65%-87%j、紋波噪聲：小于輸出電壓1%k、存儲溫度：-20C+

38、85Cl、輸出電壓調整：10%范圍內，總調整率（線形及負載）小于2%m、安規(guī)標準：參考UL1950 圖 2-18開關電源外形圖 圖 2-19 直流穩(wěn)壓電源圖形符號及文字符號 （2）一體化電源 一體化電源是采用傳導冷卻方式的AC/DC開關電源，應用于數(shù)字電路、工業(yè)儀表、交通運輸、通訊設備、工控機等大型設備及科研與實驗設備，作為直流供電電源。一體化電源外形如圖2-20所示。 以下是4NIC系列電源的主要參數(shù)（所有電參數(shù)測試均在環(huán)境溫度25下進行）：輸入參數(shù)：AC220V10%/50（47-63）Hz單相或AC380V10%/50Hz 三相輸出參數(shù)：DC5300V 電流0.520A 功率22000W

39、 電壓調整率0.5% （5V時1%） 電流調整率1.0% （5V時2%） 紋波系數(shù)1.0% 工作頻率50100KHz 具有過熱、過流、短路保護；可另加過欠壓保護；負載率0 100% ；使用率80%； 效率80% 圖 2-20 一體化電源外形圖 （3）電源的選擇選擇電源時需要考慮的問題主要有：a電源的輸出功率輸出路數(shù)；b.電源的尺寸;c.電源的安裝方式和安裝孔位；d.電源的冷卻方式；e.電源在系統(tǒng)中的位置及走線；f.環(huán)境溫度；g.絕緣強度；h.電磁兼容i.環(huán)境條件。1)為了提高系統(tǒng)的可靠性，建議電源工作在50%80%負載為佳，即假設所用功率為20W，應選用輸出功率為25W40W的電源。2)盡量選

40、用廠家的標準電源，包括標準的尺寸和輸出電壓。廠家的標準品一般都會有庫存，在送樣及以后的訂貨、交貨都比較快；相對而言，特殊的尺寸和特殊的輸出電壓，則會增加開發(fā)時間及成本。3)所需電源的輸出電壓路數(shù)越多，挑選標準電源的機會就越小，同時增加輸出電壓路數(shù)會帶來成本的增加，目前多電路輸出的電源以三路，四路輸出較為常見。所以，在選擇電源時應該盡量減少輸出路數(shù)，盡量選用多路輸出共地的電源 4)明確輸入電壓范圍，以交流輸入為例，常用的輸入電壓規(guī)格有110V、220V，所以相應就有了110V,220V交流切換，以及通用輸入電壓（AC:85V264V）三種規(guī)格。在選擇輸入電壓規(guī)格時應明確系統(tǒng)將會用到的地區(qū)，如果要

41、出口美、日等市電為110V交流的國家，可以選擇110V交流輸入的電源；而只在國內使用時，可以選擇220V交流輸入的電源。 5)電源在工作時會消耗一部分功率，并以熱量的形式釋放出來，所以用戶在進行系統(tǒng)設計時（尤其是封閉的系統(tǒng)）應考慮電源的散熱問題。如果系統(tǒng)能形成良好的自然對流風道，且電源位于風道上，可以考慮選擇自然冷卻的電源；如果系統(tǒng)的通風比較差，或系統(tǒng)內部溫度比較高，可以考慮選擇風冷的電源。 6)如果環(huán)境不是很惡劣或電柜中（符合防護等級IP54）可選用普通電源；如果在條件惡劣的環(huán)境中使用，比如油污、潮濕、腐蝕等，選用全密封的一體化電源較好。 五、五、 熔斷器熔斷器 熔斷器是一種廣泛應用的最簡單

42、的有效的保護電器。在使用時，熔斷器串接在所保護的電路中，當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，它的熔體能自動迅速熔斷，從而切斷電路，使導線和電氣設備不致?lián)p壞。 熔斷器主要由熔體和安裝熔體的熔管（或熔座）兩部分組成。熔體一般由熔點低，易于熔斷、導電性良好的合金材料制成。熔體熔斷后再次工作必須更換熔體。圖2-21為熔斷器及熔斷隔離器外形圖，圖2-22為熔斷器圖形及文字符號。 (a)快速熔斷器(芯為熔體) (b)螺旋式熔斷器 (c)熔斷隔離器圖2-21 熔斷器及熔斷隔離器外形圖 1 1、熔斷器主要參數(shù)、熔斷器主要參數(shù)（1）額定電壓。指熔斷器長期工作時和分斷后能夠承受的電壓，其值一般等于或大于電氣設備的額定電壓

43、。 （2）額定電流。指熔斷器長期工作時，設備部件溫升不超過規(guī)定值時所能承受的電流。廠家為了減少熔斷器管額定電流的規(guī)格，熔斷管的額定電流等級比較少，而熔體的額定電流等級比較多，也即在一個額定電流等級的熔斷管內可以分裝幾個額定電流等級的熔體，但熔體的額定電流最大不能超過熔斷管的額定電流。 （3）極限分斷能力。是指熔斷器在規(guī)定的額定電壓和功率因數(shù)（或時間常數(shù)）的條件下，能分斷的最大電流值，在電路中出現(xiàn)的最大電流值一般是指短路電流值。所以，極限分斷能力也是反映了熔斷器分斷短路電流的能力。 圖2-22 熔斷器圖形及文字符號 2、熔斷器的選擇、熔斷器的選擇選擇熔斷器主要是選擇熔斷器的類型、額定電壓、額定電

44、流及熔體的額定電流。（1）熔斷器的額定電壓應大于或等于線路的工作電壓。（2）熔斷器的額定電流應大于或等于熔體的額定電流。（3）熔體的額定電流的選擇： a、用于保護照明或電熱設備的熔斷器，因為負載電流比較穩(wěn)定，所以熔體的額定電流應等于或稍大于負載的額定電流， 即IreIe 式中Ire 為熔體的額定電流，Ie為負載的額定電流。 b、用于保護單臺長期工作電動機（即供電支線）的熔斷器，考慮電動機啟動時不應熔斷，即 Ire(1.52.5)Ie ， 式中Ire 為熔體的額定電流，Ie為電動機的額定電流，輕載啟動或啟動時間比較短時，系數(shù)可取進1.5，帶重載啟動時間比較長時，系數(shù)可取進2.5。c、用于保護頻繁

45、啟動電動機（即供電支線）的熔斷器，考慮頻繁啟動時發(fā)熱, 熔斷器也不應熔斷，即Ire(33.5)Ie ，式中Ire 為熔體的額定電流，Ie為電動機的額定電流。d、用于保護多臺電動機（即供電干線）的熔斷器，在出現(xiàn)尖峰電流時也不應熔斷。通常，將其中容量最大的一臺電動機啟動，而其余電動機運行時出現(xiàn)的電流作為其尖峰電流，為此，熔體的額定電流應滿足下述關系：即Ire(1.52.5) Iemax + +Ie ， 式中Ire 為熔體的額定電流，Iemax 為多臺電動機中容量最大的一臺電動機額定電流，Ie 為其余電動機額定電流之和。f、為防止發(fā)生越級熔斷，上、下級（即供電干、支線）熔斷器間應有良好的協(xié)調配合，為

46、此，應使上一級（供電干線）熔斷器的熔斷額定電流比下一級（供電支線）大12個級差。 六、開關電器六、開關電器 1 1、 行程開關行程開關 行程開關是用來反映工作機械的行程發(fā)布命令以控制其運動方向或行程大小的主令電器。如果把行程開關安裝在工作機械各種行程終點處，限制其行程，它就稱為限位開關或終端開關。因此，行程開關、限位開關和終端開關是同一開關。它們被廣泛用于各類機床和起重機械以控制這些機械的行程。當工作機械運動到某一預定位置時，行程開關就通過機械可動部分的動作將機械信號變換為電信號，以實現(xiàn)對機械的電氣控制，限制它們的動作或位置，籍此對機構提供必要的保護。圖2-23所示為行程開關外形圖，圖2-24

47、所示為行程開關圖形及文字符號。 2 2、接近開關、接近開關 接近開關是非接觸式的監(jiān)測裝置，當運動著的物體接近它到一定距離范圍內，就能發(fā)出信號，以控制運動物體的位置或計數(shù)。 從工作原理看，接近開關有高頻振蕩型、感應電橋型、霍爾效應型、光電型、永磁及磁敏元件型、電容型、超聲波型等多種形式。圖2-25為接近開關外形圖，圖2-26為霍爾接近開關圖形及文字符號，圖2-27為接近開關圖形及文字符號。圖2-25 接近開關外形圖 圖2-26 霍爾接近開關圖形及文字符號 圖2-27 接近開關圖形及文字符號 3 3、微動開關、腳踏開關、微動開關、腳踏開關 微動開關是具有瞬時動作和微小的行程，可直接由某一定的力經過

48、一定的行程使觸頭速動，從而實現(xiàn)電路的轉換的靈敏開關。圖2-28為微動開關外形圖，圖2-29為腳踏開關外形圖，圖2-30腳踏開關圖形及文字符號。 圖2-28 微動開關外形圖 圖2-29腳踏開關外形圖 圖2-30腳踏開關圖形及文字符號 其它開關還有刀開關、萬能轉換開關、鑰匙開關、組合開關等。 七、控制按鈕、指示燈七、控制按鈕、指示燈1 1、按鈕、按鈕 按鈕通常用來接通或斷開控制電路（其中電流很?。?，從而控制電動機或其它電器設備的運行，原來就接通的觸點，稱為常閉觸點；原來就斷開的觸點，稱為常開觸點。按鈕外形圖及符號如圖2-31，2-32所示。國標對按鈕的顏色和標識都有要求，根據這些要求可以正確地設計

49、、識別按鈕的功能及含義。按鈕的顏色應符合表2-16要求。 圖2-31 控制按鈕外形圖 圖 2-32 按鈕的圖形及文字符號 2 2、指示燈、指示燈指示燈用來發(fā)出下列型式的信息：指示：引起操作者注意或指示操作者應該完成某種任務。紅、黃、綠和藍色通常用于這種方式；確認：用于確認一種指令、一種狀態(tài)或情況，或者用于確認一種變化或轉換階段的結束。藍色和白色通常用于這種方式，某些情況下也可用綠色。圖2-33示指示燈外形圖，圖2-34示指示燈圖形及文字符號。指示燈的顏色應符合表2-18的要求。圖2-33 指示燈外形圖 圖2-34 指示燈圖形及文字符號 八、導線和電纜八、導線和電纜 數(shù)控機床上主要有三種導線：動

50、力線、控制線、信號線。導線的選擇應適用于工作條件（如電壓、電流、電擊的防護）和可能存在的外界影響（如環(huán)境溫度、濕度或存在腐蝕物質燃燒危險和機械應力包括安裝期間的應力）。因而導線的橫截面積、材質（銅或鋁等）、絕緣材料都是設計時需要考慮的，可以參照相關書籍手冊。1 1、導線的分類、導線的分類 導線一般分為四類，如表2-19所示。1類導線主要用于固定的、不移動的部件之間，但它們也可用于出現(xiàn)極小彎曲的場合,條件是截面積應小于0.5mm2。易遭受頻繁運動（如機械工作每小時運動一次）的所有導線，均應采用5或6類絞合軟線。 2 2、正常工作時的載流容量、正常工作時的載流容量 一般情況，導線是為銅質的。任何其他材質的導線都應具有承載相同電流的標稱截面積,導線最高溫度不應超過表2-20規(guī)定的值。如果用鋁導線,截面積應至少為16mm2。導線和電纜的載流容量由下面兩個因素來確定：正常條件下，通過最大可能的穩(wěn)態(tài)電流或間歇負載的熱等效均方根值電流時導線的最高允許溫度；短路條件下，允許的短時極限溫度。 導線截面積應使得在這種情況下，導線溫度不超過表2-20的規(guī)定值，除非電纜制造廠另有規(guī)定。3 3、導線和電纜的電壓降、導線和電纜的電壓降 在正常工作狀態(tài)下，從電源端到負載的電壓降不應超過額定電壓的5% 。為了遵守這個要求，可能