數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)基礎(chǔ)課件

概述第一章概述1.1數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的構(gòu)成1.2現(xiàn)代控制技術(shù)及發(fā)展

概述1.1數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的構(gòu)成1.1.1數(shù)控技術(shù)數(shù)字控制（NumericalControl）技術(shù)，簡稱數(shù)控（NC）技術(shù)，是指用數(shù)字指令來控制機(jī)器的動(dòng)作。數(shù)控技術(shù)是採用數(shù)字代碼形式的資訊，按給定的工作程式、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡，對被控制的對象進(jìn)行自動(dòng)操作的一種技術(shù)。如果一種設(shè)備的控制過程是以數(shù)字形式來描繪的，其工作過程是可編程序的，並能在程式控制下自動(dòng)地進(jìn)行，那麼這種設(shè)備就稱為數(shù)控設(shè)備。概述1.1.2數(shù)控設(shè)備的組成數(shù)控設(shè)備是由數(shù)控系統(tǒng)和被控對象組成。但從組成一臺完整的數(shù)控機(jī)床上講，一般由控制介質(zhì)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、強(qiáng)電控制櫃、機(jī)床本體和各類輔助裝置組成，其框圖如圖1-1所示。概述（一）控制介質(zhì)控制介質(zhì)又稱資訊載體，是人與數(shù)控機(jī)床之間的媒介物質(zhì)，反映了數(shù)控加工中全部資訊。控制介質(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置的類型不同而不同，常用的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁片等。還有的採用數(shù)碼撥盤、數(shù)碼插銷或利用鍵盤直接將程式及數(shù)據(jù)輸入。另外，隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，有些數(shù)控設(shè)備利用CAD/CAM軟體在其電腦上編程，然後通過電腦與數(shù)控系統(tǒng)通信，將程式和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。概述（二）數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心?，F(xiàn)代的數(shù)控裝置普遍採用通用電腦作為數(shù)控裝置的主要硬體，包括微型機(jī)系統(tǒng)的基本組成部分，CPU、記憶體、局部匯流排以及輸入輸出介面等；軟體部分就是我們所說的數(shù)控系統(tǒng)軟體。數(shù)控裝置的基本功能是，讀入零件加工程式，根據(jù)加工程式所指定零件形狀，計(jì)算出刀具中心的移動(dòng)軌跡，並按照程式指定的進(jìn)給速度，求出每個(gè)微小的時(shí)間段（插補(bǔ)週期）內(nèi)刀具應(yīng)該移動(dòng)的距離，在每個(gè)時(shí)間段結(jié)束前，把下一個(gè)時(shí)間段內(nèi)刀具應(yīng)該移動(dòng)的距離送給伺服單元。概述（三）伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，是數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床本體之間的電氣聯(lián)繫環(huán)節(jié)。主要由伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和位置檢測與回饋裝置等組成。伺服電動(dòng)機(jī)是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)則是伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號與位置回饋信號比較後作為位移指令，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的功率放大後，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過機(jī)械傳動(dòng)裝置拖動(dòng)工作臺或刀架運(yùn)動(dòng)。概述（四）強(qiáng)電控制櫃強(qiáng)電控制櫃主要用來安裝機(jī)床強(qiáng)電控制的各種電氣元件，除了提供數(shù)控、伺服等一類弱電控制系統(tǒng)的輸入電源，以及各種短路、超載、欠壓等電氣保護(hù)外，主要在PLC的輸出介面與機(jī)床各類輔助裝置的電氣執(zhí)行元件之間起連接作用，控制機(jī)床輔助裝置如各種交流電動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)電磁閥或電磁離合器等。概述概述（五）輔助裝置輔助裝置主要包括自動(dòng)換刀裝置ATC（AutomaticToolChanger）自動(dòng)交換工作臺機(jī)構(gòu)APC（AutomaticPalletCh-anger）、工件夾緊放鬆機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺、液壓控制系統(tǒng)、潤滑裝置、切削液控制裝置、排屑裝置、超載和保護(hù)裝置等。（六）機(jī)床本體數(shù)控機(jī)床的本體是指機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體?？梢栽谄胀C(jī)床的基礎(chǔ)上改裝，也可以單獨(dú)設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的普通機(jī)床相比較，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分具有以下一些特點(diǎn)：概述（1）數(shù)控機(jī)床採用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡化，傳動(dòng)鏈較短，傳動(dòng)精度高等特點(diǎn)。（2）數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形小。（3）更多地採用高效傳動(dòng)部件，一般採用滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副或塑膠塗層導(dǎo)軌等。具有完善的刀具自動(dòng)交換及管理系統(tǒng)。概述（七）位置檢測裝置位置檢測裝置也稱回饋元件，通常安裝在機(jī)床的工作臺上或絲杠上，用來檢測工作臺的實(shí)際位移或絲杠的實(shí)際轉(zhuǎn)角。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中這個(gè)實(shí)際位移或轉(zhuǎn)角有的要回饋給數(shù)控裝置，由數(shù)控裝置計(jì)算出實(shí)際位置和指令位置之間的差值，並根據(jù)這個(gè)差值的方向和大小，去控制機(jī)床，使之朝著減小誤差的方向移動(dòng)。位置檢測裝置的精度直接決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度。概述1.1.3數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，首先必須將工件的幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)按規(guī)定的代碼和格式編制成數(shù)控加工程式，並用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒓庸こ淌捷斎霐?shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)對輸入的加工程式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出各種資訊和指令，控制機(jī)床各部分按規(guī)定有序地動(dòng)作。這些資訊和指令最基本的包括：各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和進(jìn)給位移量，各狀態(tài)控制的I/O信號等。概述伺服系統(tǒng)的作用就是將進(jìn)給位移量等資訊轉(zhuǎn)換成機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，數(shù)控系統(tǒng)要求伺服系統(tǒng)正確、快速地跟隨控制資訊，執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，位置回饋系統(tǒng)將機(jī)械運(yùn)動(dòng)的實(shí)際位移資訊回饋至數(shù)控系統(tǒng)，以保證位置控制精度?？傊瑪?shù)控機(jī)床的運(yùn)行在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，處於不斷地計(jì)算、輸出、回饋等控制過程中，從而保證刀具和工件之間相對位置的準(zhǔn)確性。與其他加工方法相比，數(shù)控機(jī)床有以下優(yōu)點(diǎn)：概述（1）數(shù)控系統(tǒng)取代了普通機(jī)床的手工操縱，具有充分的柔性，只要編制成零件程式就能加工出零件。（2）零件加工精度一致性好，避免了普通機(jī)床加工時(shí)人為因素的影響。（3）生產(chǎn)週期較短，特別適合小批量、單件的加工。（4）可加工複雜形狀的零件，如二維輪廓或三維輪廓加工。（5）易於調(diào)整機(jī)床，與其他製造方法（如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線）相比，所需調(diào)整時(shí)間較少。概述從數(shù)控機(jī)床最終要完成的任務(wù)看，主要有以下三個(gè)方面內(nèi)容：1.主軸運(yùn)動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)和普通車床一樣，主運(yùn)動(dòng)主要完成切削任務(wù)，其動(dòng)力約占整臺機(jī)床動(dòng)力的70～80％?；究刂剖侵鬏S的正、反轉(zhuǎn)和停止，可自動(dòng)換檔及無級調(diào)速；對加工中心和有些數(shù)控車床還必須具有定向控制和C軸控制。概述2.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)這是數(shù)控機(jī)床區(qū)別於普通車床最根本的地方，即用電氣驅(qū)動(dòng)替代了機(jī)械驅(qū)動(dòng)，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由進(jìn)給伺服系統(tǒng)完成的。伺服系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動(dòng)裝置、伺服電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給傳動(dòng)鏈及位置檢測裝置，如圖1-3所示。伺服控制的最終目的就是機(jī)床工作臺或刀具的位置控制，伺服系統(tǒng)中所採取的一切措施，都是為了保證進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的位置精度。如對機(jī)械傳動(dòng)鏈進(jìn)行預(yù)緊和反向間隙調(diào)整；採用高精度的位置檢測裝置；採用高性能的伺服驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電動(dòng)機(jī)，提高數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算速度等。概述概述3.輸入/輸出(I/O)數(shù)控系統(tǒng)對加工程式處理後輸出的控制信號除了對進(jìn)給運(yùn)行軌跡進(jìn)行連續(xù)控制外，還要對機(jī)床的各種狀態(tài)進(jìn)行控制，這些狀態(tài)包括主軸的變速控制，主軸的正、反轉(zhuǎn)及停止，冷卻和潤滑裝置的起動(dòng)和停止，刀具的自動(dòng)交換，工件夾緊和放鬆及分度工作臺轉(zhuǎn)位等。例如，通過對機(jī)床程式中的M指令、機(jī)床的操作面板上的控制開關(guān)及分佈，在機(jī)床各部位的行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)等輸入元件的檢測，由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的可編程控制器（PLC）進(jìn)行邏輯運(yùn)算，輸出控制信號驅(qū)動(dòng)中間繼電器、接觸器、電磁閥及電磁制動(dòng)器等輸出元件，對冷卻泵、潤滑泵、液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。概述根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)《ISO4336—1981（E）機(jī)床數(shù)字控制—數(shù)控裝置和數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)備之間的介面規(guī)範(fàn)》的規(guī)定，介面分為四類。如圖1-4所示為數(shù)控裝置、數(shù)控設(shè)備和機(jī)床之間的連接關(guān)係。第Ⅰ類：與驅(qū)動(dòng)命令有關(guān)的連接電路，主要是與坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)的連接電路。第Ⅱ類：數(shù)控裝置與測量系統(tǒng)和測量感測器之間的連接電路。第Ⅰ類和第Ⅱ類介面?zhèn)魉偷馁Y訊是數(shù)控裝置與伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服電動(dòng)機(jī)、位置檢測和速度檢測之間的控制資訊及回饋資訊，它們屬於數(shù)字控制及伺服控制。概述第Ⅲ類：電源及保護(hù)電路。由數(shù)控機(jī)床強(qiáng)電線路中的電源控制電路構(gòu)成。強(qiáng)電線路由電源變壓器、控制變壓器、各種斷路器、保護(hù)開關(guān)、接觸器、熔斷器等連接而成，以便為輔助交流電動(dòng)機(jī)（如冷卻泵電動(dòng)機(jī)、潤滑泵電動(dòng)機(jī)等）、電磁鐵、離合器、電磁閥等功率執(zhí)行元件供電。強(qiáng)電線路不能與低壓下工作的控制電路或弱電線路直接連接，只有通過斷路器、中間繼電器等器件，轉(zhuǎn)換成直流低電壓下工作的觸點(diǎn)的開合動(dòng)作，才能成為繼電器邏輯電路和PLC可接收的電信號，反之亦然。第Ⅳ類：開/關(guān)信號和代碼信號連接電路。是數(shù)控裝置與外部傳送的輸入、輸出控制信號。當(dāng)數(shù)控機(jī)床不帶PLC時(shí)，這些信號直接在數(shù)控裝置和機(jī)床間傳送。當(dāng)數(shù)控裝置帶有PLC時(shí)，這些信號除極少數(shù)的高速信號外，均通過PLC傳送。概述概述1.1.4數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的種類規(guī)格很多，分類方法也各不相同，常見的分類有以下幾種方式。1.1.4.1按被控制對象運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分類：（1）點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置只要求能夠精確地控制一個(gè)座標(biāo)點(diǎn)到另一個(gè)座標(biāo)點(diǎn)的定位精度，而不管從一點(diǎn)到另一點(diǎn)是按什麼軌跡運(yùn)動(dòng)，在移動(dòng)過程中不進(jìn)行任何加工。為了精度定位和提高生產(chǎn)率，系統(tǒng)首先高速運(yùn)行，然後按1～3級減速，使之慢速趨近於定位點(diǎn)，減小定位誤差。這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控鑽床、數(shù)控座標(biāo)鏜床、數(shù)控衝床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)、數(shù)控折彎機(jī)和數(shù)控測量機(jī)等。概述（2）直線控制的數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床一般要在兩點(diǎn)間移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行切削加工，所以不僅要求有準(zhǔn)確的定位功能，還要求從一點(diǎn)到另一點(diǎn)之間按直線規(guī)律運(yùn)動(dòng)，而且對運(yùn)動(dòng)的速度也要進(jìn)行控制，對於不同的刀具和工件，可以選擇不同的進(jìn)給速度。這一類機(jī)床包括簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑床數(shù)控鏜床等。一般情況下，這些機(jī)床可以有兩到三個(gè)可控軸，但一般同時(shí)控制軸數(shù)只有兩個(gè)。概述（3）輪廓控制的數(shù)控機(jī)床輪廓控制又稱連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有輪廓控制功能。其特點(diǎn)是能同時(shí)控制兩個(gè)以上的軸，具有插補(bǔ)功能。它不僅控制起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，而且要控制加工過程中每一點(diǎn)的位置和速度，加工出任意形狀的曲線或曲面組成的複雜零件。輪廓控制的數(shù)控機(jī)床的例子有兩座標(biāo)及兩座標(biāo)以上的數(shù)控銑床、可以加工回轉(zhuǎn)曲面數(shù)控機(jī)床、加工中心等。概述1.1.4.2按控制方式分類：（1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床沒有檢測回饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號流程是單向的，其精度主要決定於驅(qū)動(dòng)元件和伺服電機(jī)的性能，開環(huán)數(shù)控機(jī)床所用的電動(dòng)機(jī)主要是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。移動(dòng)部件的速度與位移是由輸入脈衝的頻率和脈衝數(shù)決定，位移精度主要決定於該系統(tǒng)各有關(guān)零部件的製造精度。概述開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定、容易調(diào)試、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是系統(tǒng)對移動(dòng)部件的誤差沒有補(bǔ)償和校正，所以精度低，一般位置精度通常為±0.01～±0.02㎜。一般適用於經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和舊機(jī)床數(shù)控化改造。圖1-5為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的示意圖。概述（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)概述閉環(huán)控制系統(tǒng)是指在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上安裝位置測量裝置（位置測量裝置有光柵、感應(yīng)同步器和磁柵等），如圖1-6所示。加工中將測量到的實(shí)際位置值回饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移相比較，用比較的差值控制移動(dòng)部件，直到差值為零，即實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的最終精確定位。從理論上講，閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度主要取決於檢測裝置的精度，它完全可以消除由於傳動(dòng)部件製造中存在的誤差給工件加工帶來的影響。所以這種控制系統(tǒng)可以得到很高的加工精度。閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都有較大的難度，主要用於一些精度要求較高的鏜銑床、超精車床和加工中心等。概述（3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上或進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的軸上裝有角位移檢測裝置，如圓光柵，光電編碼器及旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器等。該系統(tǒng)不是直接測量工作臺位移量，而是通過檢測絲杠轉(zhuǎn)角間接地測量工作臺位移量，然後回饋給數(shù)控裝置如圖1-7所示。這種控制系統(tǒng)實(shí)際控制的是絲杠的傳動(dòng)，而絲杠的螺母副的傳動(dòng)誤差無法測量，只能靠製造保證。因而半閉環(huán)控制系統(tǒng)的精度低於閉環(huán)系統(tǒng)。但由於角位移檢測裝置比直線位移檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單安裝調(diào)試方便，因此配有精密滾珠絲杠和齒輪的半閉環(huán)系統(tǒng)正在被廣泛地採用。概述目前已逐步將角位移檢測裝置和伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成一個(gè)部件，使系統(tǒng)變得更加簡單，安裝調(diào)試都比較方便，中檔數(shù)控機(jī)床廣泛採用半閉環(huán)控制系統(tǒng)。概述1.1.4.3按功能水準(zhǔn)分類按數(shù)控系統(tǒng)的功能水準(zhǔn)分類，通常把數(shù)控系統(tǒng)分為低、中、高檔三類。如：金屬切削類數(shù)控機(jī)床、金屬成型類數(shù)控機(jī)床、數(shù)控特種加工機(jī)床、其他類型的數(shù)控機(jī)床及低檔數(shù)控機(jī)床（脈衝當(dāng)量0.01mm～0.005mm，快進(jìn)速度4～10m/min）、中檔數(shù)控機(jī)床（脈衝當(dāng)量0.005mm～0.001mm，快進(jìn)速度15～24m/min）、高檔數(shù)控機(jī)床（脈衝當(dāng)量0.001mm～0.0001mm，快進(jìn)速度15～100m/min）等等。概述經(jīng)濟(jì)型低檔數(shù)控系統(tǒng)一般採用單板機(jī)、單片機(jī)作為控制機(jī)，用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，適用於自動(dòng)化程度要求不高的場合。普及型（中檔）的數(shù)控系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都向系列化、模組化、高性能和成套方向發(fā)展，記憶體容量較大，採用了高精度高回應(yīng)特性的交流或直流伺服單元，裝置的可靠性指標(biāo)較高。這類機(jī)床功能較全、價(jià)格適中，應(yīng)用較廣。高檔型數(shù)控系統(tǒng)，一般用於多軸車削中心、多軸銑削中心、自動(dòng)生產(chǎn)線的多軸控制、柔性加工單元、電腦集成製造系統(tǒng)等。這類數(shù)控機(jī)床的功能齊全，價(jià)格較貴。概述1.1.5數(shù)控設(shè)備的工作原理數(shù)控機(jī)床加工過程可以分為以下幾個(gè)步驟。（1）程式編制程式編制是將零件的加工工藝、工藝參數(shù)、刀具位移量及位移方向和有關(guān)輔助操作，按指令代碼及程式格式編制加工程式單，然後，將加工程式單以代碼形式記錄在資訊載體上。程式編制可以是手工編制，也可以是自動(dòng)編制。對於自動(dòng)編程，目前已較多的採用電腦CAD/CAM圖形互動(dòng)式自動(dòng)編程，通過電腦有關(guān)處理後，自動(dòng)生成的數(shù)控程式，可通過介面直接輸入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。概述（2）數(shù)控代碼和解碼數(shù)控代碼是用來表示數(shù)控系統(tǒng)中的符號、字母和數(shù)字的專用代碼，並組成數(shù)控指令。對數(shù)控代碼進(jìn)行識別，並翻譯成數(shù)控系統(tǒng)能用於運(yùn)算控制的信號形式稱為解碼。在電腦數(shù)控中，解碼之前，先將零件程式存放在緩衝器裏。解碼時(shí)，解碼程式依次將一個(gè)個(gè)字元和相應(yīng)的數(shù)碼與緩衝器中零件程式進(jìn)行比較，若兩者相等，說明輸入了該字元。解碼程式是串行工作的，它有較高的解碼速度。概述（3）刀具軌跡的計(jì)算刀具軌跡的計(jì)算是根據(jù)輸入解碼後的數(shù)據(jù)段參數(shù)，進(jìn)行刀具補(bǔ)償計(jì)算、絕對值與相對值的換算等，把零件程式提供的工件輪廓資訊轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)認(rèn)定的軌跡。（4）插補(bǔ)運(yùn)算插補(bǔ)運(yùn)算是根據(jù)刀具中心點(diǎn)沿各坐標(biāo)軸移動(dòng)的指令資訊，以適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)關(guān)係進(jìn)行各坐標(biāo)軸脈衝分配的計(jì)算。只有通過插補(bǔ)運(yùn)算，使兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸協(xié)調(diào)的工作，才能合成所需要的目標(biāo)位置的幾何軌跡，或加工出需要的零件形狀。概述1.2現(xiàn)代控制技術(shù)及發(fā)展1.2.1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史由於電腦的誕生，在1952年產(chǎn)生了世界上第一臺3座標(biāo)立式數(shù)控銑床，標(biāo)誌著數(shù)控技術(shù)發(fā)展的開始。因此，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷史，同電腦的發(fā)展歷史息息相關(guān)，也同數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史息息相關(guān)。概述1.2.1.1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展從數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展看數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，大概分為以下幾個(gè)階段：第一階段1952年至1970年，這一階段的數(shù)控系統(tǒng)採用由硬體電路組成的專用電腦裝置，這種數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷三個(gè)時(shí)代，即電子管、電晶體和小規(guī)模積體電路時(shí)代。所採用的器件經(jīng)過電子管、電晶體和小規(guī)模積體電路等幾次變革，但各種控制功能，如輸入裝置、插補(bǔ)運(yùn)算、控制器等，都是由硬體邏輯電路來實(shí)現(xiàn)?？刂乒δ鼙容^簡單，使用靈活性較差。概述第二階段1970年至1974年，由於電腦的迅速發(fā)展，性能價(jià)格比不斷提高，小型電腦代替了數(shù)控系統(tǒng)中硬體構(gòu)成的專用電腦裝置。這即是第四代數(shù)控系統(tǒng)，即電腦數(shù)控系統(tǒng)（CNC）。電腦數(shù)控用軟體實(shí)現(xiàn)了許多數(shù)控功能，使數(shù)控系統(tǒng)具有更大的適應(yīng)性、柔性好電腦的優(yōu)勢在數(shù)控系統(tǒng)中得到充分發(fā)揮。第三階段1974年開始，隨著採用大規(guī)模積體電路的微處理器迅速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)開始採用微型電腦，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第五代。由於微處理器的集成度不斷提高，運(yùn)算速度越來越快，功能越來越豐富。今後微處理器的速度還會提高，數(shù)控的功能會有更大的提高，因此除了有特殊要求的系統(tǒng)外，中小型電腦數(shù)控均可用微型電腦數(shù)控來代替。概述微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，使得數(shù)控技術(shù)在整個(gè)20世紀(jì)80年代得到大規(guī)模的發(fā)展和應(yīng)用，但是這種數(shù)控系統(tǒng)一直由系統(tǒng)製造廠家進(jìn)行封閉壟斷性生產(chǎn)，使得這類數(shù)控產(chǎn)品專用性強(qiáng)，與標(biāo)準(zhǔn)電腦不相容，通用性、軟體移植性和組網(wǎng)通訊能力較差。尤其從20世紀(jì)90年代開始，個(gè)人電腦即PC機(jī)的發(fā)展迅猛，它帶來的眾多成果不能被第五代數(shù)控系統(tǒng)及時(shí)採用。為了擺脫數(shù)控系統(tǒng)的這種局面，現(xiàn)在正在向開放式數(shù)控系統(tǒng)方向發(fā)展，目前朝該方向發(fā)展的一個(gè)具體表現(xiàn)是基於PC機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，即第六代數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代初開始提出研製，直到20世紀(jì)90年代初得以實(shí)現(xiàn)。概述這類系統(tǒng)結(jié)合了PC機(jī)的分析運(yùn)算能力、大容量存儲功能、圖文顯示優(yōu)勢及組網(wǎng)的靈活性，使得數(shù)控系統(tǒng)的使用，具備了較為開放的模式。但是由於PC電腦能力的限制，阻礙了在這類數(shù)控系統(tǒng)朝高速和高精度方向的發(fā)展步伐。20世紀(jì)80年代末基於DSP(DigitalSignalProcessor)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的突破，為開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了新的條件?；禗SP的運(yùn)動(dòng)控制器為核心，融合PLC功能，與標(biāo)準(zhǔn)PC機(jī)集成的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)有可能成為第六代數(shù)控系統(tǒng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。概述1.2.1.2從NC到CNC數(shù)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一臺專門用於機(jī)床資訊處理的電腦。20世紀(jì)五六十年代的通用電腦在處理速度和結(jié)構(gòu)上滿足不了機(jī)床加工的要求，不得不用電子元件來構(gòu)成專門的邏輯部件，組成專用電腦來實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工的要求，故稱之為Hard-WireNC（硬線連接數(shù)控），一般簡稱為NC。到60年代後期，小型電腦走向成熟並被引入數(shù)控，從此NC進(jìn)化為CNC，NC部分功能開始改由軟體來實(shí)現(xiàn)。概述到70年代初，由於微電子技術(shù)的發(fā)展，由大規(guī)模積體電路構(gòu)成的微處理器引入數(shù)控並取代了小型電腦。但由於當(dāng)時(shí)CPU的位數(shù)少，速度低（4位、8位，到70年代末才有16位，時(shí)鐘頻率16位也只有4.77M），數(shù)控系統(tǒng)一些即時(shí)性很強(qiáng)的功能，如插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制等不得不仍舊依靠硬體來實(shí)現(xiàn)，故當(dāng)時(shí)硬體品質(zhì)的高低，就決定了CNC品質(zhì)的高低，進(jìn)入80年代中期及以後，由於微電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)在高速化、多功能化、智能化、高精度化和高可靠性等方面得到了提高。概述現(xiàn)在所說的CNC系統(tǒng)實(shí)際上就是微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）。CNC系統(tǒng)從價(jià)格、功能、使用等綜合性指標(biāo)考慮有標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)也稱全功能數(shù)控系統(tǒng)，功能齊全，控制精度和運(yùn)行精度都比較高，基本上都是閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)；經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)功能比較簡單，在我國，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控通常和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)組成開環(huán)控制系統(tǒng)。概述隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，用通用微機(jī)技術(shù)開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)可以得到強(qiáng)有力的硬體和軟體支持，這些軟體和硬體技術(shù)是開放式的，此時(shí)的通用微機(jī)除了具備本身的功能外，還具備了全功能數(shù)控系統(tǒng)的所有功能，這是一條發(fā)展數(shù)控技術(shù)的途徑。當(dāng)前全功能數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)有：概述（1）選用高速微處理器微處理器是現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，擔(dān)負(fù)著運(yùn)算、存儲和控制等多重任務(wù)。其位數(shù)和運(yùn)行速度直接關(guān)係到加工效率和加工精度。高速32位微處理器的採用，使得數(shù)控系統(tǒng)的輸入、解碼、計(jì)算和輸出等環(huán)節(jié)都在高速下進(jìn)行，同時(shí)提高了多軸聯(lián)動(dòng)、進(jìn)給速度和分辨力等指標(biāo)?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)控制軸數(shù)為3～15軸，有的多達(dá)20～24軸，同時(shí)控制軸數(shù)（聯(lián)動(dòng)）為3～6軸?？焖龠M(jìn)給速度及切削進(jìn)給速度已達(dá)到100m/min（1μm分辨力）和24m/min（0.11μm分辨力）。概述（2）配置高速、功能強(qiáng)的可編程序控制器（PLC）數(shù)控系統(tǒng)除了對位置進(jìn)行資訊控制外，還要對I/O狀態(tài)量進(jìn)行控制，數(shù)控系統(tǒng)中高速和強(qiáng)功能的可編程控制器能滿足數(shù)控機(jī)床這方面的需要。同時(shí)，PLC輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和PLC容量的增加可滿足直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DNC）和柔性製造單元（FMC）的控制要求。概述（3）CRT圖形顯示、人機(jī)對話功能及自診斷功能大多數(shù)現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)採用CRT與手動(dòng)鍵盤配合，實(shí)現(xiàn)程式的輸入、編輯、修改和刪除等功能，具有前臺操作、後臺編輯的功能及用戶宏程式等；可以有二維圖形軌跡顯示，有的還可以實(shí)現(xiàn)三維彩色動(dòng)態(tài)圖形的顯示。由於採用菜單選擇操作方式，操作簡單明瞭。系統(tǒng)具有硬體、軟體及機(jī)床故障的自診斷功能，提高了可維修性。概述（4）具有多種監(jiān)控、檢測及補(bǔ)償功能為了提高數(shù)控機(jī)床的效率及加工精度，有些數(shù)控機(jī)床配置了各種測量裝置，如刀具磨損的檢測、機(jī)床精度及熱變形的檢測等，與之相適應(yīng)，數(shù)控系統(tǒng)則具有刀具壽命管理、刀具參數(shù)補(bǔ)償、反向間隙及絲杠螺距誤差補(bǔ)償、熱變形補(bǔ)償?shù)裙δ?。?）CNC的智能化在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，引進(jìn)了自適應(yīng)控制技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)能檢測對機(jī)床本身有影響的資訊，並自動(dòng)連續(xù)調(diào)整有關(guān)參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行的最優(yōu)化。如測量工件狀態(tài)、調(diào)整刀具切削用量、進(jìn)行尺寸控制，以滿足加工精度及表面粗糙度的要求等。在有的CNC系統(tǒng)中，還建立了切削率的資料庫及切削用量的專家系統(tǒng)等。大多數(shù)現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都具有學(xué)習(xí)及示教功能。概述（6）通信功能一般數(shù)控系統(tǒng)都有簡單的通信功能，如採用RS-232C串行介面與編程機(jī)、微機(jī)等外設(shè)通信?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)還要與其他數(shù)控系統(tǒng)或者上級電腦通信，所以除了RS-232C介面外，還有RS-422和DNC（直接數(shù)控）等多種通信介面。數(shù)控系統(tǒng)要單機(jī)進(jìn)入柔性製造系統(tǒng)（FMS）進(jìn)而形成電腦集成製造系統(tǒng)（CIMS），就要求數(shù)控系統(tǒng)具有更高的通信功能，為此，有的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)了符合ISO開放系統(tǒng)互聯(lián)七層網(wǎng)路模型的通信規(guī)約，如MAP（製造自動(dòng)化協(xié)議），為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造了條件。概述（7）標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和模組化現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的性能越來越完善，功能越來越多樣化，促使數(shù)控系統(tǒng)的硬體和軟體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，通用化和模組化。選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)化模組可以組成各種數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)，能方便地移植電腦行業(yè)或自動(dòng)化領(lǐng)域的成果，也便於現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展及升級。（8）開放性基於PC機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)已成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的重要方向，通過制定必要的技術(shù)規(guī)範(fàn)，在通用PC機(jī)的基礎(chǔ)上，一方面使硬體的體系結(jié)構(gòu)和功能模組具有相容性；另一方面使軟體、介面等技術(shù)規(guī)範(fàn)化和標(biāo)準(zhǔn)化，為機(jī)床製造廠或用戶提供一個(gè)良好的開放性和開發(fā)環(huán)境。概述（9）高可靠性這是一項(xiàng)硬指標(biāo)，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間（MIBF）已達(dá)到30000h以上。數(shù)控系統(tǒng)與微機(jī)只是專用機(jī)和通用機(jī)及生產(chǎn)批量大小的區(qū)別，其製造過程，包括元器件篩選、印製電路板、焊接和貼附、生產(chǎn)過程及最終產(chǎn)品的檢測和出廠前整機(jī)的考機(jī)等措施保證了數(shù)控系統(tǒng)有很高的可靠性。概述1.2.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對產(chǎn)品的性能要求越來越高，產(chǎn)品改型頻繁，採用多品種小批量生產(chǎn)方式的企業(yè)越來越多，這就要求數(shù)控機(jī)床向著高速化、高精度化、複合化、系統(tǒng)化、智能化、環(huán)保化方向發(fā)展。要求數(shù)控技術(shù)滿足這些要求，數(shù)控技術(shù)正向以下方面發(fā)展。概述1.2.2.1高速化和高精度化目前數(shù)控機(jī)床正向著高速化和高精度化方向發(fā)展，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)10000～40000r/min，進(jìn)給速度可達(dá)30m/min，快速移動(dòng)可達(dá)100m/min，加速度可達(dá)1g，換刀時(shí)間可達(dá)1.5s，加工中心的定位精度約為±5μm，有的可達(dá)到±1μm。

1.2.2.2數(shù)控系統(tǒng)智能化、資訊化由於微電子技術(shù)、超大規(guī)模積體電路等各種技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化變?yōu)榭赡?。智能化的?shù)控系統(tǒng)可以解決數(shù)控機(jī)床的故障診斷和提出排除的方法，也可以更廣泛的深入解決加工中的技術(shù)問題。概述1.2.3數(shù)控伺服系統(tǒng)的發(fā)展伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分，伺服系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能直接影響數(shù)控機(jī)床的定位精度、加工精度和位移速度。當(dāng)前伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是：（1）全數(shù)字式控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)傳統(tǒng)的位置控制是將位置控制信號回饋至數(shù)控系統(tǒng)，與位置指令比較後輸出速度控制模擬信號至伺服驅(qū)動(dòng)裝置，而全數(shù)字式數(shù)控系統(tǒng)的位置比較是在伺服驅(qū)動(dòng)裝置中完成的，數(shù)控系統(tǒng)僅輸出位置指令的數(shù)字信號至伺服驅(qū)動(dòng)裝置。概述另外，直流伺服系統(tǒng)逐漸被交流數(shù)字伺服系統(tǒng)所代替。在全數(shù)字式控制系統(tǒng)中，位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)等參數(shù)均實(shí)現(xiàn)了數(shù)位化，實(shí)現(xiàn)了幾乎不受負(fù)載變化影響的高速回應(yīng)的伺服系統(tǒng)。（2）採用高分辨力的位置檢測裝置現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的位置檢測大多採用高分辨力的光柵和光電編碼器，必要時(shí)採用細(xì)分電路，進(jìn)一步提高分辨力。（3）軟體補(bǔ)償現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床利用數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能，通過參數(shù)設(shè)置對伺服系統(tǒng)進(jìn)行多種補(bǔ)償，如位置環(huán)增益、軸向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、反向間隙補(bǔ)償及絲杠螺距累積誤差補(bǔ)償?shù)取８攀觯?）前饋控制傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)是將指令位置和實(shí)際位置的偏差乘以位置環(huán)增益作為速度指令，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置拖動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，這種方式總是存在著位置跟蹤滯後誤差，使得在加工拐角及圓弧時(shí)加工情況惡化。通過前饋控制，使跟蹤滯後誤差大為減小，提高了位置控制精度。（5）機(jī)械靜、動(dòng)磨擦的非線性控制技術(shù)機(jī)床的動(dòng)、靜磨擦的非線性會導(dǎo)致爬行現(xiàn)象。除採取降低靜磨擦的措施外，新型的伺服系統(tǒng)還具有自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)械系統(tǒng)靜、動(dòng)磨擦非線性的控制功能。概述1.2.4以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)加工中心、網(wǎng)路控制技術(shù)、資訊技術(shù)的發(fā)展，為單機(jī)數(shù)控向電腦控制的多機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展創(chuàng)造了必要的條件。已經(jīng)出現(xiàn)的電腦直接數(shù)控系統(tǒng)（DNC）、柔性製造系統(tǒng)（FMS）及電腦集成製造系統(tǒng)（CIMS），就是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)。概述1.2.4.1電腦直接數(shù)控系統(tǒng)（CIMS）電腦直接數(shù)控系統(tǒng)就是用一臺中央電腦直接控制和管理一群數(shù)控設(shè)備進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)，因此，也稱它為電腦群控系統(tǒng)。在DNC系統(tǒng)中，各臺數(shù)控機(jī)床都各自有獨(dú)立的數(shù)控系統(tǒng)，並與中央電腦組成電腦網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分級控制管理。中央電腦不僅用於編制零件的程式以控制數(shù)控機(jī)床的加工過程，而且能控制工件與刀具的輸送，同時(shí)還具有生產(chǎn)管理、工況監(jiān)控及刀具壽命管理等能力，形成了一條由電腦控制的數(shù)控機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線。概述1.2.4.2柔性製造單元（FMC）和柔性製造系統(tǒng)（FMS）柔性製造單元是由加工中心（MC）與工件自動(dòng)交換裝置（APC）組成，同時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)還增加了自動(dòng)檢測與工況自動(dòng)監(jiān)控等功能，如工件尺寸測量補(bǔ)償、刀具損壞和壽命監(jiān)控等。柔性製造單元既可作為組成柔性製造系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也可用作獨(dú)立的自動(dòng)化加工設(shè)備。概述1.2.4.3電腦集成製造系統(tǒng)（CIMS）CIMS的核心是一個(gè)公用的資料庫，對資訊資源進(jìn)行存儲與管理，並與各個(gè)電腦系統(tǒng)進(jìn)行通信。在此基礎(chǔ)上，需要有三個(gè)電腦系統(tǒng)，一是進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)的電腦輔助設(shè)計(jì)與電腦輔助製造系統(tǒng)，即CAD/CAM；二是電腦輔助生產(chǎn)計(jì)畫與電腦生產(chǎn)控制系統(tǒng)，即CAP/CAC，此系統(tǒng)對加工過程進(jìn)行計(jì)畫、調(diào)度與控制，F(xiàn)MS是這個(gè)系統(tǒng)的主體；三是電腦工廠自動(dòng)系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)裝配與測試，材料的自動(dòng)運(yùn)輸與處理等。在上述三個(gè)電腦系統(tǒng)週邊，還需要利用電腦進(jìn)行市場預(yù)測，編制產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃，分析財(cái)政狀況和進(jìn)行生產(chǎn)管理與人員管理。雖然CIMS涉及的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，但數(shù)控機(jī)床仍然是CIMS不可缺少的基本工作單元。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)

第二章電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.1低壓電器的基本知識

2.2低壓控制電器

2.3低壓保護(hù)電器

2.4三相籠形非同步電動(dòng)機(jī)電氣控制電路基本知識

2.5三相籠形非同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路

2.6三相籠形非同步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路

2.7電氣控制電路技能實(shí)驗(yàn)

電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.1低壓電器的基本知識常用低壓電器主要介紹低壓電器的基本知識和分類，低壓控制電器和低壓保護(hù)電器的概念、結(jié)構(gòu)與動(dòng)作原理等內(nèi)容，為以後正確使用與維護(hù)打下基礎(chǔ)。2.1.1低壓電器的定義及分類凡是對電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用起控制、調(diào)節(jié)、檢測、轉(zhuǎn)換及保護(hù)作用的電工器械稱為電器。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)用於交流50HZ或60HZ額定電壓1200V以下，直流額定電壓1500V以下的電路內(nèi)起接通、斷開、保護(hù)、控制或調(diào)節(jié)作用的電器稱為低壓電器。常用的低壓電器有刀開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、自動(dòng)開關(guān)、熔斷器、接觸器、繼電器和主令電器等。低壓電器的種類較多，分類方法有多種，就其在電氣線路中所處的地位、作用以及所控制的對象可分為低壓配電電器、低壓控制電器兩大類。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（1）低壓配電電器主要用於低壓配電系統(tǒng)中。對於這類電器的要求是系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，動(dòng)作準(zhǔn)確、工作可靠，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，通過允許的短路電流時(shí)，其電動(dòng)力和熱效應(yīng)不會損壞電器。如：刀開關(guān)、斷路器和熔斷器等。（2）低壓控制電器主要用於電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中。對於這類電器的要求是有相應(yīng)的轉(zhuǎn)換能力，操作頻率高，電壽命和機(jī)械壽命長，工作可靠。如：接觸器、繼電器、主令電器等。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.1.2電磁式電器電磁式電器在低壓電器中佔(zhàn)有十分重要的地位，在電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍。如接觸器、自動(dòng)空氣開關(guān)（斷路器）、電磁式繼電器等。但它們的工作原理基本上相同。就其結(jié)構(gòu)而言主要由電磁機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所組成，電磁機(jī)構(gòu)按其電源種類可分為交流和直流兩種，執(zhí)行機(jī)構(gòu)則可分為觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置兩部分。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)1—鐵心2—銜鐵3—吸引線圈圖2-1電磁機(jī)構(gòu)幾種結(jié)構(gòu)形式電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（1）電磁機(jī)構(gòu)電磁機(jī)構(gòu)由線圈、鐵心（靜鐵心）和銜鐵（動(dòng)鐵心）等部分組成。從常用鐵心的銜鐵運(yùn)動(dòng)形式上看，其結(jié)構(gòu)形式大致可分為拍合式和直動(dòng)式兩大類，如圖2-1所示。圖2-1a為銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動(dòng)的拍合式鐵心，其鐵心材料由電工矽鋼片製成，它廣泛用於直流電器中；圖2-1b為銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動(dòng)的拍合式鐵心，鐵心形狀有E形和U形兩種，其鐵心材料由電工矽鋼片疊成，多用於觸頭容量較大的交流電器中；圖2-1c為銜鐵直線運(yùn)動(dòng)的雙E形直動(dòng)式鐵心，它也是由矽鋼片疊壓而成，也分為交、直流兩大類。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（2）作用原理其作用原理：當(dāng)線圈中有工作電流通過時(shí)，電磁吸力克服彈簧的反作用力，使得銜鐵與鐵心閉合，由連接機(jī)構(gòu)帶動(dòng)相應(yīng)的觸頭動(dòng)作。在交流電流產(chǎn)生的交變磁場中，為避免因磁通過零點(diǎn)造成銜鐵的抖動(dòng)，需要在交流電器鐵心的端部開槽，嵌入一銅短路環(huán)，使環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通與環(huán)外磁通不同時(shí)過零，使電磁吸力F總是大於彈簧的反作用力，因而可以消除交流鐵心的抖動(dòng)。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.1.3電器的觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置2.1.3.1電器的觸頭系統(tǒng)在工作過程中可以分開與閉合的電接觸稱為可分合接觸，又稱為觸頭，觸頭是成對的，一為動(dòng)觸頭，一為靜觸頭。觸頭有時(shí)又包含主觸頭、副觸頭和弧觸頭。觸頭的作用是接通或分?jǐn)嚯娐罚虼艘笥|頭要具有良好的接觸性能，電流容量較小的電器（如接觸器、繼電器）常採用銀質(zhì)材料作觸頭，這是因?yàn)殂y的氧化膜的電阻率與純銀相似，可以避免表面氧化膜電阻率增加而造成接觸不良。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)觸頭的結(jié)構(gòu)有橋式和指式兩類。圖2-2a所示是兩個(gè)點(diǎn)接觸的橋式觸頭，圖2-2b是兩個(gè)面接觸的橋式觸頭。兩個(gè)觸頭串於同一電路中，電路的接通與斷開由兩個(gè)觸點(diǎn)共同完成，點(diǎn)接觸形式適用於電流不強(qiáng)且觸頭壓力小的場合；面接觸形式適用於電流較強(qiáng)的場合。圖2-2c所示是為指形觸頭，其接觸區(qū)為一直線，觸頭接通或分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，以利於去掉氧化膜，故其觸頭可以用紫銅製造，特別適合於觸頭分合次數(shù)多、電流大的場合。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)圖2-2觸頭的結(jié)構(gòu)的型式電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.1.3.2滅弧系統(tǒng)觸頭在分?jǐn)嚯娏鞯乃查g，在觸頭間的氣隙中就會產(chǎn)生電弧，電弧的溫度很高，能將觸頭燒損，並可能造成其他事故，因此，應(yīng)採用適當(dāng)措施迅速熄滅電弧。熄滅電弧的主要措施有：①迅速增加電弧長度（拉長電?。?，使得單位長度內(nèi)維持電弧燃燒的電場強(qiáng)度不夠而使電弧熄滅。②使電弧與流體介質(zhì)或固體介質(zhì)相接觸，加強(qiáng)冷卻和去游離作用，使電弧加快熄滅。電弧有直流電弧和交流電弧兩類，交流電流有自然過零點(diǎn)，故其電弧較容易熄滅。低壓控制電器常用的滅弧方法有以下幾種：電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（1）速拉滅弧法通過機(jī)械裝置將電弧迅速拉長，從而加快電弧的熄滅。這種滅弧方法是開關(guān)電器中普遍採用的最基本的一種滅弧方法。（2）冷卻滅弧法降低電弧的溫度，可使電弧中的熱游離減弱，正負(fù)離子的複合增加，有助於電弧迅速熄滅。（3）磁吹滅弧法利用永久磁鐵或電磁鐵產(chǎn)生的磁場對電流的作用力來拉長電??；或者利用氣流使電弧拉長和冷卻被熄滅。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（4）窄縫滅弧法這種滅弧方法是利用滅弧罩的窄縫來實(shí)現(xiàn)的。滅弧罩內(nèi)有一條縱縫，縫的下部寬些上部窄些。當(dāng)觸頭斷開時(shí)，電弧在電動(dòng)力的作用下進(jìn)入縫內(nèi)，窄縫可將電弧弧柱直徑壓縮，使電弧同縫壁緊密接觸，加強(qiáng)冷卻和去游離作用，使電弧熄滅加快。（5）金屬柵片滅弧法利用柵片對電弧的吸引作用及磁吹線圈的作用將電弧引入柵片中，柵片將電弧分割成許多串聯(lián)的短弧。這樣每兩片滅弧柵片可以看作一對電極，使整個(gè)滅弧柵的絕緣強(qiáng)度大大加強(qiáng)。而每個(gè)柵片間的電壓不足以達(dá)到電弧燃燒電壓，同時(shí)吸收電弧熱量，使電弧迅速冷卻，所以電弧進(jìn)入滅弧柵片後就很快地熄滅。如圖2-3所示。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2-3柵片滅弧示意圖電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.1.4低壓電器的主要技術(shù)參數(shù)電器要可靠地接通和分?jǐn)啾豢刂齐娐?，而不同的被控制電路工作在不同的電壓或電流等級、不同的通斷頻繁程度及不同性質(zhì)負(fù)載的情況下，對電器提出了各種技術(shù)要求。如觸點(diǎn)在分?jǐn)酄顟B(tài)時(shí)要有一定的耐壓能力以防止漏電或介質(zhì)擊穿，因而電器有額定工作電壓這一基本參數(shù)；觸頭閉合時(shí)，總有一定的接觸電阻，負(fù)載電流在接觸電阻產(chǎn)生的壓降和熱量不應(yīng)過大，因此對電器觸點(diǎn)規(guī)定了額定電流值，被控負(fù)載的工作情況對電器的要求有著重要的影響，如籠型非同步電動(dòng)機(jī)反接觸制動(dòng)及反向時(shí)的電流峰值約大兩倍，所以電動(dòng)機(jī)頻繁反向時(shí)，控制電器的工作條件較差。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)於是，有些控制電器被製成能使用在較惡劣的條件下，而有些不能，這就使電器有不同的使用類別。配電電器擔(dān)負(fù)著接通和分?jǐn)嚯娐冯娏鞯娜蝿?wù)，相應(yīng)地規(guī)定了極限通、斷能力；電器在分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)，出現(xiàn)的電弧要燒損觸點(diǎn)甚至熔焊，因此電器都有一定的使用壽命。

2.1.4.1使用類別按國標(biāo)GB2455—85，將控制電器主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)使用列於表2-1中。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)觸點(diǎn)電流種類使用類別典型用途舉例主觸點(diǎn)交流AC—1AC—2AC—3AC—4無感或微感負(fù)載、電阻爐繞線轉(zhuǎn)子非同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、分?jǐn)嗷\型非同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)中分?jǐn)嗷\型非同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反接制動(dòng)、反向、點(diǎn)動(dòng)直流DC—1DC—3DC—5無感或微感負(fù)載、電阻爐並勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)與反接制動(dòng)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)與反接制動(dòng)輔助觸點(diǎn)交流AC—11AC—14AC—15控制交流電磁鐵控制小容量（≦72VA）電磁鐵負(fù)載控制容量大於72VA的電磁鐵負(fù)載直流DC—11DC—13DC—14控制直流電磁鐵控制直流電磁鐵，即電感與電阻的混合負(fù)載控制電路中有經(jīng)濟(jì)電阻的直流電磁鐵負(fù)載表2-1控制電器觸點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)使用類別電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.1.4.2主參數(shù)—額定工作電壓和額定工作電流額定工作電壓是指在規(guī)定的條件下，能保證電器正常工作的電壓值，通常是指觸點(diǎn)的額定電壓值。有電磁機(jī)構(gòu)的控制電器還規(guī)定了電磁線圈的額定工作電壓。額定工作電流是指根據(jù)電器的具體使用條件確定的電流值，它和額定電壓、電網(wǎng)頻率、額定工作制、使用類別、觸點(diǎn)壽命及防護(hù)等級等因素有關(guān)，同一開關(guān)電器可以對應(yīng)不同使用條件以規(guī)定不同的工作電流值，具體內(nèi)容可參見表2-2。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)型號操作頻率次/h通電持續(xù)率(%)AC-3使用類別輔助觸點(diǎn)吸引線圈額定工作電流(IN/A)可控制三相非同步電動(dòng)機(jī)的功率（P/KW）控制功率功率（P/W）額定控制電壓UN/VAC-3AC-4380(V)660(V)220(V)380(V)500(V)660(V)AC(VA)DC(W)起動(dòng)吸持CJX2-9120030040972.245.55.53003080824、36CJX2-12120030012935.55.57.580848、110CJX2-16600120161247.5991009127、220CJX2-256001202518.551111151009380、660表2-2CJX2系列小容量交流接觸器技術(shù)數(shù)據(jù)電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.1.4.3通斷能力通斷能力以表2-3中非正常負(fù)載時(shí)能接通和斷開的電流值來衡量。接通能力是指開關(guān)閉合時(shí)不會造成觸點(diǎn)熔焊的能力。斷開能力是指開關(guān)斷開時(shí)能可靠滅弧的能力。2.1.4.4壽命包括機(jī)械壽命和電壽命。機(jī)械壽命是指電器在無電流情況下能操作的次數(shù)；電壽命是指在所規(guī)定的使用條件下不需要修理或更換零件的負(fù)載操作次數(shù)。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)類別正常負(fù)載非正常負(fù)載接通分?jǐn)嘟油ǚ謹(jǐn)郔/INU/UN

cosφI/INU/UNcosφI/INU/UNcosφI/INU/UNcosφAC-1AC-2AC-3AC-412.56611110.950.650.350.35111610.40.1710.950.650.350.351.5410101.11.11.11.10.950.650.350.351.54881.11.11.11.10.950.650.350.35表2-3相應(yīng)於使用類別的接通與分?jǐn)鄺l件電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2低壓控制電器低壓控制電器主要用於低壓電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，對電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)的電器，常用的低壓控制電器有刀開關(guān)、組合開關(guān)、按鈕、位置開關(guān)、接觸器和繼電器等。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.1刀開關(guān)低壓刀開關(guān)適用於不經(jīng)常操作的低壓電路中，主要用於手動(dòng)接通與斷開交、直流電路，也可用於不頻繁地接通與分?jǐn)囝~定電流以下的負(fù)載，或作電源隔離開關(guān)。如小型電動(dòng)機(jī)、電阻爐等。刀開關(guān)按極數(shù)劃分有單極、雙極與三極幾種；按刀開關(guān)轉(zhuǎn)換方向分，單投、雙投兩種；按操作方式分有直接手柄操作式、杠桿操作機(jī)構(gòu)式和電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)式三種；按滅弧結(jié)構(gòu)分，有帶有滅弧罩和不帶有滅弧罩兩種。其結(jié)構(gòu)由操作手柄、刀片（動(dòng)觸點(diǎn)）、靜刀座（靜觸點(diǎn)）和底板等組成，見圖2-4a。

電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.1.1膠蓋刀開關(guān)這種開關(guān)由帶有滅弧罩的刀開關(guān)和熔斷器串聯(lián)組合而成，如圖2-4所示為HK2系列開啟式負(fù)荷開關(guān)（也稱為膠蓋刀開關(guān)）。它能有效地通斷負(fù)荷電流，而且能進(jìn)行短路保護(hù)，且有既操作方便，又安全經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，主要用於交流50HZ、電壓380V、電流60A以下的電力線路中。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（a）外形結(jié)構(gòu)（b）圖形符號文字符號圖2-4刀開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖、圖形符號與文字符號電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.1.2熔斷器式刀開關(guān)熔斷器式刀開關(guān)（又稱刀熔開關(guān)），是一種新型組合開關(guān)，它利用RT0型熔斷器的具有刀形觸頭的熔管作為刀刃，具有刀開關(guān)和熔斷器的雙重功能，適用於農(nóng)村配電網(wǎng)路中，但開關(guān)中所用的熔斷器之間熔體不能更換，維護(hù)不方便。刀開關(guān)常用的產(chǎn)品有HD11-HD14和HS11-HS13系列刀開關(guān)；HK1、HK2系列開啟式負(fù)荷開關(guān)；HH3、HH4系列封閉式負(fù)荷開關(guān)；HR3系列熔斷器式刀開關(guān)等。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)刀開關(guān)在安裝時(shí)，手柄要向上，不得倒裝或平裝。只有安裝正確，作用在電弧上的電動(dòng)力和熱空氣的上升方向一致，才能促使電弧迅速拉長而熄滅；反之，兩者方向相反電弧就不易熄滅，嚴(yán)重時(shí)會使觸點(diǎn)及刀片燒灼，甚至造成極間短路。此外，如果倒裝，手柄可能因自動(dòng)下落而誤動(dòng)作合閘，將可能造成人身和設(shè)備的安全事故。在安裝使用鐵殼開關(guān)時(shí)應(yīng)注意安全，既不允許隨意放在地上操作，也不允許面對著開關(guān)操作，以免萬一發(fā)生故障，而開關(guān)又在分?jǐn)嗖幌聲r(shí)鐵殼爆炸飛出傷人。應(yīng)按規(guī)定把開關(guān)垂直安裝在一定高度處。開關(guān)的外殼應(yīng)妥善地接地，並嚴(yán)格禁止在開關(guān)上方擱置金屬零件，以防它們掉入開關(guān)內(nèi)部釀成相間短路事故。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.2按鈕按鈕是用人力手動(dòng)操作，並具有儲能（彈簧）複位的主令電器。它的結(jié)構(gòu)雖然簡單，卻是應(yīng)用很廣泛的一種電器，主要用於遠(yuǎn)距離操作接觸器、繼電器等電磁裝置，以自動(dòng)切換控制電路。按鈕的一般結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-5所示。操作時(shí)，當(dāng)按鈕帽的動(dòng)觸頭向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，先與動(dòng)斷靜觸頭分開，再與動(dòng)合靜觸頭閉合；當(dāng)操作人員將手指放開後，在複位彈簧的作用下，動(dòng)觸頭向上運(yùn)動(dòng)，恢復(fù)初始位置。在複位的過程中，先是動(dòng)合觸頭分?jǐn)?，然後是?dòng)斷觸頭閉合。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)為了標(biāo)明各種按鈕的作用，避免誤動(dòng)作，通常將按鈕帽做成不同的顏色，以示區(qū)別。按鈕的顏色有紅、綠、黑、黃、籃以及白、灰等多種，供不同場合選用。國標(biāo)GB5226—85對按鈕的顏色作如下規(guī)定：“停止”和“急?！卑粹o必須是紅色，當(dāng)按下紅色按鈕時(shí)，必須使設(shè)備停止工作或斷電；“起動(dòng)”按鈕的顏色是綠色；“起動(dòng)”與“停止”交替動(dòng)作的按鈕必須是黑白、白色或灰色，不得用紅色和綠色；“點(diǎn)動(dòng)”按鈕必須是黑色；複位按鈕（如保護(hù)繼電器的複位按鈕）必須是藍(lán)色，當(dāng)複位按鈕還具有停止的作用時(shí)，則必須是紅色。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)全國統(tǒng)一設(shè)計(jì)的按鈕型號為LA25系列，除符合國內(nèi)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外，還符合國際電工委員會的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其技術(shù)參數(shù)見表2-4。其他常用的型號為LA2、LA10、LA18、LA19、LA20等系列。圖2-5按鈕結(jié)構(gòu)示意圖和圖形文字符號1—按鈕帽2—複位彈簧3—?jiǎng)佑|點(diǎn)4—常閉靜觸點(diǎn)5—常開靜觸點(diǎn)電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)額定絕緣電壓Ui(V)AC380DC220額定工作電壓UN(V)220380220380110220約定發(fā)熱電流Ith(A)5105、10額定工作電流IN(A)1.40.84.52.60.60.3通斷能力8.7(418V，cosφ=0.7)50次46A(418V，cosφ=0.7)50次0.8A(242V,T0.95=300ms)20次按鈕形式平鈕蘑菇鈕帶燈鈕旋鈕鑰匙鈕操作頻率(次/h)12012電壽命(萬次)AC：50，DC：25AC：10；DC：10機(jī)械壽命(萬次)10010工作制斷續(xù)週期工作制，TD=40%額定極限短路電流1.1UN、cosφ=0.5～0.7、1000A、3次觸頭對數(shù)1～6（根據(jù)需要可以加接）表2-4LA25系列控制按鈕技術(shù)數(shù)據(jù)電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.3行程開關(guān)行程開關(guān)又稱位置開關(guān)（也稱位置感測器），是一種很重要的小電流主令電器。行程開關(guān)是利用生產(chǎn)設(shè)備某些運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械位移來碰撞位置開關(guān)，使其觸點(diǎn)動(dòng)作，將機(jī)械信號變?yōu)殡娦盘?，接通、斷開或變換某些控制電路的指令，藉以實(shí)現(xiàn)對機(jī)械的電氣控制要求，通常，這類開關(guān)被用來限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。即主要用於檢測工作機(jī)械的位置，發(fā)出命令以控制其運(yùn)動(dòng)方向或行程長短。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）圖形文字符號1—外殼2—頂桿3—常開靜觸點(diǎn)4—觸點(diǎn)彈簧5—?jiǎng)佑|頭6—常閉靜觸點(diǎn)7—恢復(fù)彈簧8—螺釘圖2-6行程開關(guān)觸頭結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)示意圖和圖形文字符號電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)各種系列的行程開關(guān)其基本結(jié)構(gòu)大體相同，都是由操作頭、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)系統(tǒng)和外殼組成。操作頭接受機(jī)械設(shè)備發(fā)出的動(dòng)作指令或信號，並將其傳遞到觸點(diǎn)系統(tǒng)，觸點(diǎn)再將操作頭傳來的指令或信號，通過本身的結(jié)構(gòu)功能變?yōu)殡娦盘?，輸出到有關(guān)控制回路，使之作出必要的反應(yīng)。行程開關(guān)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)示意圖見圖2-6所示，工作機(jī)械碰撞傳動(dòng)頭時(shí)，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使頂桿向下移動(dòng)，到達(dá)一定行程時(shí)，改變了彈簧力的方向，其垂直方向力由向下變?yōu)橄蛏希瑒?dòng)觸點(diǎn)向上跳動(dòng)，使動(dòng)斷觸點(diǎn)分?jǐn)?，?dòng)合觸頭閉合。當(dāng)外力去掉後，在複位彈簧的作用下頂桿上升，動(dòng)觸頭又向下跳動(dòng)，恢復(fù)初始狀態(tài)。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)行程開關(guān)的觸點(diǎn)分合速度取決於生產(chǎn)機(jī)械擋塊觸動(dòng)操作頭移動(dòng)速度，其缺點(diǎn)是當(dāng)移動(dòng)速度低於0.4m/min時(shí)，觸點(diǎn)分合太慢易受電弧燒毀，從而減少觸點(diǎn)使用壽命。行程開關(guān)的種類很多，按運(yùn)動(dòng)形式劃分為直動(dòng)式和轉(zhuǎn)動(dòng)式；按照觸點(diǎn)性質(zhì)劃分為有觸點(diǎn)和無觸點(diǎn)的。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品有LX19、LX22、LX32及LX33，還有JLXK1系列。表2-5為常用的LX19和JLXK1系列行程開關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)型號額定電壓額定電流結(jié)構(gòu)特點(diǎn)觸點(diǎn)對數(shù)工作行程超行程觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)間（s）常開常閉LX19380V5A元件113mm1mm≤0.04LX19-111單輪，滾輪裝在傳動(dòng)桿內(nèi)側(cè)，能自動(dòng)複位11～30度～20度LX19-121單輪，滾輪裝在傳動(dòng)桿外側(cè)，能自動(dòng)複位11～30度20度LX19-131單輪，滾輪裝在傳動(dòng)桿凹槽內(nèi)能自動(dòng)複位11～30度～15度LX19-212雙輪，滾輪裝在U形傳動(dòng)桿內(nèi)側(cè)，不能自動(dòng)複位11～30度～15度表2-5LX19和JLXK1系列行程開關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)（一）電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)型號額定電壓額定電流結(jié)構(gòu)特點(diǎn)觸點(diǎn)對數(shù)工作行程超行程觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)間（s）常開常閉LX19-222380V5A雙輪，滾輪裝在U形傳動(dòng)桿外側(cè)，不能自動(dòng)複位11～30度～15度≤0.04LX19-232雙輪，滾輪裝在U形傳動(dòng)桿外側(cè)，不能自動(dòng)複位11～30度～15度LX19-001無滾輪，僅徑向傳動(dòng)桿能自動(dòng)複位11＜4mm3mmJLXK-111JLXK-211JLXK-311JLXK-411500V5A單輪防護(hù)式雙輪防護(hù)式直動(dòng)防護(hù)式直動(dòng)滾輪防護(hù)式1111111112～15度～45度1～3mm1～3mm≤30度≤45度2～4mm2～4mm≤0.04表2-5LX19和JLXK1系列行程開關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)（2）電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.4接觸器接觸器是用來頻繁接通和切斷電動(dòng)機(jī)或其他負(fù)載電路的一種自動(dòng)切換電器。它由觸頭系統(tǒng)、電磁機(jī)構(gòu)、彈簧、滅弧裝置和支架底座等組成。通常分為交流接觸器和直流接觸器兩類。2.2.4.1交流接觸器交流接觸器是用於遠(yuǎn)距離控制電壓至380V、電流至600A的交流電路，以及頻繁起動(dòng)和控制交流電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制電器。它主要由電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置及其它輔助裝置等部分組成。交流接觸器的結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)圖2-7(a)CJ20系列交流接觸器的結(jié)構(gòu)圖電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)1—?jiǎng)佑|橋2—靜觸點(diǎn)3—銜鐵4—緩衝彈簧5—電磁線圈6—鐵心靜觸點(diǎn)7—墊氈8—觸點(diǎn)彈簧9—滅弧罩10—觸點(diǎn)壓力彈簧圖2-7(b)和（c）CJ20系列交流接觸器示意圖和圖形文字符號電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（1）電磁機(jī)構(gòu)電磁機(jī)構(gòu)由鐵心、線圈和銜鐵等組成，其作用是產(chǎn)生電磁力，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來通斷主、輔觸頭。當(dāng)操作線圈斷電或電壓顯著下降時(shí)，銜鐵在重力和彈簧力作用下跳閘，主觸點(diǎn)切斷主電路；當(dāng)其線圈通電時(shí)動(dòng)作，銜鐵被吸合，主觸頭及常開輔助觸點(diǎn)閉合。交流接觸器的電磁鐵常採用單U形轉(zhuǎn)動(dòng)式、雙E形直動(dòng)式和雙U形直動(dòng)式等。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（2）觸頭系統(tǒng)觸頭系統(tǒng)是接觸器的執(zhí)行元件，起分?jǐn)嗪烷]合電路的作用，有雙中斷點(diǎn)橋式觸頭和單中斷點(diǎn)指形觸頭兩類。其優(yōu)缺點(diǎn)在前面已作分析。從提高接觸器的機(jī)械壽命和電壽命出發(fā)，採用雙中斷點(diǎn)觸頭比單中斷點(diǎn)觸頭有利，對交流接觸器更是如此。目前交流接觸器的觸頭形式趨向於雙中斷點(diǎn)觸頭，但在額定電流大的接觸器中，常採用單中斷點(diǎn)觸頭。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（3）滅弧裝置滅弧裝置因電流等級而異。有絕緣材料滅弧罩、多縱縫滅弧室、柵片滅弧室、串聯(lián)磁吹和真空滅弧室等。交流接觸器常用的型號有CJ10、CJ12系列，其新產(chǎn)品有CJ20系列，引進(jìn)生產(chǎn)的交流接觸器有德國西門子的3TB系列、法國TE公司的LC1、LC2系列、德國BBC的B系列等，這些引進(jìn)產(chǎn)品大多採用積木式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要加裝附件。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)交流接觸器工作原理：當(dāng)線圈通電後，線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生足夠的吸力，克服反作用彈簧與動(dòng)觸點(diǎn)壓力彈簧片的反作用力，將動(dòng)鐵心吸合，同時(shí)帶動(dòng)傳動(dòng)杠桿使動(dòng)、靜觸點(diǎn)的狀態(tài)發(fā)生改變，其中三對常開主觸點(diǎn)閉合。主觸點(diǎn)兩側(cè)的兩對常閉的輔助觸點(diǎn)斷開，兩對常開的輔助觸點(diǎn)閉合。當(dāng)電磁線圈斷電後，由於鐵心電磁吸力消失，動(dòng)鐵心在反作用彈簧力的作用下釋放，各觸點(diǎn)也隨之恢復(fù)原始狀態(tài)。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)交流接觸器的線圈電壓在85％～110％額定電壓時(shí)，能保證可靠工作。電壓過高，磁路趨於飽和，線圈電流將顯著增大；電壓過低，電磁吸力不足，動(dòng)鐵心吸合不上，線圈電流往往達(dá)到額定電流的十幾倍。因此，電壓過高或過低都會造成線圈過熱而燒毀。部分交流接觸器的主要技術(shù)參數(shù)見表2-6。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)接觸器除了電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置外，還有一些輔助零件和部件，如傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、外殼、接線端子等型號頻率(HZ)輔助觸頭額定電流（A）吸引線圈電壓(V)主觸頭額定電流(A)額定電壓(V)可控制電動(dòng)機(jī)最大功率(KW)CJ20-10505～36、127220、38010380/2205004/2.2CJ20-16167.5/4.5CJ20-252511/5.5CJ20-404022/11CJ20-636330/18CJ20-10010050/28CJ20-16016085/48CJ20-250250132/80CJ20-400400220/115表2-6CJ20系列交流接觸器主要技術(shù)參數(shù)電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.4.2直流接觸器直流接觸器用於控制直流供電負(fù)載和各種直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓400V及以下，額定電流40～600A，分為六個(gè)電流等級。直流接觸器其結(jié)構(gòu)主要由電磁機(jī)構(gòu)、觸頭與滅弧系統(tǒng)組成。電磁系統(tǒng)的電磁鐵採用拍合式電磁鐵，電磁線圈為電壓線圈，用細(xì)漆包線繞製成長而薄的圓筒狀。直流接觸器的主觸頭一般為單極或雙極，有動(dòng)合觸頭也有動(dòng)斷觸頭，其觸點(diǎn)下方均裝有串聯(lián)的磁吹滅弧線圈。在使用時(shí)要注意，磁吹線圈在輕載時(shí)不能保證可靠的滅弧，只有在電流大於額定電流的20%時(shí)磁吹線圈才起作用。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.4.3接觸器的主要參數(shù)（1）額定電壓指主觸點(diǎn)的額定工作電壓，交流有220V、380V、500V等。直流有110V、220V、440V等。此外，還規(guī)定輔助觸頭和線圈的額定電壓。（2）額定電流指主觸頭的額定工作電流，它在一定條件下（額定電壓、使用類別、額定工作制、操作頻率等）規(guī)定的，保證電器正常工作的電流值，若改變使用條件，額定電流也要隨之改變。目前生產(chǎn)的接觸器有5A、10A、40A、60A、100A、150A、250A、400A和600A。

電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（3）動(dòng)作值指接觸器的吸合電壓和釋放電壓。按照規(guī)定，作為一般用途的電磁式接觸器，在一定溫度下，加線上圈上的電壓為額定值的85％～110％之間的任何電壓下可靠地吸合；反之，如果工作中電壓過低或失壓，銜鐵應(yīng)能可靠地釋放。（4）接通與分?jǐn)嗄芰χ附佑|器的主觸頭在規(guī)定條件下，能可靠地接通或分?jǐn)嗟碾娏髦?。在此電流下接通或分?jǐn)鄷r(shí)，不應(yīng)發(fā)生觸頭熔焊、飛弧和過分磨損。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（5）電器壽命和電壽命接觸器是頻繁操作電器，應(yīng)較高的機(jī)械壽命和電壽命，目前接觸器的機(jī)械壽命為1000萬次，小容量接觸器的機(jī)械壽命可達(dá)3000萬次。（6）操作頻率指每小時(shí)允許的操作次數(shù)。目前一般為150～1200次/小時(shí)。（7）工作制接觸器的工作制有長期工作制、間斷工作制、短時(shí)工作制、反復(fù)工作制。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.4.4接觸器的選擇（1）接觸器類型的選擇根據(jù)接觸器所控制的負(fù)載性質(zhì)來選擇接觸器的類型。（2）接觸器的額定電壓應(yīng)等於或大於主電路的額定電壓。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（3）接觸器線圈的額定電壓及頻率應(yīng)與所控制的電路電壓、頻率相一致。（4）接觸器額定電流的選擇應(yīng)大於或等於負(fù)載的工作電流（5）接觸器的觸頭數(shù)量、種類的選擇其觸頭數(shù)量和種類應(yīng)滿足主電路和控制線路的要求。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.4.5接觸器常見故障分析（1）吸不上或吸不足造成故障的主要原因有：電源電壓過低和波動(dòng)大；電源容量不足、斷線、接觸不良；接觸器線圈斷線，可動(dòng)部分被卡住等；觸點(diǎn)彈簧壓力與超程過大；動(dòng)、靜鐵心間距太大。（2）不釋放或釋放緩慢有以下原因：觸點(diǎn)彈簧壓力過??；觸點(diǎn)熔焊；可動(dòng)部分被卡??；鐵心截面被油污；反力彈簧損失；鐵心截面之間的氣隙消失電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（3）線圈過熱或燒損線圈中流過的電流過大時(shí)，就會使線圈過熱甚至燒毀。發(fā)生線圈電流過大的原因有以下幾個(gè)方面：電源電壓過高或過低；操作頻率過高；線圈已損壞；銜鐵與鐵心閉合有間隙等。（4）雜訊較大產(chǎn)生的雜訊過大的主要原因有：電源電壓過低；觸點(diǎn)彈簧壓力過大；鐵心截面生銹或粘有油污、灰塵；分磁環(huán)斷裂；鐵心截面磨損過度而不平。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（5）觸點(diǎn)熔焊造成觸點(diǎn)熔焊的主要原因有：操作頻率過高或過負(fù)荷使用；負(fù)荷側(cè)短路；觸點(diǎn)彈簧壓力過?。挥|點(diǎn)表面有突起的金屬顆?；虍愇?；操作回路電壓過低或機(jī)械卡住觸點(diǎn)停頓在剛接觸的位置上。（6）觸點(diǎn)過熱和灼傷造成觸頭髮熱的主要原因有：觸頭彈簧壓力過??；觸頭表面接觸不良；操作頻率過高或工作電流過大。（7）觸頭磨損觸頭磨損有兩種：一種是電氣磨損，由觸頭間電弧或電火花的高溫使觸頭金屬氣化或蒸發(fā)所造成；另一種是機(jī)械磨損，由於觸頭閉合時(shí)的撞擊，觸頭表面的相對滑動(dòng)摩擦等造成。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.5繼電器電磁式繼電器是一種自動(dòng)電器，它的功能是根據(jù)外界輸入信號，在電氣輸出電路中，控制電路接通或斷開。它主要用來反映各種控制信號，其觸點(diǎn)一般接在控制電路中。電磁式繼電器是應(yīng)用最早、最多的一種形式。其結(jié)構(gòu)及工作原理與接觸器大體相同，在結(jié)構(gòu)上由電磁機(jī)構(gòu)和觸頭系統(tǒng)等組成。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)但接觸器只有在一定的電壓信號下動(dòng)作，而電磁式繼電器可以對各種輸入量變化作出反應(yīng)，如電流、電壓、時(shí)間、速度等；另外，繼電器是用於切斷小電流的控制和保護(hù)回路的，而接觸器是用來控制大電流電路，因此接觸器有滅弧裝置，而電磁式繼電器沒有滅弧裝置。以上是接觸器與電磁式繼電器的區(qū)別。電磁式繼電器按所反映的參數(shù)可分為電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器等。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.5.1電磁式電流繼電器根據(jù)輸入（線圈）電流大小而動(dòng)作的繼電器稱為電流繼電器。電流繼電器的線圈串接於被測電路中，反映電路電流的變化，對電路實(shí)現(xiàn)過電流與欠電流保護(hù)。為了使串人電流繼電器後不影響電路工作情況，因此，電流繼電器的線圈應(yīng)阻抗小、導(dǎo)線要粗、其匝數(shù)應(yīng)儘量少，只有這樣線圈的功率損耗才小。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，電流繼電器又有過電流繼電器和欠電流繼電器之分。過電流繼電器在正常工作時(shí)，線圈通過的電流在額定值範(fàn)圍內(nèi)，它所產(chǎn)生的電磁吸力不足以克服反力彈簧的反作用力，故銜鐵不動(dòng)作；當(dāng)通過線圈的電流超過某一整定值時(shí)，電磁吸力大於反力彈簧拉力，吸引銜鐵動(dòng)作，於是常開觸頭閉合，常閉觸頭斷開；有的過電流繼電器帶有手動(dòng)複位結(jié)構(gòu)，它的作用是：當(dāng)過電流時(shí)，繼電器動(dòng)作，銜鐵被吸合，但當(dāng)電流再減小甚至到零時(shí)，銜鐵也不會自動(dòng)返回，只有當(dāng)故障得到處理後，採用手動(dòng)複位結(jié)構(gòu)，鬆開鎖扣裝置後，銜鐵才會在複位彈簧怎樣下返回原始狀態(tài)，從而避免重複過電流事故的發(fā)生。交流過電流繼電器的鐵心和銜鐵上可以不安放短路環(huán)。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)過電流繼電器主要用於頻繁起動(dòng)的場合，作為電動(dòng)機(jī)或主電路的超載和短路保護(hù)。一般的交流過電流繼電器調(diào)整在（110％～350％）IN動(dòng)作，直流過電流繼電器調(diào)整在（70％～300％）IN動(dòng)作。欠電流繼電器是當(dāng)通過線圈的電流降低到某一整定值時(shí)，繼電器銜鐵被釋放，所以，欠電流繼電器在電路電流正常時(shí)，銜鐵吸合。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，當(dāng)繼電器線圈電流降低到額定電流10%～20%時(shí)，繼電器即動(dòng)作，給出信號，使控制電路作出應(yīng)有的反應(yīng)。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)電流繼電器的動(dòng)作值與釋放值可用調(diào)整反力彈簧的方法來整定。旋緊彈簧，反作用力增大，吸合電流和釋放電流都被提高；反之，旋松彈簧，反作用力減小，吸合電流和釋放電流都降低。另外，調(diào)整夾在鐵心柱與銜鐵吸合端面之間的非磁性墊片的厚度也能改變繼電器的釋放電流，墊片越厚，磁路的氣隙和磁阻就越大，與此相應(yīng)，產(chǎn)生同樣吸力所需的磁動(dòng)勢也越大，當(dāng)然，釋放電流也要大些。JL14系列交直流電流繼電器的磁系統(tǒng)為棱角轉(zhuǎn)動(dòng)拍合式，由鐵心、銜鐵、磁軛和線圈組成，觸點(diǎn)為橋式雙中斷點(diǎn)，觸點(diǎn)數(shù)量有多種，並帶有透明外罩。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.5.2電磁式電壓繼電器電壓繼電器是根據(jù)輸入電壓大小而動(dòng)作的繼電器。電壓繼電器線圈與被測電路並聯(lián)，反映電路電壓的變化，可作為電路的過電壓和欠電壓保護(hù)。為了不影響電路的工作狀態(tài)，要求其線圈的匝數(shù)要多，導(dǎo)線截面要小，線圈阻抗要大。根據(jù)電壓繼電器動(dòng)作電壓值的不同分為過電壓、欠電壓、零電壓繼電器，一般欠電壓繼電器用得較多。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)過電壓繼電器在電路電壓為（105%～120%）UN時(shí)吸合動(dòng)作，欠電壓繼電器在電路電壓為（40%～70%）UN時(shí)釋放，零電壓繼電器在電路電壓降至（5%～25%）UN時(shí)釋放。對於交流勵(lì)磁的過電壓繼電器在電路正常時(shí)不動(dòng)作，只有在電路電壓超過額定電壓，達(dá)到整定值時(shí)才動(dòng)作，且一動(dòng)作就將電路切斷。為此鐵心和銜鐵上也可不安放短路環(huán)。常用的過電壓繼電器為JT4—A型，欠電壓及零電壓繼電器為JT4—P型。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.5.3電磁式中間繼電器電磁式中間繼電器的用途很廣。若主繼電器的觸點(diǎn)容量不足，或?yàn)榱送瑫r(shí)接通和斷開幾個(gè)回路需要多對觸點(diǎn)時(shí)，或一套裝置有幾套保護(hù)需要用共同的出口繼電器等，都要採用中間繼電器。中間繼電器實(shí)質(zhì)上為電壓繼電器。當(dāng)線圈加上70％以上的額定電壓時(shí)，銜鐵被吸合，並使銜鐵上的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)閉合；當(dāng)失電後，銜鐵受反作用彈簧的拉力而返回原位。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)電磁式中間繼電器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理與接觸器完全相同，故稱為接觸器式繼電器，所不同的是中間繼電器的觸點(diǎn)對數(shù)較多，並且沒有主、輔之分，各對觸點(diǎn)允許通過的電流大小是相同的，其額定電流約為5A。常用的中間繼電器有JZ7型和JZ14型等中間繼電器。JZ7型繼電器採用立體佈置，鐵心和銜鐵用E形矽鋼片疊裝而成，線圈置於鐵心中柱，組成雙E直動(dòng)式電磁系統(tǒng)。觸點(diǎn)採用橋式雙中斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)，上、下兩層各有4對觸點(diǎn)，下層觸點(diǎn)只能是常開的，故觸點(diǎn)系統(tǒng)可按8常開、6常開、2常閉及4常開、4常閉組合。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)JZ14型中間繼電器採用螺旋管式電磁系統(tǒng)及雙中斷點(diǎn)橋式觸點(diǎn)。其基本結(jié)構(gòu)為交、直流通用，交流鐵心為平頂形，直流鐵心與銜鐵為圓錐形接觸面。觸點(diǎn)採用直列式佈置，觸點(diǎn)對數(shù)可達(dá)8對，按6常開、2常閉，4常開、4常閉及2常開、6常閉任意組合。繼電器還有手動(dòng)操作鈕，便於點(diǎn)動(dòng)操作和作為動(dòng)作指示，同時(shí)還帶有透明外罩，以防塵埃進(jìn)入內(nèi)部，影響工作的可靠性。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)1—觸點(diǎn)彈簧2—常開觸點(diǎn)3—銜鐵4—鐵心5—底座6—緩衝彈簧7—線圈8—釋放彈簧9—常閉觸點(diǎn)圖2-8JZ7-44型中間繼電器結(jié)構(gòu)示意圖和圖形文字符號電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)電磁式中間繼電器與電壓繼電器在電路中的接法和結(jié)構(gòu)特徵基本上也相同。在電路中起到中間放大與轉(zhuǎn)換作用。即一是當(dāng)電壓或電流繼電器觸點(diǎn)容量不夠時(shí)，可借助中間繼電器來控制，用中間繼電器作為執(zhí)行元件，這時(shí)，中間繼電器可被看成是一級放大器。二是當(dāng)其他繼電器或接觸器觸點(diǎn)數(shù)量不夠時(shí)，可用中間繼電器來切換多條電路。圖2-8為JZ7-44型中間繼電器結(jié)構(gòu)示意圖和在電氣原理圖中的符號。電磁式繼電器一般圖形文字符號是相同的，電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器文字符號一般都用KA表示等。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.6時(shí)間繼電器時(shí)間繼電器是在電路中起著控制動(dòng)作時(shí)間的繼電器，當(dāng)它的感測系統(tǒng)接受到輸入信號以後，需經(jīng)過一定時(shí)間，它的執(zhí)行系統(tǒng)才會動(dòng)作並輸出信號，進(jìn)而操作控制電路。它被廣泛用來控制生產(chǎn)過程中按時(shí)間原則制定的工藝程式，如籠型電動(dòng)機(jī)自動(dòng)星—三角降壓換接起動(dòng)控制等。時(shí)間繼電器的種類很多，常用的時(shí)間繼電器主要有電磁式時(shí)間繼電器、空氣阻尼式時(shí)間繼電器、電晶體式時(shí)間繼電器、電動(dòng)式時(shí)間繼電器等幾種。這裏僅介紹常用的兩種。電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)2.2.6.1空氣阻尼式時(shí)間繼電器空氣阻尼式時(shí)間繼電器又稱氣囊式時(shí)間繼電器。它是利用氣囊中的空氣通過小孔節(jié)流的原理來獲得延時(shí)動(dòng)作的。時(shí)間繼電器的結(jié)構(gòu)由電磁系統(tǒng)、延時(shí)機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)系統(tǒng)三部分組成。其結(jié)構(gòu)、示意圖與動(dòng)作原理見圖2-9。其中電磁機(jī)構(gòu)為雙E直動(dòng)式電磁鐵，觸頭系統(tǒng)是借用LX5微動(dòng)開關(guān)，延時(shí)機(jī)構(gòu)採用氣囊式阻尼器。常用的為JS7—A系列，該時(shí)間繼電器可以