數控機床常用元氣.ppt

,數控機床常用元器件 孫海亮 ,數控機床常用控制電器及選擇,數控機床的控制電路是由各種不同的控制電器元器件組成的，要了解、分析和設計數控機床的控制電路首先要熟悉各種控制電器元器件。 首先介紹數控機床常用的控制電器： 低壓斷路器、接觸器、繼電器、電源電器、熔斷器、開關電器、控制按鈕和指示燈.,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。 有效地保護串接在它后面的電器設備， 以下重點介紹數控機床常用的兩種低壓斷路器:,一.斷路器,組成: 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. 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。表2-2為DZ15系列規(guī)格及參數。,1、塑料外殼式斷路器,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：,表 2-1 保護種類含義及其對應的代號,表 2-2 DZ15系列規(guī)格及參數,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。 機床常用于過載、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),2、小型斷路器,DZ47-60系列型號意義為： DZ47-60系列分類： 按額定電流In分有: 1A、2A、3A、4A、5（6）A、10A、15（16）A、20A、25A、32A、40A、50A、60A； 按級數分有: 單極、二極、三極、四極； 按斷路器瞬時脫扣器的型式分有: C型（5In10In）、D型（10In14In）。 DZ47-60系列技術參數如表2-32-4所示：,塑料外殼式斷路器,設計序號,殼架等級額定電流,DZ 47-60,表2-3 過電流保護特性,表2-4 額定短路通斷能力,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。 注意: 使用低壓斷路器來實現(xiàn)短路保護比熔斷器優(yōu)越，,3、低壓斷路器的選擇,二. 接觸器 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。 組成: 電磁機構、觸點系統(tǒng)、滅弧裝置及其 它部件 工作原理: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。 分類: 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。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）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。常用的額定電流等級如表2-5所示。 表2-5 接觸器的額定電壓和額定電流的等級表,1、接觸器的主要技術參數,（3）線圈的額定電壓: 表2-6 接觸器線圈的額定電壓等級表 （4）接通和分斷能力: 指主觸點在規(guī)定條件下能可靠地接通和分斷的電流值。 注意:根據接觸器的使用類別不同對主觸點的接通和分斷能力的要求也不一樣，而不同類別的接觸器是根據其不同控制對象（負載）的控制方式所規(guī)定的。常見的接觸器使用類別及其典型用途如表2-7所示。,表2-7 常見接觸器使用類別及其典型用途表 a、AC1和DC1類允許接通和分斷額定電流； b、AC2、DC3和DC5類允許接通和分斷4倍額定電流； c、AC3類允許接通6倍額定電流和分斷額定電流； d、AC4類允許接通和分斷6倍額定電流；,（5）額定操作頻率: 指每小時的操作次數。 交流接觸器最高為600次/h， 直流接觸器最高為1200次/h。 表2-8 CJX系列交流接觸器規(guī)格及參數,（1）交流接觸器型號的含義,有Z表示直流操作,2、接觸器的型號含義,交流接觸器選擇主要考慮: 主觸點的額定電壓、額定電流、輔助觸點的數量與種類、吸引線圈的電壓等級，操作頻率等。,設計代號,常閉觸點數,常開觸點數,CZ 18-/ ,接觸器,直流,額定工作電流(AC3、380V),3、交流接觸器的選擇,（2）直流接觸器型號的含義,（1）根據接觸器所控制負載的工作任務（輕任務、一般任務或重任務）來選擇相應使用類別的接觸器。,a、如果負載為一般任務（控制中小容量籠型電動機等）， 選用AC3類接觸器。 b、如果負載屬于重任務類（電機容量大，且動作較頻繁）， 則應選用AC4類接觸器。 c、如果負載為一般任務與重任務混合的情況， 則應根據實際情況選用AC3或AC4類接觸器。若確定選用AC3類接觸器，它的容量應降低一級使用，即使這樣，其壽命仍將有不同程度的降低。 d、適用于AC2類的接觸器，一般也不宜用來控制AC3及AC4類的負載，因為它的接通能力較低，在頻繁接通 這類負載時容易發(fā)生觸點熔焊現(xiàn)象。,(2）交流接觸器的額定電壓（指觸點的額定電壓），應大于或等于負載回路的電壓。 （3）接觸器線圈的電流種類（交流和直流兩種）和電壓等級應與控制電路相同。 （4）觸點數量和種類應滿足電路和控制線路的要求。,（5）根據電動機（或其它負載）的功率和操作情況來 確定接觸器主觸點的電流等級。 a、接觸器的額定電流（指主觸點的額定電流）應 大于或等于被控回路的額定電流。 b、對于電動機負載可按下列經驗公式計算： K為經驗系數，一般取11.4。 注意:如當接觸器控制電容器或白熾燈時，由于接通時 的沖擊電流可達額定值的幾十倍，因此從接通方 面來考慮，宜選用AC4類的接觸器；,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。 分類: 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。,三. 繼電器,工作原理: 由電磁機構、觸點系統(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。 注意: 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。,1、電磁式繼電器,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,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。 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。 電流繼電器線圈匝數少，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。 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，當電流超過某一整定值時才動作，整定范圍通常為1.14倍額定電流。,b、電壓繼電器 電壓繼電器線圈并聯(lián)在被測量的電路的兩端。 電壓繼電器線圈匝數多，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%時有保護動作。,c、中間繼電器 中間繼電器實質上是電壓繼電器的一種， 特點: 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或觸點容量，起到中間轉換的作用。數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。,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 b、按控制電路的要求選擇觸點的類型（是常開還是常閉） 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。,電磁式繼電器主要技術參數 以JTX通用型小型電磁繼電器為例，其主要技術參數見表2-9 JTX通用型小型電磁繼電器主要技術參數,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。 數控機床中一般由計算機軟件實現(xiàn)各種時間控制，而不采用時間繼電器方式來進行時間控制。,2、時間繼電器,時間繼電器的圖形符號如圖2-9所示，文字符號為KT。,a）線圈一般符號 b）通電延時線圈 c）斷電延時線圈 d）延時閉合常開觸點 e）延時斷開常閉觸點 f）延時斷開常開觸點 g）延時閉合常閉觸點 h）瞬時常開觸點 i）瞬時常閉觸點,圖2-9 時間繼電器的圖形符號和文字符號,熱繼電器是一種利用電流的熱效應觸發(fā)的保護電器。 常用于電動機的長期過載保護。 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。,3、熱繼電器,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,（1）熱繼電器的主要技術數據 常用的熱繼電器有JR0及JR10系列。表2-10是JR0-40型熱繼電器的技術數據。它的額定電壓為500V，額定電流為40A; 可以配用0.6440A范圍內10種電流等級的熱元件。每一種電流等級的熱元件，都有一定的電流調節(jié)范圍，一般應調節(jié)到與電動機額定電流相等，以便更好地起到過載保護作用。,表2-10 JR0-40型熱繼電器的技術數據,固態(tài)繼電器(Solid State Relay)簡稱SSR 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、輸入控制電流小等一系列優(yōu)點。 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,4、固態(tài)繼電器,（1）固態(tài)繼電器的分類 固態(tài)繼電器具有兩個輸入端和兩個輸出端的一種四端器件，按輸出端負載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管的集電極和發(fā)射極作為輸出端負載電路的開關控制，而交流型是以雙向三端晶體閘流管的兩個電極作為輸出端負載電路的開關控制，如圖2-13所示。,（2）固態(tài)繼電器主要技術數據 表2-11是國產固態(tài)繼電器主要技術數據。,表2-11 國產固態(tài)繼電器主要技術數據,四.變壓器及直流穩(wěn)壓電源 1、變壓器 變壓器是一種將某一數值的交流電壓變換成頻率相同但數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。,T,圖2-15 雙繞組變壓器圖形及文字符號,圖2-14 機床控制變壓器外形圖,JBK系列機床控制變壓器型號含義： BK系列控制變壓器型號含義：,表2-12 JBK系列控制變壓器電壓型式,BK系列控制變壓器適用于 5060Hz 的交流電路中，作為機床和機械設備中一般電器的控制電源、局部照明及指示電源。,表2-13 BK系列控制變壓器規(guī)格參數及尺寸,（2）三相變壓器 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 a、根據實際情況選擇初級（原邊）額定電壓U1（380V,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?P2= U2 I2+U3I3+ U4I4+ 根據次級電壓、電流（或總容量）可選擇變壓器， d、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.,2、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。 控制對象: 驅動器、控制單元、小直流繼電器、信號指示燈等， 數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。,主要性能指標有： a、輸入AC電壓：85VAC-264VAC b、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50M,h、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+85C l、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,VC,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， 輸入參數： AC220V10%/50（47-63）Hz單相或AC380V10%/50Hz三相 輸出參數：DC5300V 電流0.520A 功率22000W 電壓調整率0.5% （5V時1%） 電流調整率1.0% （5V時2%） 紋波系數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,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； 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.絕緣強度； f.電磁兼容 g.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。 2)盡量選用廠家的標準電源。,3)明確輸入電壓范圍， 4)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。 5) 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.熔斷器 熔斷器是一種廣泛應用的最簡單的有效的保護電器。 組成: 熔體,熔座。 熔體一般由熔點低，易于熔斷、導電性良好的合金材料制成。,(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、熔斷器主要參數: （1）額定電壓。 （2）額定電流。 （3）極限分斷能力。,圖2-22 熔斷器圖形及文字符號,RT18系列熔斷隔離器主要技術參數如表2-14： 表2-14 RT18系列熔斷隔離器主要技術參數,RT18系列熔斷隔離器型號及其含義：,RS1系列熔斷器主要技術參數如表2-15所示： 表 2-15 RS1系列熔斷器主要技術參數,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。 （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 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 。,2、熔斷器的選擇,c、用于保護頻繁啟動電動機（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 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， 即Ire(1.52.5) Iemax +Ie ， 注意: 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。,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。,圖2-23 行程開關外形圖,圖2-24行程開關圖形及文字符號,六. 開關電器,1、 行程開關,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。,圖2-25 接近開關外形圖,SQ,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,2、接近開關,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 微動開關外形圖,SA,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。,3、微動開關、腳踏開關,1、按鈕 按鈕通常用來接通或斷開控制電路（其中電流很?。瑥亩刂齐妱訖C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、識別按鈕的功能及含義。按鈕的顏色應符合表2-16要求。,七. 控制按鈕、指示燈,圖2-31 控制按鈕外形圖,圖 2-32 按鈕的圖形及文字符號,表2-16按鈕的顏色代碼及其含義,2、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,表2-18 指示燈的