數(shù)控機(jī)床電器及PLC控制技術(shù)（第3版）全套教學(xué)課件

數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法第一章全套可編輯PPT課件目錄1.1

數(shù)控機(jī)床的組成與分類1.2

機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程1.1數(shù)控機(jī)床的組成與分類1.數(shù)控機(jī)床簡介數(shù)字控制(NumericalControl,NC)是近代發(fā)展起來的用數(shù)字化信息進(jìn)行控制的自動(dòng)控制技術(shù)。數(shù)字控制系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：C.可用不同的字長表示不同精度的信息，表達(dá)信息準(zhǔn)確；C.可進(jìn)行邏輯、算術(shù)運(yùn)算，也可以進(jìn)行復(fù)雜的信息處理；.可不改動(dòng)電路或機(jī)械機(jī)構(gòu)，通過改變軟件來改變信息處理的方式、過程，具有柔性化的特點(diǎn)。由于數(shù)字控制系統(tǒng)具有上述特點(diǎn)，故被廣泛應(yīng)用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的軌跡控制，如數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控線切割機(jī)、數(shù)控火花切割機(jī)等。數(shù)控機(jī)床(NumericalControlMachineTools)是指采用數(shù)字形式信息控制的機(jī)床。也就是一種將數(shù)字計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床的控制技術(shù)，并把機(jī)械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。代碼化的數(shù)字經(jīng)運(yùn)算處理，由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來。數(shù)控機(jī)床代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控設(shè)備的一般形式如圖數(shù)控設(shè)備的一般形式所示。圖中：A為被加工工件的圖紙，圖紙上的數(shù)據(jù)大致分為兩類，即幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是指示給數(shù)控設(shè)備命令的原始依據(jù)(簡稱“指令”);B為控制介質(zhì)(或程序介質(zhì)、輸入介質(zhì)),通常用紙帶、磁帶、磁盤等作為記載指令的控制介質(zhì)；C為數(shù)據(jù)處理和控制的電路，通常是一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)，原始數(shù)據(jù)經(jīng)它處理后，變成伺服機(jī)構(gòu)能夠接收的位置指令和速度指令；D為伺服機(jī)構(gòu)(或伺服系統(tǒng)),我們可以把“控制計(jì)算機(jī)(C)”比擬為人的“頭腦”,而“伺服機(jī)構(gòu)(D)”相當(dāng)于人的“手”和“足”,我們要求伺服機(jī)構(gòu)無條件地執(zhí)行“大腦”的意志；E為數(shù)控設(shè)備；F為加工后的物件。這就是一般數(shù)控設(shè)備的工作過程。整個(gè)數(shù)控機(jī)床的加工過程如圖數(shù)控機(jī)床的加工過程所示。

1.1數(shù)控機(jī)床的組成與分類

數(shù)控設(shè)備的一般形式

數(shù)控機(jī)床的工作過程數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問題，是一種靈活的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，尤其在約占機(jī)械加工總量80%的單件、小批量零件的加工方面，數(shù)控機(jī)床更顯示出其特有的靈活性。概括起來，采用數(shù)控機(jī)床有以下幾方面的好處：(1)提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；(2)提高生產(chǎn)效率，一般約提高效率3-5倍，使用數(shù)控加工中心機(jī)床則可提高生產(chǎn)率5-10倍；(3)可加工形狀復(fù)雜的零件；(4)減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件；(5)有利于生產(chǎn)管理和機(jī)械加工綜合自動(dòng)化的發(fā)展。

1.1數(shù)控機(jī)床的組成與分類2.數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體組成。下圖所示為開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床框圖

數(shù)控機(jī)床的組成為了提高機(jī)床的加工精度，在上述系統(tǒng)中再加入一個(gè)測(cè)量裝置，這樣就構(gòu)成了閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床框圖。開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程是這樣的：將控制機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的位移量、位移速度、位移方向、位移軌跡等參量通過控制介質(zhì)輸入給機(jī)床數(shù)控裝置，數(shù)控裝置根據(jù)這些參量指令計(jì)算得出進(jìn)給脈沖序列（包含有上述4個(gè)參量），然后經(jīng)伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)換放大，最后控制工作臺(tái)按所要求的速度、軌跡、方向和距離移動(dòng)。若為閉環(huán)系統(tǒng)，則在輸入指令值的同時(shí)，反饋裝置將檢測(cè)機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際位移值，反饋量與輸入量在數(shù)控裝置中進(jìn)行比較，若有差值，說明有誤差，則數(shù)控裝置控制機(jī)床向著消除誤差的方向運(yùn)動(dòng)。

1.1數(shù)控機(jī)床的組成與分類現(xiàn)結(jié)合數(shù)控機(jī)床的工作過程將各組成部分簡述如下：1.控制介質(zhì)數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，不需要工人去搖手柄操作機(jī)床，但又要自動(dòng)地執(zhí)行人們的意圖，這就必須在人和數(shù)控機(jī)床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的媒介物稱之為控制介質(zhì)（或稱程序介質(zhì)、輸入介質(zhì)、信息載體）。常用的控制介質(zhì)是8單位的標(biāo)準(zhǔn)穿孔帶，且常用的穿孔帶是紙質(zhì)的，所以又稱紙帶。其寬為25.4mm，厚0.108mm，每行除了必須有一個(gè)φ1.17mm的同步孔外，最多可以有8個(gè)φ1.33mm的信息孔。用每行8個(gè)孔有無的排列組合來表示不同的代碼(紙帶上孔的排列規(guī)定，稱為代碼)。把穿孔帶輸入到數(shù)控裝置的讀帶機(jī)，再由讀帶機(jī)把穿孔帶上的代碼轉(zhuǎn)換為數(shù)控裝置可以識(shí)別和處理的電信號(hào)，并傳送到數(shù)控裝置中去，便完成了指令信息的輸入工作。2.數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的中樞，在普通數(shù)控機(jī)床中一般由輸入裝置、存儲(chǔ)器、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置組成。數(shù)控裝置接收輸入介質(zhì)的信息，并將其代碼加以識(shí)別、儲(chǔ)存、運(yùn)算，輸出相應(yīng)的指令脈沖以驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，進(jìn)而控制機(jī)床動(dòng)作。在計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床中，由于計(jì)算機(jī)本身即含有運(yùn)算器、控制器等上述單元，因此其數(shù)控裝置的作用由一臺(tái)計(jì)算機(jī)來完成。

1.1數(shù)控機(jī)床的組成與分類3.伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，使工作臺(tái)（或溜板）精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最后加工出符合圖紙要求的零件。在數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，常用的伺服驅(qū)動(dòng)元件有功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。4.機(jī)床數(shù)控機(jī)床中的機(jī)床，在開始階段使用通用機(jī)床，只是在自動(dòng)變速、刀架或工作臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)位和手柄等方面作些改變。實(shí)踐證明：數(shù)控機(jī)床除由于切削用量大、連續(xù)加工發(fā)熱多等影響工件精度外，并且由于是自動(dòng)控制，在加工中不能像在通用機(jī)床上那樣可以隨時(shí)由人工進(jìn)行干預(yù)。所以其設(shè)計(jì)要求比通用機(jī)床更嚴(yán)格，制造要求更精密。因而后來在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，采用了許多新的加強(qiáng)剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施，使得數(shù)控機(jī)床的外部造型、整體布局、傳動(dòng)系統(tǒng)以及刀具系統(tǒng)等方面都已發(fā)生了很大的變化。

1.1數(shù)控機(jī)床的組成與分類3.數(shù)控機(jī)床的分類目前，數(shù)控機(jī)床品種已經(jīng)基本齊全。數(shù)控機(jī)床規(guī)格繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已有400多個(gè)品種規(guī)格。數(shù)控機(jī)床可以按照多種原則進(jìn)行分類，但常見的是以下4種分類方法。1.按工藝用途分類：（1）一般數(shù)控機(jī)床（2）數(shù)控加工中心機(jī)床（3）多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床2.按數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡分類：（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床（2）直線控制數(shù)控機(jī)床（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床3.按伺服系統(tǒng)的控制方式分類：（1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床（2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床（3）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床（4）開環(huán)補(bǔ)償型數(shù)控機(jī)床4.按數(shù)控裝置分類（1）硬線數(shù)控（稱普通數(shù)控，即NC）（2）軟線數(shù)控（又稱計(jì)算機(jī)數(shù)控或微機(jī)數(shù)控，即CNC或MNC）

1.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程1.數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展1952年，數(shù)控機(jī)床誕生。1959年，數(shù)控系統(tǒng)開始廣泛采用晶體管和印制電路板(PCB)。1965年，隨著小規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的可靠性得到進(jìn)一步提高。以上三代系統(tǒng)都是采用專用控制計(jì)算機(jī)的硬接線數(shù)控系統(tǒng)，我們稱之為硬線系統(tǒng)，統(tǒng)稱為普通數(shù)控系統(tǒng)(NC)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，小型計(jì)算機(jī)的價(jià)格急劇下降，激烈地沖擊著市場。數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家認(rèn)識(shí)到，采用小型計(jì)算機(jī)來取代專用控制計(jì)算機(jī)，經(jīng)濟(jì)上是合算的，許多功能可以依靠編制專用程序存在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，構(gòu)成所謂控制軟件而加以實(shí)現(xiàn)，從而提高系統(tǒng)的可靠性和功能。這種數(shù)控系統(tǒng)稱為第四代系統(tǒng)，即計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)。但是，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是日新月異的，就在1970年前后，美國英特爾(Intel)公司開發(fā)和使用了四位微處理器，微處理芯片滲透到各個(gè)行業(yè)，數(shù)控技術(shù)也不例外。我們把以微處理機(jī)技術(shù)為特征的數(shù)控系統(tǒng)稱為第五代系統(tǒng)(MNC)。2.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展動(dòng)向從數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展來看，數(shù)控機(jī)床已發(fā)展了五代。在實(shí)際應(yīng)用中，除了機(jī)床行業(yè)，數(shù)控技術(shù)還應(yīng)用在其他部門，產(chǎn)生了各種數(shù)控設(shè)備。最初，人們考慮的是如何提高一臺(tái)設(shè)備的自動(dòng)化程度。例如，增加控制坐標(biāo)軸的個(gè)數(shù)，如多軸數(shù)控系統(tǒng)(目前世界上的數(shù)控系統(tǒng)，最多控制的軸數(shù)是24軸)。又如，在一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)控制，“加工中心”就是一臺(tái)多工序數(shù)控機(jī)床，在一臺(tái)機(jī)床上，可以實(shí)現(xiàn)車、銑、鉆、鏜、攻絲等多種功能。后來，人們發(fā)現(xiàn)電子計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度比數(shù)控設(shè)備的加工速度快，利用一臺(tái)計(jì)算機(jī)可控制多臺(tái)數(shù)控設(shè)備，我們習(xí)慣稱之為群控系統(tǒng)或直接數(shù)控系統(tǒng)(DNC)。當(dāng)前，國內(nèi)外在數(shù)控裝置、機(jī)床結(jié)構(gòu)等的研究與開發(fā)方面不斷取得成果，其水平和功能也日臻提高和完善，出現(xiàn)了新的發(fā)展特點(diǎn)。目前，數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)主要體現(xiàn)在如下6個(gè)方面。

1.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程1)機(jī)床的高速化、精密化、智能化、微型化隨著輕合金材料在汽車、航空/航天等工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，高速加工已成為制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。高速加工具有縮短加工時(shí)間、提高加工精度和表面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在模具制造等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。機(jī)床的高速化需要新的數(shù)控系統(tǒng)、高速電主軸和高速伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，以及機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和輕量化。2)五軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床一般認(rèn)為，1臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于2臺(tái)三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，五軸聯(lián)動(dòng)加工可比三軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效率。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本也大幅度降低，促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展。3)新結(jié)構(gòu)、新材料及新設(shè)計(jì)方法機(jī)床的高速化和精密化要求機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡化和輕量化，以減少機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)慣量對(duì)加工精度的負(fù)面影響，大幅度提高機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能。例如，借助有限元分析對(duì)機(jī)床構(gòu)件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，設(shè)計(jì)箱中箱結(jié)構(gòu)以及采用空心焊接結(jié)構(gòu)和使用鋁合金材料等已經(jīng)開始從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱谩?/p>

1.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程4)開放式數(shù)控系統(tǒng)所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)，就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象(數(shù)控功能),形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。開放式數(shù)控系統(tǒng)有如下三種形式。【全開放系統(tǒng)】即基于PC的數(shù)控系統(tǒng)，以PC為平臺(tái)，采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的各種功能，通過伺服卡傳送數(shù)據(jù)，控制坐標(biāo)軸電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)。【嵌入系統(tǒng)】即CNC+PC,CNC控制坐標(biāo)軸電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，PC作為人機(jī)界面和網(wǎng)絡(luò)通信?！救诤舷到y(tǒng)】在CNC的基礎(chǔ)上增加PC主板，提供鍵盤操作，增強(qiáng)人機(jī)界面功能。開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。5)可重組制造系統(tǒng)隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的提高，專用機(jī)床的可重構(gòu)性和制造系統(tǒng)的可重組性日益重要。通過數(shù)控加工單元和功能部件的模塊化，可以對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行快速重組和配置，以適應(yīng)變型產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。機(jī)械、電氣和電子、液體和氣體，以及控制軟件的接口規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)可重組性的關(guān)鍵。6)虛擬機(jī)床和虛擬制造在設(shè)計(jì)階段借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在機(jī)床尚未制造出來之前，就能夠評(píng)價(jià)機(jī)床設(shè)計(jì)的正確性和使用性能，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的各種失誤，減少損失，提高新機(jī)床的開發(fā)質(zhì)量。

1.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程3.我國的發(fā)展情況我國從1958年開始研究數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)，20世紀(jì)60年代針對(duì)壁錐、非圓齒輪等復(fù)雜形狀的工件研制出了數(shù)控壁錐銑床、數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)等設(shè)備，保證了加工質(zhì)量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效果。20世紀(jì)70年代，針對(duì)航空工業(yè)等加工復(fù)雜形狀零件的急需，我國從1973年以來組織了數(shù)控機(jī)床攻關(guān)會(huì)戰(zhàn)，經(jīng)過3年努力，到1975年已試制生產(chǎn)了40多個(gè)品種300多臺(tái)數(shù)控機(jī)床。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的資料，1973—1979年，7年內(nèi)全國累計(jì)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床4108臺(tái)(其中約3/4以上為數(shù)控線切割機(jī)床)。從技術(shù)水平來說，我國大致已達(dá)到國外60年代后期的技術(shù)水平。為了揚(yáng)長避短，以解決用戶急需，并爭取打入國際市場，1980年前后，我國采取了暫時(shí)從國外(主要是從日本和美國)引進(jìn)數(shù)控裝置和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為國產(chǎn)主機(jī)配套的方針，幾年內(nèi)大見成效。1981年，我國從日本發(fā)那科(FANUC)公司引進(jìn)了5、7、3等系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電動(dòng)機(jī)，直流主軸電動(dòng)機(jī)技術(shù)，并在北京機(jī)床研究所建立了數(shù)控設(shè)備廠，當(dāng)年底開始驗(yàn)收投產(chǎn)，1982年生產(chǎn)約40套系統(tǒng)，1983年生產(chǎn)約100套系統(tǒng)，1985年生產(chǎn)約400套系統(tǒng)，伺服電動(dòng)機(jī)與主軸電動(dòng)機(jī)也配套生產(chǎn)。這些系統(tǒng)是國外70年代的水平，功能較全，可靠性比較高，這樣就使機(jī)床行業(yè)發(fā)展數(shù)控機(jī)床有了可靠的基礎(chǔ)，使我國的主機(jī)品種與技術(shù)水平都有較大的發(fā)展與提高。1982年，青海第一機(jī)床廠生產(chǎn)的XHK754臥式加工中心，長城機(jī)床廠生產(chǎn)的CK7815數(shù)控車床，北京機(jī)床研究所生產(chǎn)的JCSO18立式加工中心，上海機(jī)床廠生產(chǎn)的H160數(shù)控端面外圓磨床等，都能可靠地進(jìn)行工作，并陸續(xù)形成了批量生產(chǎn)。1984年，僅機(jī)械工業(yè)部門就生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床650臺(tái)，全國當(dāng)年總產(chǎn)量為1620臺(tái)，已有少數(shù)產(chǎn)品開始進(jìn)入國際市場，還有幾種合作生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床返銷國外。1985年，我國數(shù)控機(jī)床的品種已有了新的發(fā)展，除了各類數(shù)控線切割機(jī)床，其他各種金屬切削機(jī)床(如各種規(guī)格的立式、臥式加工中心，立式、臥式數(shù)控車床，數(shù)控銑床，數(shù)控磨床等)也有了極大的發(fā)展，新品種總計(jì)45種。到1989年底，我國數(shù)控機(jī)床的可供品種已超過300種，其中數(shù)控車床約占40%,加工中心約占27%。

1.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程機(jī)床是一個(gè)國家制造業(yè)水平的象征，而五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)代表機(jī)床制造業(yè)最高境界，是一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是為適應(yīng)多面體和曲面零件的加工而出現(xiàn)的。隨著機(jī)床復(fù)合化技術(shù)的不斷發(fā)展，在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，又很快生產(chǎn)出了能進(jìn)行銑削加工的車銑中心。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的加工效率相當(dāng)于兩到三臺(tái)三軸機(jī)床，可以完全省去某些大型自動(dòng)化生產(chǎn)線的投資，并且可以大大節(jié)約占地空間和工作在不同制造單元之間的周轉(zhuǎn)運(yùn)輸時(shí)間及費(fèi)用。五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的使用還可以讓工件的裝夾變得簡單，加工時(shí)不需要特殊夾具，降低了夾具的成本，避免了多次裝夾，提高了模具加工精度。另外，由于五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床可在加工中省去許多特殊刀具，所以降低了刀具成本。五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床在加工中能增加刀具的有效切削長度，減小切削力，提高刀具使用壽命，降低成本。采用五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工模具可以很快完成模具加工，交貨快，更好地保證模具的加工質(zhì)量，使模具加工和修改變得更加簡單。在傳統(tǒng)的模具加工中，一般用立式加工中心來完成工件的銑削加工。隨著模具制造技術(shù)的不斷發(fā)展，立式加工中心本身的一些弱點(diǎn)表現(xiàn)得越來越明顯?，F(xiàn)代模具加工普遍使用球頭銑刀，球頭銑刀在模具加工中帶來的好處非常明顯，但是如果用立式加工中心，其底面的線速度為零，這樣底面的光潔度就很差，如果使用四/五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工技術(shù)加工模具，則可以克服上述不足。長期以來，以美國為首的西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家，一直把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資，實(shí)行出口許可證制度。特別是冷戰(zhàn)時(shí)期，這些國家對(duì)中國、蘇聯(lián)等國家實(shí)行封鎖禁運(yùn)。因此，該技術(shù)和設(shè)備在軍事領(lǐng)域一直都非常敏感，如20世紀(jì)80年代曾引發(fā)轟動(dòng)一時(shí)的美、日制裁蘇聯(lián)的“東芝事件”:日本東芝公司賣給蘇聯(lián)幾臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床，結(jié)果讓蘇聯(lián)用于制造潛艇的推進(jìn)螺旋槳，使美國間諜船的聲吶監(jiān)聽不到蘇聯(lián)潛艇的聲音，所以美國以東芝公司違反了戰(zhàn)略物資禁運(yùn)政策為由，要懲處東芝公司。

1.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和國防建設(shè)的需要，我國迫切需要大量高檔的數(shù)控機(jī)床。市場的需求推動(dòng)了我國五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，CIMT99展覽會(huì)上國產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床第一次登上機(jī)床市場的舞臺(tái)。自江蘇多棱數(shù)控機(jī)床股份有限公司展出第一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)龍門加工中心以來，北京機(jī)電研究所、北京第一機(jī)床廠、桂林機(jī)床股份有限公司、濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司等企業(yè)也相繼開發(fā)出五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。當(dāng)前，國產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床在品種上已經(jīng)擁有立式、臥式、龍門式和落地式的加工中心，以適應(yīng)不同大小尺寸的復(fù)雜零件加工，加上五軸聯(lián)動(dòng)銑床和大型鏜銑床以及車銑中心等的開發(fā)，基本滿足了國內(nèi)市場的需求。精度上，北京機(jī)床研究所的高精度加工中心、寧江機(jī)械集團(tuán)股份有限公司的NJ25HMC40臥式加工中心和交大昆機(jī)科技股份有限公司的TH61160臥式鏜銑加工中心都具有較高的精度，可與發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品相媲美。現(xiàn)在，江蘇多棱、濟(jì)南二機(jī)床、北京機(jī)電研究院、寧江機(jī)床、桂林機(jī)床、北京一機(jī)床等企業(yè)的產(chǎn)品已獲得國內(nèi)市場的認(rèn)同。2013年7月31日上午，由大連科德制造的高精度五軸立式機(jī)床啟運(yùn)出口德國。工信部裝備司副司長王衛(wèi)明表示：“這一高檔數(shù)控機(jī)床銷往西方發(fā)達(dá)國家，是中國機(jī)床制造行業(yè)的重要里程碑?！边@一切說明，我國的機(jī)床數(shù)控技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。預(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的將來，我國將會(huì)趕上和超過世界先進(jìn)國家的水平。

(1)什么是數(shù)控技術(shù)?它有哪些特點(diǎn)?(2)數(shù)控機(jī)床由哪些部分組成?各組成部分有什么作用?(3)什么是開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)系統(tǒng)?它們之間有什么區(qū)別?(4)什么是點(diǎn)位控制、點(diǎn)位直線控制和輪廓控制?它們的主要特點(diǎn)與區(qū)別是什么?(5)加工中心與其他數(shù)控機(jī)床相比有什么特點(diǎn)?(6)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其優(yōu)勢(shì)是什么?思考與練習(xí)數(shù)控機(jī)床常用低壓電器第二章單元目錄2.1低壓電器的電磁機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.2開關(guān)電器2.3熔斷器2.4主令電器2.5接觸器2.6繼電器2.7執(zhí)行電器常用低壓電器是根據(jù)外界的信號(hào)和要求，自動(dòng)或手動(dòng)接通或斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或非電路對(duì)象的切換、控制、保護(hù)、檢測(cè)、變換和調(diào)節(jié)的電氣設(shè)備低壓電器常用于交流50Hz、額定電壓1200V以下，直流額定電壓1500V以下的電路中。低壓電器按用途可分為以下5類?！镜蛪号潆婋娖鳌恐饕糜诘蛪汗╇娤到y(tǒng)。這類低壓電器有刀開關(guān)、斷路器、隔離開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及熔斷器等。對(duì)這類電器的主要技術(shù)要求是分?jǐn)嗄芰?qiáng)，限流效果好，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性能好?！镜蛪罕Ｗo(hù)電器】主要用于對(duì)電路和電氣設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)。這類低壓電器有熱繼電器、安全繼電器、電壓繼電器、電流繼電器、避雷器等?！镜蛪褐髁铍娖鳌恐饕糜诎l(fā)送控制指令。這類電器有按鈕、主令開關(guān)、行程開關(guān)和萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)等。【低壓控制電器】主要用于電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。這類低壓電器有接觸器、繼電器、磁力起動(dòng)器等。【低壓執(zhí)行電器】主要用于執(zhí)行某種動(dòng)作和傳動(dòng)功能。這類低壓電器有電磁鐵、電磁離合器等。有的電器既可用作控制電器，也可用作保護(hù)電器。例如：電流繼電器既可按“電流”參量來控制電動(dòng)機(jī)，又可用來保護(hù)電動(dòng)機(jī)不致過載；行程開關(guān)既可用來控制工作臺(tái)的加/減速及行程長度，又可作為終端開關(guān)保護(hù)工作臺(tái)不致移動(dòng)到導(dǎo)軌外面去。數(shù)控機(jī)床常用低壓電器從結(jié)構(gòu)上看，電器一般都是有兩個(gè)基本的組成部分，即感測(cè)部分與執(zhí)行部分。感測(cè)部分接收外界輸入的信號(hào)，使執(zhí)行部分動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)控制的目的。對(duì)于有觸點(diǎn)的電磁式電器，感測(cè)部分大都是電磁機(jī)構(gòu)，而執(zhí)行部分則是觸頭系統(tǒng)。1.電磁機(jī)構(gòu)電磁機(jī)構(gòu)的作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能，并將電磁機(jī)構(gòu)中吸引線圈的電流轉(zhuǎn)換成電磁力，帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，完成通斷電路的控制作用。電磁機(jī)構(gòu)由線圈、鐵心(也稱靜鐵心)和銜鐵(或稱動(dòng)鐵心)等幾部分組成。其工作原理為：當(dāng)線圈通入電流后，磁通通過鐵心、銜鐵和氣隙形成閉合回路，銜鐵受電磁吸力的作用吸向鐵心，銜鐵同時(shí)又受彈簧拉力作用，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)的觸點(diǎn)動(dòng)作。鐵心有“E”形和“U”形兩種形狀，其動(dòng)作方式有拍合式和直動(dòng)式兩種。圖(a)所示為銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動(dòng)的拍合式鐵心，其材料由電工軟鐵制成，它廣泛用于直流電器中；圖(b)所示為銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動(dòng)的拍合式鐵心，其材料由硅鋼片疊成，多用于觸點(diǎn)容量較大的交流電器中；圖(c)所示為銜鐵直線運(yùn)動(dòng)的雙“E”形直動(dòng)式鐵心，它也是由硅鋼片疊制而成的，多用于觸點(diǎn)為中、小容量的交流接觸器和繼電器中。2.1低壓電器的電磁機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.觸點(diǎn)系統(tǒng)觸點(diǎn)是電器的執(zhí)行部件，它的作用是接通或分?jǐn)嚯娐?。觸點(diǎn)工作的效果直接影響整個(gè)電器的工作性能，因此要求觸點(diǎn)具有良好的接觸性能。觸點(diǎn)的工作狀態(tài)可分為閉合狀態(tài)、閉合過程和分?jǐn)噙^程3種，如圖所示：電流容量較小的電器（如接觸器、繼電器）常采用銀質(zhì)材料作觸頭，這是因?yàn)殂y的氧化膜電阻率與純銀相似，可以避免觸頭表面氧化膜電阻率增加而造成接觸不良。觸頭的結(jié)構(gòu)有橋式和指式兩類，下圖為橋式結(jié)構(gòu)。橋式觸頭又分為點(diǎn)接觸式和面接觸式，點(diǎn)接觸式適用于電流不大的場合，面接觸式適用于電流較大的場合。因橋式觸頭在接通與分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，可以去掉氧化膜，故其觸頭可以用紫銅制造，特別適合于觸頭分合次數(shù)多、電流大的場合。2.1低壓電器的電磁機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.滅弧系統(tǒng)觸點(diǎn)在分?jǐn)嚯娏魉查g，在觸點(diǎn)間的氣隙中就會(huì)產(chǎn)生電弧，電弧的高溫能將觸點(diǎn)燒損，并可能造成其他事故，因此應(yīng)采用適當(dāng)措施迅速熄滅電弧。電弧形成的過程是：當(dāng)觸點(diǎn)間剛出現(xiàn)斷口時(shí)，兩觸點(diǎn)間距離極小，電場強(qiáng)度極大，在高熱和強(qiáng)電場作用下，金屬內(nèi)部的自由電子從陰極表面逸出，奔向陽極，這些自由電子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)撞擊其他中性氣體分子。因此，在觸點(diǎn)間隙中產(chǎn)生了大量的帶電粒子，使氣體導(dǎo)電形成了熾熱的電子流，即電弧。對(duì)于低壓控制電器，工業(yè)現(xiàn)場中常用的滅弧方法有：【機(jī)械滅弧】通過機(jī)械裝置將電弧迅速拉長。這種方法多用于開關(guān)電器中。【磁吹滅弧】在一個(gè)與觸點(diǎn)串聯(lián)的磁吹線圈產(chǎn)生的磁場作用下，電弧受電磁力的作用而拉長，被吹入由固體介質(zhì)構(gòu)成的滅弧罩內(nèi)，與固體介質(zhì)接觸后冷卻而熄滅?！菊p(縱縫)滅弧法】在電弧所形成的磁場電動(dòng)力的作用下，電弧拉長并進(jìn)入滅弧罩的窄(縱)縫中，幾條縱縫可將電弧分割成數(shù)段，讓其與固體介質(zhì)面相接觸，電弧便迅速熄滅。這種結(jié)構(gòu)多用于交流接觸器上。【柵片滅弧法】當(dāng)觸點(diǎn)分開時(shí)，產(chǎn)生的電弧在電動(dòng)力的作用下被推入一組金屬柵片中而被分割成數(shù)段，彼此絕緣的金屬柵片中的每一片都相當(dāng)于一個(gè)電極，因而就有許多個(gè)陰陽極壓降。對(duì)交流電弧來說，近陰極處，在電弧過零時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)150~250V的介質(zhì)強(qiáng)度，使電弧無法繼續(xù)維持而熄滅。由于柵片滅弧效應(yīng)在交流條件下要比直流條件下強(qiáng)得多，所以交流電器常常采用柵片滅弧。2.1低壓電器的電磁機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.2開關(guān)電器2.2.1低壓刀開關(guān)2.2.2組合開關(guān)2.2.3低壓斷路器低壓刀開關(guān)（也稱為閘刀開關(guān)）是一種手動(dòng)電器，主要用來手動(dòng)接通與斷開交、直流電路，通常只作隔離開關(guān)使用，也可用于不頻繁地接通與分?jǐn)囝~定電流以下的負(fù)載，如小型電動(dòng)機(jī)、電阻爐等。刀開關(guān)選擇時(shí)應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面：(1)刀開關(guān)結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)根據(jù)刀開關(guān)的作用和裝置的安裝形式來選擇如是否帶滅弧裝置，若分?jǐn)嘭?fù)載電流時(shí)，應(yīng)選擇帶滅弧裝置的刀開關(guān)。根據(jù)裝置的安裝形式來選擇，是否是正面、背面或側(cè)面操作形式，是直接操作還是杠桿傳動(dòng)，是板前接線還是板后接線的結(jié)構(gòu)形式。(2)刀開關(guān)的額定電流的選擇一般應(yīng)等于或大于所分?jǐn)嚯娐分懈鱾€(gè)負(fù)載額定電流的總和。對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，應(yīng)考慮其啟動(dòng)電流，所以應(yīng)選用額定電流大一級(jí)的刀開關(guān)。若再考慮電路出現(xiàn)的短路電流，還應(yīng)選用額定電流更大一級(jí)的刀開關(guān)。QA系列、QF系列QSA（HH15）系列隔離開關(guān)用于低壓配電中，HY122帶有明顯斷口的數(shù)?；綦x開關(guān)，廣泛用于樓層配電、計(jì)量箱、終端組電器中。HR3熔斷器式刀開關(guān)具有刀開關(guān)和熔斷器的雙重功能，采用這種組合開關(guān)電器可以簡化配電裝置結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，越來越廣泛地用于低壓配電屏上。HKl、HK2系列開啟式負(fù)荷開關(guān)（膠殼刀開關(guān)），用作電源開關(guān)和小容量電動(dòng)機(jī)非頻繁起動(dòng)的操作開關(guān)。HH3、HH4系列封閉式負(fù)荷開關(guān)（鐵殼開關(guān)），操作機(jī)構(gòu)具有速斷彈簧與機(jī)械聯(lián)鎖，用于非頻繁起動(dòng)、28kW以下的三相異步電動(dòng)機(jī)低壓刀開關(guān)分為單極、雙極和三極3種。在低壓刀開關(guān)上再安裝上熔絲或熔斷器，組成兼有通、斷電路和保護(hù)作用的開關(guān)電器，如塑殼刀開關(guān)、熔斷式刀開關(guān)等。2.2.1低壓刀開關(guān)1.塑殼刀開關(guān)塑殼刀開關(guān)是一種結(jié)構(gòu)最簡單、應(yīng)用最廣泛的手動(dòng)電器。主要用于頻率為50HZ，電壓小于380V，電流小于60A的電力線路中。一般作為照明、電熱等回路的控制開關(guān)，也可用作分支線路的配電開關(guān)和小容量的電動(dòng)機(jī)非頻繁起動(dòng)的操作開關(guān)，熔絲起過載短路保護(hù)作用。塑殼刀開關(guān)由操作手柄、熔絲、觸刀、觸頭座和底座組成，如下圖所示。塑殼使電弧不致飛出灼傷操作人員，防止極間電弧造成電源短路。1—上膠蓋2—下膠蓋3—插座4—觸刀5—瓷柄6—膠蓋緊固螺母7—出線座8—熔線9—觸刀座10—瓷底板11—進(jìn)線座刀開關(guān)安裝時(shí)，手柄要向上，不得倒裝或平裝。倒裝時(shí)手柄有可能因自動(dòng)下滑而引起誤合閘，造成人身安全事故。接線時(shí)，應(yīng)將電源線接在上端，負(fù)載接在熔絲下端。這樣拉閘后刀開關(guān)與電源隔離，便于更換熔絲。2.2.1低壓刀開關(guān)常用的有HK1，HK2系列，塑殼刀開關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)見下表2.2.1低壓刀開關(guān)額定電壓/V額定電流/A極數(shù)熔體極限分?jǐn)嚯娏?A控制電動(dòng)機(jī)功率/kW機(jī)械壽命/萬次電壽命/萬次

2501025001.1

10000

2000155001.53010003.0

3801535002.2

10000

20003010004.06015005.52.熔斷器式刀開關(guān)熔斷器式刀開關(guān)適用于配電線路，用作電源開關(guān)、隔離開關(guān)和應(yīng)急開關(guān)，并可作電路保護(hù)之用，但一般不用于直接接通、斷開電動(dòng)機(jī)。常用的型號(hào)有：HR3、HH10、HR11系列。以HR3為例，其各種型號(hào)的具體含義如圖所示：HR3熔斷器式刀開關(guān)中的熔斷器為NT型低壓高分?jǐn)嘈腿蹟嗥?，其分?jǐn)嗄芰Ω哌_(dá)1kA。HR3系列開關(guān)由底座和蓋兩大部分組成。底座由鋼板制成，其上裝有插座組、滅弧室和極間隔板。開關(guān)底座兩側(cè)裝有儲(chǔ)能彈簧，使開關(guān)具有快速閉合和斷開的功能。滅弧室具有防止電弧吹向操作者和防止發(fā)生短路的作用。有熔斷裝置的開關(guān)側(cè)面還裝有行程開關(guān)，當(dāng)某相熔斷體熔斷時(shí)，熔斷撞擊器彈出，通過傳動(dòng)軸，觸動(dòng)行程開關(guān)，以便發(fā)出信號(hào)或切斷電動(dòng)機(jī)控制電路，防止電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行。2.2.1低壓刀開關(guān)2.2.2組合開關(guān)組合開關(guān)在機(jī)床電氣設(shè)備中用作電源引入開關(guān)，也可用來直接控制小容量三相異步電動(dòng)機(jī)非頻繁正、反轉(zhuǎn)。組合開關(guān)其實(shí)也是一種閘刀開關(guān)，不過它的刀片（動(dòng)觸片）是轉(zhuǎn)動(dòng)式的，比刀開關(guān)輕巧而且組合性強(qiáng)，能組成各種不同線路。組合開關(guān)由動(dòng)觸片、靜觸片、方形轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機(jī)構(gòu)和外殼組成。動(dòng)觸片裝在附加有手柄的絕緣方軸上，方軸隨手柄而旋轉(zhuǎn)，于是動(dòng)觸片也隨方軸轉(zhuǎn)動(dòng)并變更其與靜觸片分、合位置。所以，組合開關(guān)實(shí)際上是一個(gè)多觸點(diǎn)、多位置式可以控制多個(gè)回路的開關(guān)電器。組合開關(guān)分為單極、雙極和多極三類如圖所示。其主要參數(shù)有額定電壓、額定電流、允許操作頻率、極數(shù)、可控制電動(dòng)機(jī)最大功率等。其中，額定電流具有10Ａ、20Ａ、40Ａ和60Ａ等。

組合開關(guān)的圖形和文字符號(hào)低壓斷路器（又稱自動(dòng)空氣斷路器或自動(dòng)開關(guān)）可用來分配電能，還可以對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或短路及欠電壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路。其功能相當(dāng)于熔斷器式斷路器與過流、欠壓、熱繼電器等的組合，而且在分?jǐn)喙收想娐泛笠话悴恍枰鼡Q零部件，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。低壓斷路器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖低壓短路器的結(jié)構(gòu)所示。從結(jié)構(gòu)看低壓斷路器有框架式（萬能式）和塑料外殼式（裝置式）兩類?？蚣苁綌嗦菲鳛槌ㄩ_式結(jié)構(gòu)，適用于大容量配電裝置，主要型號(hào)有DW10和DW15兩個(gè)系列，DW15系列斷路器的外形圖如圖DW15系列斷路器的外形圖所示。塑料外殼式斷路器的特點(diǎn)是外殼用絕緣材料制作，具有良好的安全性，廣泛用于電氣控制設(shè)備及建筑物內(nèi)作電源線路保護(hù)，及對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載和短路保護(hù)，主要型號(hào)有DZ5、DZ10、DZ20等系列，DZ10系列斷路器的外形圖如圖DZ10系列斷路器的外形圖所示。低壓斷路器的圖形、文字符號(hào)如圖低壓斷路器的圖形、文字符號(hào)所示。我國新研制的DZ20系列低壓斷路器的型號(hào)意義如圖DZ20系列低壓斷路器的型號(hào)意義所示。低壓斷路器的主要參數(shù)有：額定電壓、額定電流、極數(shù)、脫扣器類型和其額定電流及其整定范圍、電磁脫扣器整定范圍、主觸頭的分?jǐn)嗄芰Φ取?.2.3低壓斷路器2.2.3低壓斷路器2.3熔斷器2.3.1熔斷器的種類2.3.2熔斷器的工作原理2.3.3熔斷器的主要參數(shù)2.3.1熔斷器的種類熔斷器按其結(jié)構(gòu)型式有插入式、螺旋式、有填料密封管式、無填料密封管式等，品種規(guī)格很多。在電氣控制系統(tǒng)中經(jīng)常選用螺旋式熔斷器，它有明顯的分?jǐn)嘀甘竞筒挥萌魏喂ぞ呔涂扇∠禄蚋鼡Q熔體等優(yōu)點(diǎn)。最近推出的新產(chǎn)品有RL6、RL7系列，可以取代老產(chǎn)品RL1、RL2系列；RLS2是快速熔斷器，用以保護(hù)半導(dǎo)體硅整流元件及晶閘管，可取代老產(chǎn)品RLS1系列。RT12、RT15、NGT等系列是有填料密封管式熔斷器，瓷管兩端銅帽上焊有聯(lián)結(jié)板，可直接安裝在母線排上；RT12、RT15系列帶有熔斷指示器，熔斷時(shí)紅色指示器彈出。RT14系列熔斷器（如下圖所示）帶有撞擊器，熔斷時(shí)撞擊器彈出，既可作熔斷信號(hào)指示，也可觸動(dòng)微動(dòng)開關(guān)以切斷接觸器線圈電路，使接觸器斷電，實(shí)現(xiàn)三相電動(dòng)機(jī)的斷相保護(hù)。熔斷器RT14外形圖2.3.2熔斷器的工作原理熔斷器是一種最簡單的保護(hù)電器，它可以實(shí)現(xiàn)過載和短路保護(hù)。由于結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、維護(hù)簡單、價(jià)格低廉，所以在強(qiáng)電和弱電系統(tǒng)中都獲得了廣泛的應(yīng)用。熔斷器由熔體、填料（或者無填料）、絕緣管和導(dǎo)電觸頭等組成，熔體是熔斷器的核心，因?yàn)槿蹟嗥髦饕咳垠w受電流的熱作用而熔化來斷開電路，所以熔體的材料應(yīng)具有如下性質(zhì)：熔點(diǎn)低、易于熔斷、導(dǎo)電性能好、不易氧化、易于加工。通常用低熔點(diǎn)的鉛錫合金、鋅、銅、銀的絲狀或片狀材料制成，新型的熔體通常設(shè)計(jì)成滅弧柵狀和具有變截面片狀結(jié)構(gòu)。其構(gòu)造如下圖所示。在使用中，熔斷器與被保護(hù)的電路串聯(lián)。當(dāng)電路中發(fā)生過載或短路時(shí)，如果通過熔體的電流達(dá)到或超過了某一定值，熔體上產(chǎn)生的熱量會(huì)使其溫度達(dá)到熔體的熔點(diǎn)，于是熔體融斷，因此便可分?jǐn)喙收想娐?，保護(hù)電路和設(shè)備。這樣，熔體以局部的損壞而保護(hù)了整個(gè)電路中的設(shè)備，可謂“損壞得其所”。

1—絕緣管2一填料3—熔體4—導(dǎo)電觸頭2.3.2熔斷器的工作原理選擇熔斷器主要是選擇熔斷器的類型、額定電壓、額定電流及熔體的額定電流。熔斷器的類型應(yīng)根據(jù)線路要求和安裝條件來選擇。熔斷器的額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。熔斷器的額定電流應(yīng)大于或等于熔體的額定電流。熔體額定電流的選擇是熔斷器選擇的核心，其選擇方法如下：對(duì)于如照明線路等沒有沖擊電流的負(fù)載，應(yīng)使熔體的額定電流等于或稍大于電路的工作電流，即Im≥1路式中，I?為熔體的額定電流；I電路為電路的工作電流。對(duì)于電動(dòng)機(jī)一類的負(fù)載，應(yīng)考慮起動(dòng)沖擊電流的影響，按下式計(jì)算：l≥(1.5~2.5)1、式中，為電動(dòng)機(jī)的額定電流。對(duì)于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，如果由一個(gè)熔斷器保護(hù)，則熔體的額定電流應(yīng)按下式計(jì)算：I≥(1.5~2.5)I<mx+≥1、式中，1為容量最大的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流；I為其余電動(dòng)機(jī)額定電流的總和。熔斷器的圖形及文字符號(hào)如圖所示：2.3.3熔斷器的主要參數(shù)1.保護(hù)特性曲線熔斷器的保護(hù)特性曲線也稱為安－秒特性曲線，是表征流過熔體的電流與熔體的熔斷時(shí)間的關(guān)系，是熔斷器的主要參數(shù)之一。橫坐標(biāo)用電流I表示，縱坐標(biāo)用時(shí)間t表示，如圖所示。由特性曲線可以看出，流過熔體的電流越大，熔斷所需的時(shí)間越短。在熔斷器的保護(hù)特性曲線中，有一個(gè)熔斷電流與不熔斷電流的分界線，該分界線處的電流叫做最小熔化電流。它是指當(dāng)熔體中通過的電流等于該電流值時(shí)，熔體能夠達(dá)到其穩(wěn)定溫度且熔斷，而當(dāng)通過比該電流值略小一點(diǎn)的電流，則無法使熔體熔斷。從理論上講，熔體達(dá)到穩(wěn)定溫度所需的時(shí)間為無限大，最小熔斷電流用符號(hào)IR表示。2.極限分?jǐn)嗄芰O限分?jǐn)嗄芰κ侵溉蹟嗥髟陬~定電壓和功率因數(shù)（或時(shí)間常數(shù)）下切斷短路電流的極限能力，所以常用極限斷開電流值來表示。從發(fā)生短路開始到短路電流達(dá)到其最大值為止，需要—斷時(shí)間，這段時(shí)間的長短，取決于電路的參數(shù)。如果熔斷器的熔斷時(shí)間小于這段時(shí)間，則電路中的短路電流在還沒有達(dá)到最大值之前就被切斷。達(dá)時(shí)，熔斷器起了“限流作用”。3.額定電壓額定電壓指熔斷器長期工作時(shí)和分?jǐn)嗪竽軌虺惺艿碾妷?，其值一般等于或大于電氣設(shè)備的額定電壓。

?熔斷器的保護(hù)特性曲線ItIR2.3.3熔斷器的主要參數(shù)4.額定電流額定電流指熔斷器長期工作時(shí)，各部件溫升不超過規(guī)定值時(shí)所能承受的電流。廠家為了減少熔斷管額定電流的規(guī)格，熔斷管的額定電流等級(jí)比較少，而熔體的額定電流等級(jí)比較多，也即在一個(gè)額定電流等級(jí)的熔斷管內(nèi)可以分裝幾個(gè)額定電流系統(tǒng)的熔體，但熔體的額定電流最大不超過熔斷管的額定電流。綜上所述，熔斷器的主要技術(shù)參數(shù)是安－秒特性曲線和分?jǐn)嗄芰?，它們都是熔斷器在保護(hù)方面的要求。其中安－秒特性曲線是提供過載保護(hù)服務(wù)，而分?jǐn)嗄芰μ峁┒搪繁Ｗo(hù)服務(wù)。2.4主令電器2.4.1控制按鈕 2.4.2行程開關(guān)2.4.3萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)2.4.4主令開關(guān)主令電器是一種通過閉合和斷開控制電路來發(fā)布命令的電器?？刂葡到y(tǒng)中，主令電器專門發(fā)布命令、直接或通過電磁式電器間接作用于控制電路。主令電器常用來控制電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停車、調(diào)速及制動(dòng)等。主令電器應(yīng)用廣泛，種類繁多，常用的主令電器有控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器及其他主令電器，如腳踏開關(guān)、倒順開關(guān)、緊急開關(guān)、鈕子開關(guān)等。本節(jié)僅介紹幾種常用的主令電器。2.4主令電器控制按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡單使用廣泛的手動(dòng)主令電器。主要用于遠(yuǎn)距離操縱接觸器、繼電器等電磁裝置，常用于各種信號(hào)電路和電氣聯(lián)鎖電路。控制按鈕一般由按鈕、復(fù)位彈簧、觸頭和外殼等部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖2-18所示，表示符號(hào)如圖2-19所示。當(dāng)按下控制按鈕時(shí)，先斷開常閉觸頭，而后接通常開觸頭?？刂瓢粹o釋放后，在復(fù)位彈簧作用下使觸頭復(fù)位。控制按鈕在結(jié)構(gòu)上有按鈕式、緊急式、鑰匙式、旋鈕式和保護(hù)式５種，可根據(jù)使用場合和具體用途來選用?？刂瓢粹o可做成單個(gè)按鈕、兩個(gè)按鈕和三個(gè)按鈕的型式。為便于識(shí)別各個(gè)按鈕的作用，避免誤操作，通常在按鈕上做出不同標(biāo)志或涂以不同顏色，如紅、黃、藍(lán)、白、綠、黑等。一般紅色表示停止按鈕，綠色或黑色按鈕表示起動(dòng)按鈕。2.4.1控制按鈕行程開關(guān)主要用于檢測(cè)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。如一些機(jī)床（刨床、銑床）上的直線運(yùn)動(dòng)部件，當(dāng)它們到達(dá)其邊緣位置時(shí)，常要求能自動(dòng)停止或反轉(zhuǎn)，還有一些機(jī)械要求在到達(dá)行程中的某個(gè)位置時(shí)，能自動(dòng)改變運(yùn)動(dòng)的速度，這時(shí)我們就可以考慮用行程開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。行程開關(guān)按結(jié)構(gòu)可分為機(jī)械結(jié)構(gòu)式和電氣結(jié)構(gòu)式，其中機(jī)械結(jié)構(gòu)行程開關(guān)為接觸式有觸點(diǎn)的行程開關(guān)，而電氣結(jié)構(gòu)行程開關(guān)為非接觸式的接近開關(guān)。接觸式行程開關(guān)靠移動(dòng)物體碰撞行程開關(guān)的操動(dòng)頭而使行程開關(guān)的常開觸頭接通和常閉觸頭分?jǐn)啵瑥亩鴮?shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制作用。其結(jié)構(gòu)如圖2-20所示。行程開關(guān)的觸頭在電路圖中的圖形符號(hào)表示如圖2-21所示。程開關(guān)的分類：行程開關(guān)按動(dòng)作速度分為瞬動(dòng)和慢動(dòng)；按操作型式分為直桿式、直桿滾輪式、轉(zhuǎn)臂式、方向式、叉式、鉸鏈杠桿式等；按用途分為一般用途行程開關(guān)、起重設(shè)備用行程開關(guān)及微動(dòng)開關(guān)等多種。常用行程開關(guān)的型號(hào)有LX19系列、新產(chǎn)品LXK3系列和LXW5系列微動(dòng)開關(guān)等。近年來，由于半導(dǎo)體元件的出現(xiàn)，產(chǎn)生了一種非接觸式的行程開關(guān)，即接近開關(guān)。不但可使微動(dòng)開關(guān)、行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)無接觸、無觸點(diǎn)化外，還可用作高速脈沖發(fā)生器、高速計(jì)數(shù)器等。因?yàn)榻咏_關(guān)具有定位精度高、操作頻率高、壽命長、耐沖擊振蕩、耐潮濕、能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，所以在工業(yè)生產(chǎn)中逐漸得到推廣應(yīng)用。2.4.2行程開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)用于自動(dòng)開關(guān)器、高壓油斷路器等操作機(jī)構(gòu)的合閘控制，電磁控制站中線路的換接以及電流、電壓換相測(cè)量等處。因?yàn)閾Q接的線路很多，用途又廣泛，所以稱之為萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)，它是由接觸系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)軸手柄、齒輪嚙合機(jī)構(gòu)等主要部件組成，用螺柱組裝成整體。它是一種多檔位、多段式、控制多回路的主令電器，當(dāng)操作手柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)開關(guān)內(nèi)部的凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使觸頭按規(guī)定順序閉合或斷開。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)一般用于交流500Ｖ、直流440Ｖ、約定發(fā)熱電流20Ａ以下的電路中，常用的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)有LW5、LW6系列，ＬＷ5系列萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)如圖2-22所示。2.4.3萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主令開關(guān)廣泛應(yīng)用于控制線路中，它是按照預(yù)定程序轉(zhuǎn)換控制電路接線的主令電器。主要是用在較為頻繁地轉(zhuǎn)換復(fù)雜的多路控制電路中，對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速等作遠(yuǎn)距離控制用。它一般由觸頭、凸輪、定位機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)軸、面板及其支承件等部分組成。它操作輕便，允許每小時(shí)接電次數(shù)較多，觸頭為雙斷點(diǎn)的橋式結(jié)構(gòu)，適用于按順序操作多個(gè)控制回路。主令控制器的外形圖如圖2-23a）所示。圖2-23b）為主令控制器的結(jié)構(gòu)原理。常用的主令控制器有LK5和LK6系列，其中LK5系列有直接手動(dòng)操作、帶減速器的機(jī)械操作與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等三種型式的產(chǎn)品。LK6系列是由同步電動(dòng)機(jī)和齒輪減速器組成定時(shí)元件，由此元件按預(yù)先規(guī)定的時(shí)間順序，周期性地分合電路。2.4.4主令開關(guān)2.5接觸器2.5.1接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理2.5.2接觸器的主要技術(shù)參數(shù)及型號(hào)含義接觸器是一種用于頻繁地接通或斷開交直流主電路、大容量控制電路等大電流電路的自動(dòng)切換電器。接觸器不僅能自動(dòng)切換電路，還具有手動(dòng)開關(guān)所缺乏的遠(yuǎn)距離操作功能和零壓及欠壓保護(hù)功能。接觸器成本低，主要用于控制電動(dòng)機(jī)、電熱設(shè)備、電焊機(jī)、電容器組等，是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制電路中使用最廣泛的一種低壓電器元件。接觸器按控制的電流種類可分為交流接觸器和直流接觸器兩種。2.5接觸器接觸器可分為交流接觸器和直流接觸器，直流接觸器主要用于電壓440V、電流600A以下的直流電路，其結(jié)構(gòu)與工作原理基本上與交流接觸器相同。在這本書中，主要以交流接觸器來說明接觸器結(jié)構(gòu)和工作原理。1.交流接觸器的基本結(jié)構(gòu)(1)電磁機(jī)構(gòu)交流接觸器的電磁機(jī)構(gòu)由鐵心(兩側(cè)柱端部嵌有短路環(huán))、電磁線圈、銜鐵、反作用力彈簧和緩沖彈簧等組成。(2)觸頭系統(tǒng)交流接觸器的觸頭可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通、斷開電流較大的負(fù)荷電路。所以，主觸頭截面積較大，一般為平面型。輔助觸頭截面積較小，一般為球面型，用于接通、斷開控制電路等。交流接觸器的主觸頭多為常開觸頭，輔助觸頭則有常開觸頭及常閉觸頭兩種。(3)滅弧裝置交流接觸器的主觸頭在切斷具有較大感性負(fù)荷的電路時(shí)，動(dòng)、靜觸頭間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，滅弧裝置可使電弧迅速熄滅，減輕電弧對(duì)觸頭的燒蝕和防止相間短路。交流接觸器的滅弧裝置有柵片滅弧、電動(dòng)力滅弧、縱縫滅弧、磁吹滅弧等幾種。圖交流接觸器的結(jié)構(gòu)為交流接觸器的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。交流接觸器的結(jié)構(gòu)2.5.1接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理2.交流接觸器的工作原理當(dāng)交流接觸器線圈通電后，在鐵心中產(chǎn)生磁通。由此在銜鐵氣隙處產(chǎn)生吸力，使銜鐵產(chǎn)生閉合動(dòng)作，主觸頭在銜鐵的帶動(dòng)下也閉合，于是接通了主電路。同時(shí)銜鐵還帶動(dòng)輔助觸頭動(dòng)作，使原來打開的輔助觸頭閉合，而使原來閉合的輔助觸頭打開。當(dāng)線圈斷電或電壓顯著降低時(shí)，吸力消失或減弱，銜鐵在釋放彈簧作用下打開，主、輔觸頭又恢復(fù)到原來狀態(tài)。這就是接觸器的工作原理。 2.5.1接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理1.額定電壓(1)額定電壓接觸器銘牌額定電壓是指主觸點(diǎn)上的額定電壓。通常用的電壓等級(jí)為：直流接觸器：110V、220V、440V、660V等檔次。交流接觸器：127V、220V、380V，500V等檔次。如某負(fù)載是380V的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，則應(yīng)選380V的交流接觸器。(2)額定工作電壓額定工作電壓是與額定工作電流共同決定接觸器使用條件的電壓值，接觸器的接通與分?jǐn)嗄芰Α⒐ぷ髦品N類以及使用類別等技術(shù)參數(shù)都與額定工作電壓有關(guān)。對(duì)于多相電路來說，額定工作電壓是指電源相間電壓(即線電壓)。另外，接觸器可以根據(jù)不同的工作制和使用類別規(guī)定許多組額定工作電壓和額定電流的數(shù)值。例如：CJ10-40型交流接觸器，額定電壓為220V時(shí)可控制電動(dòng)機(jī)為11kW，額定電壓為380V時(shí)可控制電動(dòng)機(jī)為20kW。(3)額定絕緣電壓額定絕緣電壓是與介電性能試驗(yàn)、電氣間隙和爬電距離有關(guān)的一個(gè)名義電壓值，除非另有規(guī)定，額定絕緣電壓是接觸器的最大額定工作電壓。在任何情況下，額定工作電壓不得超過額定絕緣電壓。2.5.2接觸器的主要技術(shù)參數(shù)及型號(hào)含義2.額定電流(1)額定電流接觸器銘牌額定電流是指主觸點(diǎn)的額定電流。通常用的電流等級(jí)為：直流接觸器：25A、40A、60A、100A、250A、400A、600A等。交流接觸器：5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A等。上述電流是指接觸器安裝在敞開式控制屏上，觸點(diǎn)工作不超過額定溫升，負(fù)載為間斷——長期工作（指接觸器連續(xù)通電時(shí)間不超過8小時(shí)）制時(shí)的電流值。(2)額定工作電流①主觸頭額定工作電流根據(jù)額定工作電壓、額定功率、額定工作制、使用類別以及外殼防護(hù)型式等所決定的保證接觸器正常工作的電流值。②輔助觸頭額定工作電流輔助觸頭額定工作電流是考慮到額定工作電壓、額定操作頻率、使用類別以及電壽命而規(guī)定的輔助觸頭的電流值，一般不大于5A。③使用類別使用類別是根據(jù)接觸器的不同控制對(duì)象在運(yùn)行過程中各自不同的特點(diǎn)而規(guī)定的。不同使用類別的接觸器對(duì)接通、分?jǐn)嗄芰σ约半妷勖囊笫遣灰粯拥摹Ｊ褂妙悇e代號(hào)見表2-3所示。2.5.2接觸器的主要技術(shù)參數(shù)及型號(hào)含義3.線圈的額定電壓通常用的電壓等級(jí)為：直流線圈：24V、48V、220V、440V。交流線圈：36V、127V、220V、380V。4.額定操作頻率、電壽命和機(jī)械壽命額定操作頻率是指每小時(shí)接通次數(shù)。根據(jù)使用條件，操作頻率有150次/h、300次/h、600次/h、1200次/h。交流接觸器最高為600次/h；直流接觸器可高達(dá)1200次/h。電壽命指接觸器主觸頭在額定條件下帶電操作直到損壞不能繼續(xù)工作時(shí)的極限操作次數(shù)。機(jī)械壽命則是指接觸器在不需修理或更換機(jī)械零件條件下所能承受的無負(fù)載操作次數(shù)。5.輔助觸頭(聯(lián)鎖觸頭)：輔助觸頭用于接通與分?jǐn)嗫刂齐娐贰８鶕?jù)我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，額定電流為150A及以下的接觸器具有兩個(gè)常開和兩個(gè)常閉的輔助觸頭，而額定電流超過l50A的接觸器具有三個(gè)常開和三個(gè)常閉的輔助觸頭。輔助觸頭應(yīng)該具有一定的接通分?jǐn)嗄芰?。下面是CJ20系列交流接觸器主要技術(shù)參數(shù)見表2-4所示。6.接觸器的型號(hào)及含義接觸器的型號(hào)及含義如圖2-25所示。7.接觸器的圖形符號(hào)和文字符號(hào)接觸器在電路圖中的圖形符號(hào)和文字符號(hào)如圖2-26所示2.5.2接觸器的主要技術(shù)參數(shù)及型號(hào)含義2.5.2接觸器的主要技術(shù)參數(shù)及型號(hào)含義

表2-3常見接觸器使用類別及其典型用途表

表2-4CJ20系列交流接觸器主要技術(shù)參數(shù)2.5.2接觸器的主要技術(shù)參數(shù)及型號(hào)含義形式觸點(diǎn)類別使用類別用途交流接觸器接觸器主觸點(diǎn)AC-1無感或低感負(fù)載、電阻爐AC-2繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、分析AC-3鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)中分?jǐn)郃C-4鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的起動(dòng)、反接制動(dòng)或反向運(yùn)轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)接觸器輔助觸點(diǎn)AC-11控制交流電磁鐵AC-14控制小容量電磁鐵負(fù)載AC-15控制容量在72VA以上的電磁鐵負(fù)載直流接觸器接觸器主觸點(diǎn)DC-1無感或低感負(fù)載、電阻爐DC-3并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反接制動(dòng)或反向運(yùn)轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)在動(dòng)態(tài)中分?jǐn)郉C-4串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反接制動(dòng)或反向運(yùn)轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)在動(dòng)態(tài)中分?jǐn)嘟佑|器輔助觸點(diǎn)DC-11控制直流電磁鐵DC-13控制直流電磁鐵DC-14控制電路中有經(jīng)濟(jì)電阻的直流電磁鐵負(fù)載型號(hào)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）CJ20-10

50

5

~36、127220、38010380/2204/2.2CJ20-1616380/2207.5/4.5CJ20-2525380/22011/5.5CJ20-4040380/22022/11CJ20-6363380/22030/18CJ20-100100380/22050/28CJ20-160160380/22085/48CJ20-250250380/220132/80CJ20-400400380/220220/1152.6繼電器2.6.1電壓、電流繼電器2.6.2時(shí)間繼電器2.6.3中間繼電器2.6.4熱繼電器2.6.5速度繼電器2.6.6固態(tài)繼電器繼電器主要在控制與保護(hù)電路中作信號(hào)轉(zhuǎn)換用。它具有輸入電路（又稱感應(yīng)元件）和輸出電路（又稱執(zhí)行元件）。當(dāng)感應(yīng)元件中的輸入量（如電流、電壓、溫度、壓力等）變化到某一定值時(shí)繼電器動(dòng)作，執(zhí)行元件便接通和斷開控制回路?？刂评^電器種類繁多，常用的有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時(shí)間繼電器、熱繼電器以及溫度、壓力、計(jì)數(shù)、頻率繼電器等等，下面對(duì)經(jīng)常使用的幾種繼電器作簡單介紹。2.6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。電流繼電器按用途還可以分為過電流繼電器和欠電流繼電器。過電流繼電器的任務(wù)是當(dāng)電路發(fā)生短路及過電流時(shí)立即將電路切斷，因此過電流繼電器線圈通過的電流小于整定電流時(shí)繼電器不動(dòng)作，只有通過電流超過整定電流時(shí)，繼電器才動(dòng)作。過電流繼電器動(dòng)作電流整定范圍：交流過流繼電器為(110%~350%)I,直流過流繼電器為(70%～300%)I。欠電流繼電器的任務(wù)是當(dāng)電路電流過低時(shí)立即將電路切斷，因此欠電流繼電器線圈通過的電流大于或等于整定電流時(shí)，繼電器吸合。只有電流低于整定電流時(shí)，繼電器才釋放。欠電流繼電器動(dòng)作電流整定范圍：吸合電流為(30%～50%)1,釋放電流為(10%~20%)1,欠電流繼電器一般是自動(dòng)復(fù)位的。與此類似，電壓繼電器是根據(jù)輸入電壓大小而動(dòng)作的繼電器。過電壓繼電器動(dòng)作電壓整定范圍為(105%~120%)U。欠電壓繼電器吸合電壓調(diào)整范圍為(30%~50%)U、,釋放電壓調(diào)整范圍為(7%~20%)U。電磁式電壓及電流繼電器在電路中的圖形和文字符號(hào)如圖2-27所示。2.6.1電壓、電流繼電器從得到輸入信號(hào)（線圈的通電或斷電）開始，經(jīng)過一定的延時(shí)后才輸出信號(hào)（觸頭的閉合或斷開）的繼電器，稱為時(shí)間繼電器。時(shí)間繼電器的種類很多，常用的有空氣式、電動(dòng)式、電子式等。１．空氣式時(shí)間繼電器它由電磁機(jī)構(gòu)、工作觸頭及氣室三部分組成，它的延時(shí)是靠空氣的阻尼作用來實(shí)現(xiàn)的。常見的型號(hào)有JS7-A系列，按其控制原理有通電延時(shí)和斷電延時(shí)兩種類型。圖2-28為JS7-A型空氣阻尼式時(shí)間繼電器的工作原理圖。當(dāng)通電延時(shí)型時(shí)間繼電器的電磁鐵線圈1通電后，將銜鐵吸下，于是頂桿6與銜鐵間出現(xiàn)一個(gè)空隙，當(dāng)與頂桿相連的活塞在彈簧7的作用下由上向下移動(dòng)時(shí)，在橡皮膜上面形成空氣稀薄的空間（氣室），空氣由進(jìn)氣孔逐漸進(jìn)入氣室，活塞因受到空氣的阻力，不能迅速下降，在降到一定位置時(shí)，杠桿15使觸頭14動(dòng)作（常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開）。線圈斷電時(shí)，彈簧使銜鐵和活塞等復(fù)位，空氣經(jīng)橡皮膜與頂桿6之間推開的氣隙迅速排出，觸點(diǎn)瞬時(shí)復(fù)位。斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器與通電延時(shí)型時(shí)間繼電器的原理與結(jié)構(gòu)均相同，只是將其電磁機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)180o安裝，即為斷電延時(shí)型?？諝庾枘崾綍r(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間有0.4～180s和0.4～60s兩種規(guī)格。具有延時(shí)范圍較寬、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格低廉、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)床交流控制線路中常用的時(shí)間繼電器。2.6.2時(shí)間繼電器2.6.2時(shí)間繼電器表2-5為JS7-A型空氣阻尼式時(shí)間繼電器技術(shù)數(shù)據(jù)，其中JS7-2A型和JS7-4A型既帶有延時(shí)動(dòng)作觸頭，又帶有瞬時(shí)動(dòng)作觸頭。表2-5JS7-A型空氣阻尼式時(shí)間繼電器技術(shù)數(shù)據(jù)按照通電延時(shí)和斷電延時(shí)兩種形式，空氣阻尼式時(shí)間繼電器的延時(shí)觸頭有：延時(shí)打開常開觸頭、延時(shí)打開常閉觸頭、延時(shí)閉合常開觸頭和延時(shí)閉合常閉觸頭。時(shí)間繼電器的圖形符號(hào)如圖2-29所示，文字符號(hào)為KT。2.6.2時(shí)間繼電器型號(hào)觸點(diǎn)額定容量延時(shí)觸點(diǎn)對(duì)數(shù)瞬時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)數(shù)量線圈電壓（V）延時(shí)范圍（S）電壓（V）電流（A）線圈通電延時(shí)斷電延時(shí)常開常閉常開常閉常開常閉

交流36、127、220、380

0.4～60及0.4～180JS7-1A

380

511

JS7-2A11

11JS7-3A

11

JS7-4A

11112．電動(dòng)式時(shí)間繼電器它由同步電動(dòng)機(jī)、減速齒輪機(jī)構(gòu)、電磁離合系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。電動(dòng)式時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間長，可達(dá)數(shù)十小時(shí)，延時(shí)精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大。常用的有JS10、JS11系列和7PR系列。3．電子式時(shí)間繼電器早期產(chǎn)品多是阻容式，近期開發(fā)的產(chǎn)品多為數(shù)字式，又稱計(jì)數(shù)式。其結(jié)構(gòu)是由脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、數(shù)字顯示器、放大器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。電子式時(shí)間繼電器具有延時(shí)時(shí)間長、調(diào)節(jié)方便、精度高的優(yōu)點(diǎn)。有的還帶有數(shù)字顯示，應(yīng)用很廣，可取代阻容式、空氣式、電動(dòng)式等時(shí)間繼電器。我國生產(chǎn)的產(chǎn)品有JSS1系列。2.6.2時(shí)間繼電器中間繼電器的作用是將一個(gè)輸入信號(hào)變成多個(gè)輸出信號(hào)或?qū)⑿盘?hào)放大（即增大觸頭容量）的繼電器。常用的中間繼電器有JZ7系列。下面以JZ7-62為例說明其型號(hào)意義，JZ為中間繼電器的代號(hào)，7為設(shè)計(jì)序號(hào)，有6對(duì)常開觸頭，2對(duì)常閉觸頭。表2-6為JZ７系列中間繼電器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。表2-6JZ7系列中間繼電器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)新型中間繼電器觸頭閉合過程中動(dòng)、靜觸頭間有一段滑擦、滾壓過程，可以有效地清除觸頭表面的各種生成膜及塵埃，減小了接觸電阻，提高了接觸可靠性。有的還裝了防塵罩或采用密封結(jié)構(gòu)，也是提高可靠性的措施。有些中間繼電器安裝在插座上，插座有多種形式可供選擇。有些中間繼電器可直接安裝在導(dǎo)軌上，安裝和拆卸均很方便。常用的有JZ18、MA、KH5、RT11等系列。中間繼電器在電路中的圖形符號(hào)和文字符號(hào)與電壓或電流繼電器的相同。2.6.3中間繼電器型號(hào)觸頭額定電壓/V觸頭額定電流/A觸頭對(duì)數(shù)吸引線圈電壓/V額定操作頻率次/h常開常閉JZ7-44

500

544交流50Hz時(shí)12、36、127、220、380

1200JZ7-6262JZ7-8080熱繼電器是用來對(duì)連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載及斷相保護(hù)，以防止電動(dòng)機(jī)過熱而燒毀的保護(hù)電器。熱繼電器按動(dòng)作方式可分為：(1)雙金屬片式，利用熱雙金屬片(具有不同膨脹系數(shù)的兩種金屬焊接在一起)受熱彎曲去推動(dòng)一個(gè)觸頭執(zhí)行機(jī)構(gòu)而動(dòng)作；(2)易熔合金式，利用過載電流的發(fā)熱，達(dá)到某溫度時(shí)使易熔合金熔化而動(dòng)作，(3)利用材料磁導(dǎo)率或電阻值隨溫度變化而變化的特性原理制成的熱繼電器。熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點(diǎn)三部分組成。圖2-30是熱繼電器原理圖，其中1是熱元件，是一段電阻不大的電阻絲，接在電動(dòng)機(jī)的主電路中；2是雙金屬片，是由兩種不同線膨脹系數(shù)的金屬輾壓而成，下層金屬的線膨脹系數(shù)大，上層的小。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，流過熱元件的電流增大，熱元件產(chǎn)生的熱量使雙金屬片向上彎曲，經(jīng)過一定時(shí)間后，彎曲位移增大，因而脫扣，扣板3在彈簧4的拉力作用下，將常閉觸點(diǎn)5斷開。觸點(diǎn)5是串接在電動(dòng)機(jī)的控制電路中的，控制電路斷開使接觸器的線圈斷電，從而斷開電動(dòng)機(jī)的主電路。若要使熱繼電器復(fù)位，則按下復(fù)位按鈕6即可。熱繼電器由于熱慣性，當(dāng)電路短路時(shí)不能立即動(dòng)作使電路立即斷開，因此不能作短路保護(hù)。同理，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或短時(shí)過載時(shí)，熱繼電器也不會(huì)動(dòng)作，這可避免電動(dòng)機(jī)不必要的停車。每一種電流等級(jí)的熱元件，都有一定的電流調(diào)節(jié)范圍，一般應(yīng)調(diào)節(jié)到與電動(dòng)機(jī)額定電流相等，以便更好地起到過載保護(hù)作用。2.6.4熱繼電器熱繼電器的主要參數(shù)有：熱繼電器額定電流、相數(shù)，熱元件額定電流，整定電流及調(diào)節(jié)范圍等。熱繼電器的額定電流是指熱繼電器中，可以安裝的熱元件的最大整定電流值。熱元件的額定電流是指熱元件的最大整定電流值。熱繼電器的整定電流是指熱元件能夠長期通過而不致引起熱繼電器動(dòng)作的最大電流值。通常熱繼電器的整定電流是按電動(dòng)機(jī)的額定電流設(shè)定的。對(duì)于某一熱元件的熱繼電器，可手動(dòng)調(diào)節(jié)整定電流旋鈕，通過偏心輪機(jī)構(gòu)，調(diào)整雙金屬片與導(dǎo)板的距離，能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其電流的整定值，使熱繼電器更好地保護(hù)電動(dòng)機(jī)。JR16、JR20系列是目前廣泛應(yīng)用的熱繼電器。在電氣原理圖中，熱繼電器的發(fā)熱元件和觸頭的圖形符號(hào)如圖2-31所示。2.6.4熱繼電器速度繼電器根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，用來在三相交流異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)轉(zhuǎn)速過零時(shí)，自動(dòng)切除反相序電源。圖2-32為其結(jié)構(gòu)原理圖。據(jù)圖知，速度繼電器主要由轉(zhuǎn)子、圓環(huán)（籠型空心繞組）和觸點(diǎn)三部分組成。轉(zhuǎn)子由一塊永久磁鐵制成，與電動(dòng)機(jī)同軸相聯(lián)，用以接受轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)轉(zhuǎn)子（磁鐵）旋轉(zhuǎn)時(shí)，籠型繞組切割轉(zhuǎn)子磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成環(huán)內(nèi)電流，此電流與磁鐵磁場相作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，圓環(huán)在此力矩的作用下帶動(dòng)擺錘，克服彈簧力而順轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向擺動(dòng)，并撥動(dòng)觸點(diǎn)改變其通斷狀態(tài)（在擺錘左右各設(shè)一組切換觸點(diǎn)，分別在速度繼電器正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生作用）。速度繼電器的動(dòng)作轉(zhuǎn)速一般不低于120r/m，復(fù)位轉(zhuǎn)速約在100r/m以下。工作時(shí)，允許的轉(zhuǎn)速高達(dá)1000～3600r/m。由速度繼電器正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)切換觸點(diǎn)的動(dòng)作，來反映電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和速度的變化。常用的型號(hào)有JY1和JF20型。速度繼電器的圖形及文字符號(hào)如圖2-33所示。2.6.5速度繼電器固態(tài)繼電器（SolidStateRelay）簡稱SSR，是70年代中后期發(fā)展起來的一種新型無觸點(diǎn)繼電器。由于可靠性高、開關(guān)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(diǎn)，不僅在許多自動(dòng)控制裝置中替代了常規(guī)的繼電器，而且在常規(guī)繼電器無法應(yīng)用的一些領(lǐng)域，如：在微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的終端裝置、可編程序控制器的輸出模塊、數(shù)控機(jī)床的程控裝置以及在微機(jī)控制的測(cè)量儀表中都有用武之地。隨著我國電子工業(yè)的迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。固態(tài)繼電器是具有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端的一種四端器件，其輸入與輸出之間通常采用光電耦合器隔離，并稱其為全固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器按輸出端負(fù)載的電源類型可分為直流型和交流型兩類。其中直流型是以功率晶體三極管的集電極和發(fā)射極作為輸出端負(fù)載電路的開關(guān)控制的，而交流型是以雙向三端晶閘管的兩個(gè)電極作為輸出端負(fù)載電路的開關(guān)控制的。固態(tài)繼電器的形式有常開式和常閉式兩種，當(dāng)固態(tài)繼電器的輸入端施加控制信號(hào)時(shí)，其輸出端負(fù)載電路常開式的被導(dǎo)通，常閉式的被斷開。交流型的固態(tài)繼電器，按雙向三端晶閘管的觸發(fā)方式可分為非過零型和過零型兩種。其主要區(qū)別在于交流負(fù)載電路導(dǎo)通的時(shí)刻不同，當(dāng)輸入端施加控制信號(hào)電壓時(shí)，非過零型負(fù)載端開關(guān)立即動(dòng)作，而過零型的必須等到交流負(fù)載電源電壓過零（接近0V）時(shí)，負(fù)載端開關(guān)才動(dòng)作。輸入端控制信號(hào)撤消時(shí)，過零型的也必須等到交流負(fù)載電源電壓過零時(shí)負(fù)載端開關(guān)才復(fù)位。2.6.6固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器的輸入端要求有幾個(gè)mA至20mA的驅(qū)動(dòng)電流，最小工作電壓為3V，所以MOS邏輯信號(hào)通常要經(jīng)晶體管緩沖級(jí)放大后再去控制固態(tài)繼電器，對(duì)于CMOS電路可利用NPN晶體管緩沖器。當(dāng)輸出端的負(fù)載容量很大時(shí)，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(qū)動(dòng)負(fù)載。當(dāng)溫度超過35℃左右后，固態(tài)繼電器的負(fù)載能力（最大負(fù)載電流）隨溫度升高而下降，因此使用時(shí)必須注意散熱或降低電流使用。對(duì)于容性或電阻類負(fù)載，應(yīng)限制其開通瞬間的浪涌電流值（一般為負(fù)載電流的7倍），對(duì)于電感性負(fù)載，應(yīng)限制其瞬時(shí)峰值電壓值，以防損壞固態(tài)繼電器。具體使用時(shí)，可參照樣本或有關(guān)手冊(cè)。圖2-34所示為用固態(tài)繼電器控制三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)線路圖。圖2-34固態(tài)繼電器控制三相電動(dòng)機(jī)2.6.6固態(tài)繼電器2.7執(zhí)行電器2.7.1電磁鐵2.7.2電磁離合器電磁鐵是低壓執(zhí)行電器的主要元件，是由電磁線圈、鐵心和銜鐵組成?；镜墓ぷ髟硎抢镁€圈通電后使鐵心磁化，產(chǎn)生電磁吸力，吸引銜鐵來操動(dòng)、牽引機(jī)械裝置完成各種需要的動(dòng)作。如鋼鐵零件的吸持、固定、牽移、以及用于起重、搬運(yùn)等。因此，電磁鐵是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種電器。電磁鐵在自動(dòng)控制的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。電磁鐵的種類很多。按使用電流種類分為直流電磁鐵和交流電磁鐵，交流電磁鐵又分為單相勵(lì)磁和三相勵(lì)磁兩種。按用途分為牽引電磁鐵、制動(dòng)電磁鐵、起重電磁鐵及其它各種專用電磁鐵等。1．牽引電磁鐵凡是銜鐵運(yùn)動(dòng)做功的電磁鐵都稱為牽引電磁鐵。主要用于自動(dòng)控制設(shè)備中，用作開啟或關(guān)閉水壓、油壓、氣壓等閥門以及牽引其它機(jī)械裝置以達(dá)到遙控的目的。牽引電磁鐵的基本特點(diǎn)是在一定的負(fù)載持續(xù)率(工作時(shí)間與工作周期之比)和一定的行程下產(chǎn)生一定的電磁吸力，并要保證在這些基本特性下電磁鐵達(dá)到機(jī)械壽命長，操作頻率高，消耗功率小和尺寸小。主要技術(shù)指標(biāo)是：在一定銜鐵行程下的電磁吸力以及它的操作壽命。常用的MQ1系列牽引電磁鐵是在機(jī)床及自動(dòng)化系統(tǒng)中用來遠(yuǎn)距離控制和操作各種機(jī)構(gòu)。其工作原理是：電磁鐵的導(dǎo)磁體是由用硅鋼片疊成的磁軛和銜鐵兩部分組成，使用時(shí)，鐵軛固定于支架上，銜鐵則活動(dòng)地連接于牽引桿上，當(dāng)線圈通電時(shí)，銜鐵被吸合，經(jīng)過連桿帶動(dòng)其所控制的機(jī)構(gòu)。MQl系列額定電磁吸力為1.5~25公斤，操作頻率為200~600次/h。2.7.1電磁鐵2．制動(dòng)電磁鐵制動(dòng)電磁鐵結(jié)構(gòu)和牽引電磁鐵是一樣的，如果電磁鐵的銜鐵牽引一個(gè)制動(dòng)的抱閘裝置，那么電磁鐵就起制動(dòng)作用，就稱作制動(dòng)電磁鐵。主要用于電氣傳動(dòng)裝置中，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，使停機(jī)準(zhǔn)確、迅速。制動(dòng)電磁鐵的種類較多，按行程分為長行程（行程于大于10mm）和短行程（行程小于5mm）兩種，長行程制動(dòng)電磁鐵一般都做成銜鐵直動(dòng)式。按通電電流的性質(zhì)分為直流和交流兩類。常用的有MZS1型交流三相長行程制動(dòng)電磁鐵（見圖2-35），它的工作原理很簡單，當(dāng)激磁線圈通電時(shí)，銜鐵向上運(yùn)動(dòng)，從而提升牽引桿，此牽引桿即可操作機(jī)械制動(dòng)裝置。當(dāng)激磁線圈中沒有電流時(shí)，銜鐵受其本身和牽引桿的重力等的作用而釋放，MZS1制動(dòng)電磁鐵具有緩沖裝置，可避免磁鐵在合上時(shí)因高速?zèng)_擊而使鐵心或銜鐵受損。還有MZZ2型直流長行程制動(dòng)電磁鐵（見圖2-36），主要用于閘瓦式制動(dòng)器，工作原理同MZS1制動(dòng)電磁鐵。此外還有MZZ1型直流短行程制動(dòng)電磁鐵和MZDl型交流短行程電磁鐵，這里不做詳細(xì)介紹。3．起重電磁鐵起重電磁鐵適用于起重鐵砂以及鋼軌、鋼管等鋼材。它的結(jié)構(gòu)是根據(jù)所搬運(yùn)的材料而定，一般超重電磁鐵制成圓形和矩形，大多作為搬運(yùn)成型鋼材的專門工具。2.7.1電磁鐵電磁離合器又稱電磁聯(lián)軸器，它是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理和內(nèi)外摩擦片之間的摩擦力，使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，在主動(dòng)零件不停止運(yùn)動(dòng)的情況下，與從動(dòng)零件結(jié)合或分離的電磁聯(lián)接器，是一種自動(dòng)執(zhí)行的電器?？梢杂脕砜刂茩C(jī)械的起動(dòng)、反向、調(diào)速和制動(dòng)等。具有結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作響應(yīng)快、控制能量小、便于遠(yuǎn)距離控制等特點(diǎn)。雖然體積小，但能傳遞大扭矩，在制動(dòng)控制時(shí)，制動(dòng)迅速且平穩(wěn)。因此，電磁離合器廣泛應(yīng)用于各種加工機(jī)床和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中。電磁離合器按工作原理分為摩擦片式、鐵粉式、感應(yīng)轉(zhuǎn)差式和牙嵌式等幾種。這里以摩擦片式電磁離合器為例介紹離合器的結(jié)構(gòu)及工作原理。

摩擦片式電磁離合器具有單片和多片等形式，單片摩擦式電磁離合器具有結(jié)構(gòu)簡單。傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，響應(yīng)快，無空轉(zhuǎn)力矩，散熱良好等優(yōu)點(diǎn)。摩擦片常在干式狀態(tài)下使用，磨損快，需及時(shí)需換摩擦襯。多片摩擦式電磁離合器由于摩擦片的厚度較薄，傳動(dòng)相同轉(zhuǎn)矩時(shí)，雖軸向尺寸增加但徑向尺寸明顯減少，因而結(jié)構(gòu)緊湊，容易安裝在機(jī)床內(nèi)部和能在工作過程中接入和切除等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)摩擦片的摩擦狀態(tài)，其可分為干式與濕式兩種；根據(jù)摩擦片