数控机床故障诊断与维修第一部分

1、数控机床故障诊断及维护数控机床故障诊断及维护 本书主要内容v项目1 数控机床强电回路故障诊断与维修v项目2 FANUC 0i数控系统的连接与调试v项目3 FANUC 0i数控系统中PMC控制的应用v项目4 SINUMERIK 802Se/Ce数控系统的连接与调试v项目5 SINUMERIK 802Se/Ce数控系统中PLC控制的应用v项目6 数控机床机械部件的结构与维修v项目7 数控机床典型故障诊断与维修v项目8 零件加工误差分析与排除1. 数控机床故障诊断及维护的意义和要求 数控机床是现代制造业的基础设备。目前，我国从国外引进了大量的数控系统及数控机床，同时，我国在数控系统的研究和开发上也做

2、了也多年的研究，开发出了具有自主知识产权的数控系统，并与多家机床生产厂进行了配套，形成了一定的数控机床产销规模。随着工业化进程的加快，数控机床在制造领域的作用越来越重要。 但是，数控机床是很复杂的设备，即使只是一般的操作使用人员也必须具备一定的专业知识,而对于那些数控机床维护维修人员，则有相当高的专业技术水平的要求。数控机床故障诊断及维护的基本概念1.1 数控机床故障诊断及维护的目的 1.2数控机床故障诊断及维护的数控机床故障诊断及维护的主要内容主要内容v数控机床故障分类vCNC装置故障v伺服系统故障v主轴系统故障v刀具系统故障v其它部位故障电源及电气控制部分维修、维护的内容电源及电气控制部分

3、维修、维护的内容(1)驱动电路(2)位置反馈电路(3)电源及保护电路(4)开/关信号连接电路特别注意：按钮、行程开关、接近开关、继电器、电磁阀等机床电器开关1.3数控机床的工作环境要求数控机床的工作环境要求 数控机床的工作环境数控机床的工作环境是指数控机床工作时的温度、湿度、电网电压、接地等诸多方面。如果忽视工作环境变化对数控机床的影响，轻则可能使机床不能正常使用，严重的可能损坏相关机床部件。 1.温度温度v精密数控机床一般都有恒温环境要求,只有在恒温条件下, 才能确保机床精度和加工精度。一般普通型数控机床对室温没有具体要求，但大量实践表明，当室温过高时数控系统的故障率大大增加。数控系统中一般

4、半导体工作温度要求在4045以下，室温达到35时电气柜内部温度经常可能达40以上，所以系统不能正常工作。此外避免阳光对数控机床直接照射，室内应配有良好的灯光照明设备。 2.湿度湿度v数控机床要求工作环境的相对湿度应该小于75%，在高温高湿中的数控机床，大多采用密封电气柜，且配备空调进行冷却。由于湿度大，在数控机床关电后，空气中的水分子在数控系统或驱动装置的线路板上产生结露。当再次上电时，线路板上的结露产生短路，造成硬件模块的损坏。v 因此对于高温高湿现场运行的数控机床，应该采取相应的措施，如配备去湿或烘干装置，消除结露后再上电运行，或者数控机床不关电。以一台三个进给轴和一个7.5kW伺服主轴的

5、数控机床为例，在数控机床工作时，功耗大约为15kW。但当去掉伺服使能后，数控系统与驱动系统的功耗大约只有100W 3.电网电压电网电压v电源是维持系统正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接结果是造成系统的停机或毁坏整个系统。日本的数控系统一般以允许在电压额定值的10%范围内波动，而欧美的一些数控系统要求在5%以内。我国电源波动较大，质量差，还隐藏有如高频脉冲这一类的干扰，加上人为的因素（如突然拉闸断电等）。电高峰期间，例如白天上班或下班前的一个小时左右以及晚上，往往超差较多，甚至达到20，使机床报警而无法进行正常工作，并对机床电源系统造成损坏，甚至导致机床参数数据的丢失等。 建议在CNC机

6、床较集中的车间配置具有自动补偿调节功能的交流稳压供电系统；单台CNC机床可单独配置交流稳压器来解决。4.导电粉尘导电粉尘v如果机床长期加工铸铁、铝质工件、石墨工件，数控机床的电气柜采用内外空气循环冷却，电气柜密封不严，导电粉尘进入电气柜并且在模块线路板上沉积，可能导致硬件部分损坏，特别是高压部件，如驱动器的电源模块等。如果数控机床主要用于加工上述材料，在采购机床时应向机床制造厂提出明确要求采用密闭的电气柜，采用空调内循环冷却。5.生产现场的油雾生产现场的油雾v生产现场的油雾可能造成数控机床显示屏幕损坏。由于油雾具有很强的附着力和扩散性，如果油雾随空气进入数控机床操作站，可能影响液晶显示器。油雾

7、可能附着在显示器的导电橡胶上，逐渐扩散，使显示器上开始出现黑色线条，且逐步扩大，最终导致显示器无法显示信息。 6.地线用中线替代地线用中线替代v数控机床的许多带微处理器的部件都采用共地结构，如数控系统、输入输出模块、伺服驱动器的控制模块等，这些模块的特点是系统的保护接地就是微处理器的基准工作电压。假如在用户现场没有保护接地，用户将主电源的中线作为地线连接到数控系统的保护接地端子上，当生产现场的三相动力电源出现不平衡时，中性线上可能出现不平衡电流，将对数控系统的硬件产生影响，轻则造成数控系统数据丢失，重则造成数控系统硬件模块损坏。v为了使数控机床能够充分发挥作用，为数控机床提供专用的地线是十分重

8、要。数控机床的地线要采用一点接地型，即辐射式接地法，以防止窜扰。这种接地要求将数控柜中的信号接地、强电接地、机床接地等连接到公共的接地点上，而且数控柜和强电柜之间应该有足够粗的保护接地电缆，总的接地电阻要小于47，并且总接地点要十分可靠。 7.伺服电机没有保护伺服电机没有保护v伺服电机在数控机床上没有保护，直接暴露在冷却液的喷射范围，或润滑油在伺服电机轴端、电机的电缆插头处浸泡。冷却液或润滑油可能进入伺服电机内部，并且在电机内部积累，进入编码器，使测量系统出现故障。 8.长期超性能使用长期超性能使用v驱动系统设定了许多相关的过载极限参数，但是当这些参数被更改后，可能造成伺服驱动系统在过流状态下

9、没有保护，导致驱动功率器件损坏。v另外，数控机床可能长期进行大切削量的加工，使得驱动器电源模块或功率模块过流损坏。因此，必须了解数控机床允许的加工范围，才能保证在正确的范围内加工，避免硬件部件损坏。1.4数控机床的操作规范数控机床的操作规范(简简) 一运行前一运行前1. 检查程序与工件或毛坯是否一致。2. 检查工件坐标系与程序坐标系是否相符。3. 检查刀具表内刀具是否与程序内刀具信息一致；检查刀具的完好程度。4. 检查程序是否正确、切削用量的选择是否合理。5. 确定机床状态及各开关位置（进给倍率开关应为0）。6. 必须在确认工件夹紧后才能启动机床。二加工中二加工中1. 关闭防护门，启动机床；各

10、坐标轴手动或自动回零(机械原点)。2. 对刀，确定工件坐标系原点的位置。3. 运行程序，观察机床动作及进给方向与程序是否相符。4. 当工件坐标、刀具位置、剩余量三者相符后，逐渐加大进给倍率开关。5. 当正常加工时，需要暂停程序前，应先将倍率开关缓慢关至0位。6. 中断程序后恢复加工时，应缓慢进给至原加工位置，再逐渐恢复到正常切削速率。三异常处理三异常处理1. 当机床因报警而停机时，应先清除报警信息，将主轴安全移出加工位置，确定排除警报故障后，恢复加工。2. 当发生紧急情况时，应迅速停止程序，必要时可使用紧急停止按钮。四. 加工完毕清理机床；登记本次使用机床情况。 1.5对维修人员的要求对维修人

11、员的要求 v1.专业知识面广v2.具有专业英语阅读能力v3.勤于学习不断提高v4.善于分析v5.善于总结v6.有较强的动手能力和实践技能v7.具有使用智能化仪器的能力1.6数控机床故障的类型数控机床故障的类型 v数控机床故障的类型数控机床故障的类型 1.按故障发生的原因分类v数控机床自身故障v数控机床外部故障2.按故障发生的性质分类v软件故障v硬件故障v干扰故障3.按故障发生的位置分类v数控系统故障v伺服系统故障v电气控制部分故障v主轴系统故障v进给系统故障v刀架、刀库、工作台故障等1.8数控机床故障诊断及维护的基本技术数控机床故障诊断及维护的基本技术v日常维护和保养日常维护和保养1.机械部分

12、的检查保养2.电气部分的维护保养3.数控系统中硬件部分的检查维护4.伺服电机和主轴电机的检查维护5.液压系统的检查调整6.气动系统的检查调整7.检测反馈元件的检查8.润滑部分的检查调整序号序号周期周期检查部位检查部位检查要求（内容）检查要求（内容）1每天切削液、液压油、润滑油检查切削液、液压油、润滑油的油量是否充足。2每天切屑槽切屑槽内的切屑是否已处理干净。 3每天操作盘检查操作盘上的各指示灯是否正常，各按钮、开关是否处于正确位置。4每天CRT显示屏CRT显示屏上是否有任何报警显示，若有问题应及时予以处理5每天液压装置的压力表液压装置的压力表是否指示在所要求的范围内。6每天冷却风扇各控制箱的冷

13、却风扇是否正常运转。n数控机床的维护保养例表数控机床的维护保养例表1-17每天刀具刀具是否正确夹紧在刀夹上；刀夹与回转刀架是否可靠夹紧；刀具是否有损伤。8每天主轴、滑板等运转中，主轴、滑板处是否有异常噪声；有无与平常不同的异常现象。9每月主轴的运转情况轴以最高转速一半左右的转速旋转30min，用手触摸壳体部分，若感觉温和即为正常，以此了解主轴轴承的工作情况。10每月滚珠丝杠检查X、Z轴的滚珠丝杠，若有污垢，应清理干净，若表面干燥，应涂润滑脂。11每月超程限位开关检查X、Z轴超程限位开关、各急停开关是否动作正常，可用手按压行程开关的滑动轮，若CRT上有超程报警显示，说明限位开关正常。顺便将各接近

14、开关擦拭干净。12每月刀架检查刀架的回转头、中心锥齿轮的润滑状态是否良好，齿面是否有伤痕；看换刀时其换位动作是否平顺，以刀架夹紧、松开时无冲击为好。13每月导套内孔检查导套内孔状况，看是否有裂纹、毛刺，导套前面盖帽内是否积存切屑。14每月切削液槽检查切削液槽内是否积存切屑。15每月液压装置检查液压装置，如压力表的动作状态、液压管路是否有损坏，各管接头是否有松动或漏油现象等。16每月润滑油装置检查润润滑泵的排油量是否合乎要求、润滑油管路是否损坏、管接头是否松动、漏油等17半年主轴主轴孔的振摆，主轴传动用V带的张力及磨损情况，编码盘用同步带的张力及磨损情况。18半年导套装置主轴以最高转速的一半运转

15、30min，用手触摸壳体部分无异常发热及噪声为好。此外用手沿轴向拉导套，检查其间隙是否过大19半年加工装置检查主轴分度用齿轮系的间隙。以规定的分度位置沿回转方向摇动主轴，以检查其间隙。若间隙过大应进行调整；检查刀具主轴驱动电动机侧的齿轮润滑状态。若表面干燥应涂敷润滑脂。20半年润滑泵装置浮子开关可从润滑泵装置中抽出润滑油；看浮子落至警戒线以下时，是否有报警指示以判断浮子开关的好坏。21半年直流电动机若换向器表面脏，应用白布沾酒精予以清洗；若表面粗糙，用细金相砂纸予以修整；若电刷长度为10mm以下时，予以更换。22半年其它检查各插头、插座、电缆、各继电器的触点是否接触良好；检查各印刷电路板是否干

16、净；检查主电源变压器、各电动机的绝缘电阻应在1M以上；检查断电后保存机床参数、工作程序用的后备电池的电压值，看情况予以更换。故障处理故障处理1.调查故障现场，充分掌握故障信息特别要注意确定的故障信息(1)发生故障时的报警号和报警提示是什么？(2)如无报警，系统处于何种工作状态？系统的工作方式诊断结果是什么？(3)故障发生在哪个程序段？执行何种指令？故障发生前进行了何种操作?(4)故障发生在何种速度下？轴处于什么位置？与指令值的误差量有多大？(5)以前是否发生过类似的故障？现场有无异常现象？故障是否重复发生？故障处理故障处理例如通过报警号诊断故障原因v硬件报警显示的故障:各单元装置上的报警灯v软

17、件报警显示故障:CRT显示器上显示出来的报警号报警信息v来自NC的报警和来自PLC的报警存储器报警过热报警伺服系统报警轴超程报警程序出错报警主轴报警过载报警断线报警故障处理故障处理2.分析故障原因，确定检查方法和步骤分析故障原因时应注意以下几点(1)列出故障问题(2)对引起故障的原因和解决的方法进行综合、判断和筛选(3)拟定检查内容、步骤和方法故障处理故障处理3.故障的检测和排除故障诊断原则(1)先外部后内部 外部的行程开关、按钮开关、液压气动元件、印刷电路板间的连接部位，接触不良，是产生数控机床故障的重要因素。尽量避免随意地启封、拆卸，以避免扩大故障，降低机床性能。(2)先机械后电气机械故障

18、容易察觉大部分故障是机械部件失灵造成的。(3)先静后动 不盲目动手，了解故障发生的过程及状态，查阅说明书、系统资料，先在机床断电的静止状态，观察、分析，确认无恶性故障或破坏性故障，方可给机床通电，进行动态观察检验和测试。恶性故障或破坏性故障先排除故障才通电诊断。(4)先公用后专用 如CNC、PLC、电源、液压等公用部分。(5)先简单后复杂(6)先一般后特殊v数控机床故障诊断及维修的一般方法数控机床故障诊断及维修的一般方法1.外观常规检查法2.参数检查法3.功能程序测试法4.升降温法5.敲击法 6.拉偏电源法7.交换法8.备板置换法9.隔离法10.系统更新重置法11.对比法12.原理分析法v数控

19、机床故障诊断及维修的一般方法数控机床故障诊断及维修的一般方法v基本方法(与医学方法的对比)医学诊断方法设备诊断方法原理及特征信息中医：望 闻 问 切西医：望 触 扣 听 嗅听嗅看闻通过形貌、声音、温度、颜色的变化来诊断听心率 做心电图振动与噪声监测通过振动大小与变化规律来诊断量体温温度检测观察温度变化验血常规 油波分析观察物理化学成分及细胞形态的变化量血压应力应变测量观察压力或应力变化问病史查阅技术档案资料找规律 查原因 做判别X射线 超声波检查费破坏性检测(裂纹)观察内部肌体缺陷v常用的维修工具及仪器常用的维修工具及仪器 v1.常用维修工具v2.常用维修仪器1.常用维修工具(1)电烙铁(2)

20、吸锡器(3)旋具(4)钳类工具(5)扳手(6)其它v常用的维修工具及仪器常用的维修工具及仪器 2.常用维修仪器(1)万用表(2)示波器(3)逻辑测试笔和脉冲信号笔(4)逻辑分析仪(5)离线IC测试仪(6)在线IC测试仪(7)短路追踪仪(8)特征代码分析仪(9)激光干涉仪(10)球杆仪逻辑分析仪离线IC测试仪短路追踪仪特征代码分析仪v激光干涉仪球杆仪数控机床电气控制基础知识v低压断路器v接触器v继电器v变压器及直流稳压电源v熔断器v开关电器v按钮、指示灯v导线和电缆v配线技术 一、低压断路器一、低压断路器 低压断路器过去叫做自动空气开关，现采用IEC标准称为低压断路器。 低压断路器是将控制电器和

21、保护电器的功能合为一体的电器。它常作为不频繁接通和断开的电路的总电源开关或部分电路的电源开关，当电路发生过载、短路或欠压等故障时能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电器设备，并且在分断故障电流后一般不需要更换零部件。因此，低压断路器在数控机床上使用越来越广泛。 低压断路器的主要参数有：额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型及其额定电流、整定范围、电磁脱扣器整定范围、主触点的分断能力等。以下重点介绍数控机床常用的两种低压断路器。 1 1、塑料外壳式断路器、塑料外壳式断路器 塑料外壳式断路器由手柄、操作机构、脱扣装置、灭弧装置及触头系统等组成，均安装在塑料外壳内组成一体。 机床常用DZ10、 D

22、Z15、DZ5-20、DZ5-50等系列塑料外壳式断路器 (以下简称断路器)，适用于交流电压500V，直流电压220V以下的电路，作不频繁地接通和断开电路用,塑料外壳式断路器外形图如图2-1所示，断路器图形及文字符号如图2-2所示。以DZ15系列为例，其适用于交流50Hz，额定电压为220V或380V，额定电流至100A的电路，作为配电、电动机的过载及短路保护用，亦可作为线路不频繁转换及电动机不频繁起动之用。 v 图2-1 塑料外壳式断路器外形图 图 2-2 断路器图形及文字符号 DZ15系列型号意义为： 设计代号塑料外壳式断路器保护种类(见表2.1)液压式电磁脱扣器极数(1:单极;2:二极;

23、3:三极)壳架等级额定电流DZ 15-/ 90 保护种类代号配电保护用过电流脱扣器1电动机保护用过电流脱扣器2表 2-1 保护种类含义及其对应的代号 2 2、小型断路器、小型断路器 小型断路器主要用于照明配电系统和控制回路. 外形如图2-3所示，图2-4为断路器图形及文字符号。 机床常用MB1-63、DZ30-32、DZ47-60等系列小型断路器。以DZ47-60高分断小型断路器为例，适用于照明配电系统（C型）或电动机的配电系统（D型）。其主要用于交流50Hz/60Hz，单极230V，二、三、四极400V线路的过载、短路保护，同时也可以在正常情况下不频繁地通断电器装置和照明线路。 2 2、小型

24、断路器、小型断路器 小型断路器主要用于照明配电系统和控制回路. 外形如图2-3所示，图2-4为断路器图形及文字符号。 机床常用MB1-63、DZ30-32、DZ47-60等系列小型断路器。以DZ47-60高分断小型断路器为例，适用于照明配电系统（C型）或电动机的配电系统（D型）。其主要用于交流50Hz/60Hz，单极230V，二、三、四极400V线路的过载、短路保护，同时也可以在正常情况下不频繁地通断电器装置和照明线路。图2-3小型断路器外形图 图2-4小型断路器图形及文字符号 (单极和三极) 3 3、低压断路器的选择、低压断路器的选择选择低压断路器应注意：(1)低压断路器的额定电流和额定电压

25、应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。(2)低压断路器的极限通断能力应大于或等于电路的最大短路电流。(3)欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。(4)过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路的最大负载电流。 使用低压断路器来实现短路保护比熔断器优越，因为当三相电路短路时，很有可能只有一相的熔断器熔断，造成单相运行。对于低压断路器来说，只要造成短路都会使开关跳闸，将三相同时切断。 二、接触器二、接触器 接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载的主电路（如电动机）的自动控制电器。接触器由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其它部件四部分组成。其工作原理是当线圈通电后，静铁心产生电磁吸力将衔铁

26、吸合。衔铁带动触点系统动作，使常闭触点断开，常开触点闭合。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧力的作用下释放，触点系统随之复位。 接触器按其主触点通过电流的种类不同，分为直流、交流两种，机床上应用最多的是交流接触器。目前我国常用的交流接触器主要有：CJ20、CJX1、CJX2、CJ12和CJ10等系列，引进德国BBC公司制造技术生产的B系列，德国SIEMENS公司的3TB系列，法国TE公司LC1系列等。交流接触器外形如图2-5所示，接触器图形及文字符号如图2-6所示。 图2-5 交流接触器图外形图 图2-6接触器图形及文字符号 1 1、接触器的主要技术参数、接触器的主要技术参数 （1）

27、额定电压。接触器铭牌上标注的额定电压是指主触点的额定电压。常用的额定电压等级如表2-5所示。（2）额定电流。接触器铭牌上标注的额定电流是指主触点的额定电流。（3）线圈的额定电压。常用的额定电压等级如表2-6所示。选用时一般交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器，但交流负载频繁动作时可采用直流线圈的交流接触器 直流线圈电压：24、48、100、220、440 交流线圈电压：36、110、127、220、380 三、继电器三、继电器 继电器是一种根据输入信号的变化接通或断开控制电路，实现控制目的电器。继电器的输入信号可以是电流、电压等电量，也可以是温度、速度、压力等非电量，输出为相应的触点动作

28、 继电器的种类很多，按输入信号的性质分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器等。按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器等。1 1、电磁式继电器、电磁式继电器 电磁式继电器的结构和工作原理与电磁式接触器相似，也是由电磁机构、触点系统和释放弹簧等部分组成。根据外来信号（电压或电流），利用电磁原理使衔铁产生闭合动作，从而带动触点动作，使控制电路接通或断开，实现控制电路的状态改变。值得注意的是，继电器的触点不能用来接通和分断负载电路，这也是继电器的作用和接触器的作用的区别。 图2-7为电磁继电器外形图。 电磁式继电器的种类不同，但一般图形符号是相同

29、的，如图2-8所示。电流继电器的文字符号为KI，线圈方格中用I（或I（或U）表示过电压（或欠电压）继电器。 图2-7电磁继电器外形图 （1）电磁式继电器的种类 电磁式继电器按吸引线圈电流种类不同,有交流和直流两种。其结构及工作原理与接触器相似,但因继电器一般用来接通和断开控制电路，故触点电流容量较小(一般5A以下)。由于电磁式继电器具有工作可靠、结构简单、制造方便、寿命长等一系列优点，故在数控机床电气控制系统中应用最为广泛。 图2-8电磁继电器图形及文字符号 a、电流继电器 电流继电器的线圈串联在被测量的电路中，以反应电路电流的变化。为了不影响电路工作情况，电流继电器线圈匝数少，导线粗，线圈阻

30、抗小。 电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两类。欠电流继电器的吸引电流为线圈额定电流的30%65%，释放电流为额定电流的10%20%，因此，在电路正常工作时，衔铁是吸合的，只有当电流降低到某一整定值时，继电器释放，输出信号。过电流继电器在电路正常工作时不动作，当电流超过某一整定值时才动作，整定范围通常为1.14倍额定电流。 在机床电气控制系统中，用得较多的电流继电器有JL14、JL15、JT3、JT9、JT10等型号，主要根据主电路内的电流种类和额定电流来选择。 b、电压继电器 电压继电器的结构与电流继电器相似，不同的是电压继电器线圈并联在被测量的电路的两端，以反应电路电压的变化。为了不影

31、响电路工作情况，电压继电器线圈匝数多，导线细，线圈阻抗大。 电压继电器按动作电压值的不同，有过电压、欠电压和零电压之分。过电压继电器在电压为额定电压的110%115%以上时动作；欠电压继电器在电压为额定电压的40%70%时有保护动作；零电压继电器当电压降至额定电压的5%25%时有保护动作。 机床电气控制系统中，常用的有JT3、JT4型。 c、中间继电器 中间继电器实质上是电压继电器的一种，但它触点多（多至六对或更多），触点电流容量大（额定电流510A），动作灵敏（动作时间不大于0.05s）。其主要用途是当其他继电器的触点数或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触点数或触点容量，起到中间

32、转换的作用。数控机床中使用最多的是小型中间继电器。机床上常用的型号有J27系列交流中间继电器和J28系列交直流两用中间继电器。 （3）中间继电器的选择 中间继电器主要依据被控制电路的电压等级，触点的数量、种类及容量来选用。a、线圈电流的种类和电压等级应与控制电路一致。如数控机床的控制电路采用直流24V供电，则继电器应选择线圈额定电压为24V的直流继电器。 b、按控制电路的要求选择触点的类型（是常开还是常闭）和数量。 c、继电器的触点额定电压应大于或等于被控制回路的电压。 d、继电器的触点电流应大于或等于被控制回路的额定电流，若是电感性负载，则应降低到额定电流50%以下使用。 2 2、时间继电器

33、、时间继电器 时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器，按其动作原理与构造不同，可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等类型。机床控制线路中应用较多的是空气阻尼式时间继电器，晶体管式时间继电器也获得愈来愈广泛的应用。数控机床中一般由计算机软件实现各种时间控制，而不采用时间继电器方式来进行时间控制。时间继电器的图形符号如图2-9所示，文字符号为KT。v 图2-9 时间继电器的图形符号和文字符号 3 3、热继电器、热继电器 热继电器是一种利用电流的热效应时触电动作的保护电器。常用于电动机的长期过载保护。当电机长期过载时，热继电器的常闭触点动作，断开相应的回路，使电机得到保护。热继电

34、器由发热元件（电阻丝）、双金属片、传导部分和常闭触点组成，当电机过载时，通过发热元件上的电流增加，双金属片受热弯曲，带动常闭触点动作。由于双金属片的热惯性，即不能迅速对短路事故进行反应，而这个热惯性也是合乎要求的，因为在电机起动或短路过载时，热继电器不会动作，避免了电动机的不必要停车。 图2-10为热继电器外形图，图2-11为热继电器图形及文字符号。 图2-10 热继电器外形图 图2-11 热继电器图形及文字符号 4 4、固态继电器、固态继电器 固态继电器(Solid State Relay)简称SSR,是上世纪70年代中后期发展起来的一种新型无触点继电器。固态继电器是用晶体管或可控硅代替常规

35、继电器的触点开关，而在前级中与光电隔离器融为一体。因此，固态继电器实际上是一种带光电隔离器的无触点开关。由于可靠性高、开关速度快和工作频率高、使用寿命长、便于小型化、输入控制电流小以及与TTL、CMOS等集成电路有较好的兼容性等一系列优点，在数控机床的程控装置以及微型计算机控制系统中得到了广泛的应用。 固态继电器图形及文字符号如图2-12所示.。 图2-12 固态继电器图形及文字符号 固态继电器的使用 固态继电器的输入端要求有从几个mA至20mA的驱动电流，最小工作电压3V，所以MOS逻辑信号通常要经晶体管缓冲级放大后再去控制固态继电器，对于CMOS的电路可利用NPN晶体管缓冲器。当输出端的负

36、载容量很大时，直流固态继电器可通过功率晶体管（交流固态继电器通过双向晶闸管）再驱动负载。 当温度超过35oC左右后，固态继电器的负载能力（最大负载电流）随温度升高而下降，因此使用时必须注意散热或降低电流使用。 对于容性或电阻负载，应限制其开通瞬间的浪涌电流值（一般为负载电流的7倍），对于电感性负载，应限制其瞬时峰值电压，以防止损坏固态继电器。具体使用时，可参照产品样本或有关手册。 四、电源电器四、电源电器1 1、变压器、变压器 变压器是一种将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压的静止电器。（1）机床控制变压器 机床控制变压器适用于交流5060Hz，输入电压不超过660V的电路，

37、作为各类机床、机械设备等一般电器的控制电源、步进电机驱动器、局部照明及指示灯的电源。图2-14为机床控制变压器外形图，图2-15为变压器图形及文字符号。表2-12为JBK系列控制变压器电压型式，表2-13为BK系列控制变压器规格参数及尺寸。 图2-15 双绕组变压器图形及文字符号 图2-14 机床控制变压器外形 （2）三相变压器 现在普遍采用的三相交流系统中，三相电压的变换可用三台单相变压器也可用一台三相变压器，从经济性和缩小安装体积等方面考虑，可优先选择三相变压器。在数控机床中三相变压器主要是给伺服动力等供电。图2-16为三相变压器外形图，图2-17图形及文字符号（星型-三角形联结）。 图2

38、-16三相变压器外形图 图2-17三相变压器（星形三角形联结）图形及文字符号 （3）变压器的选择 变压器的选择的主要依据是变压器的额定值，根据设备的需要，变压器有标准和非标准两类。以下分别是这两类变压器的选择方法。1）标准变压器a、根据实际情况选择初级（原边）额定电压U1（ 3 8 0 V , 2 2 0 V ） ， 再 选 择 次 级 额 定 电 压U2,U3,(次级额定值是指初级加额定电压时，次级的空载输出，次级带有额定负载时输出电压下降5%，因此选择输出额定电压时应略高于负载额定电压)。b、根据实际负载情况，确定次级绕组额定电流I1,I2,I3,，一般绕组的额定输出电流应大于等于额定负载

39、电流。c、次级额定容量由总容量确定。总容量算法如下P2= U2 I2+U3I3+ U4I4+ 根据次级电压、电流（或总容量）可选择变压器，三相变压器也是按以上方法进行选择。 2）非标准变压器 设计时常常需要设计者根据要求自己制定变压器的规格，这种非标准变压器的选择方法如下 a、选择初级额定电压U1（如380V,220V），电源频率(如50Hz)，次级绕组电压、电流及总容量，方法与标准变压器相同。初级、次级之间屏蔽层根据要求选用，有特殊绝缘要求的次级绕组，应提出耐压要求。引出线端及排列有特殊要求的，应该用图示加以说明。有防护等级要求、外形尺寸限制等其他条件，应与制造商协商解决。 b、变压器的选用

40、除了要满足变压比之外，还要考虑变压器性价比，优先选用变压档输出全的变压器，以达到只用一个变压器多电压档输出，能够同时满足控制电路、照明电路、标准电器等对电压大小的不同要求，这样一方面节约成本，另一方面节省了安装空间。 2 2、直流稳压电源、直流稳压电源 直流稳压电源的功能是将非稳定交流电源变成稳定直流电源。 在数控机床系统中，需要稳压电源给驱动器、控制单元、小直流继电器、信号指示等提供直流电源，数控机床中主要使用开关电源和一体化电源。 （1）开关电源 开关电源被称作高效节能电源，因为内部电路工作在高频开关状态，所以自身消耗的能量很低，电源效率可达80%左右，比普通线性稳压电源提高近一倍。目前生

41、产的无工频变压器式中、小功率开关电源，仍普遍采用脉冲宽度调制器（简称脉宽调制器PWM）或脉冲频率调制器（简称脉频调制器PFM）专用集成电路。它们是利用体积很小的高频变压器来实现电压变化及电网隔离，因此能省掉体积笨重且损耗较大的工频变压器。以GZM-U40型为例,其外观如图2-18所示，图2-19为直流稳压电源的图形符号 主要性能指标有：a、输入AC电压：85VAC-264VACb、输入频率：47-63Hz c、冷态冲击电流：20A/115VAC;30A/220VAC d、过流保护：105150%的额定值开始保护，过压保护，过功率保护，短路保护，自动恢复e、启动、上升、保持：500ms,50ms

42、,大于20ms f、抗电强度：输入与输出之间，输入与大地可承受AC1.5KV/1min g、绝缘电阻：输入与大地、输入与输出加DC500V绝缘电阻大于50Mh、工作环境温度：-10C 至45C，60C时可用功率60%。70C时可用满功率35%i、效率：65%-87%j、纹波噪声：小于输出电压1%k、存储温度：-20C+85Cl、输出电压调整：10%范围内，总调整率（线形及负载）小于2%m、安规标准：参考UL1950 图 2-18开关电源外形图 图 2-19 直流稳压电源图形符号及文字符号 （2）一体化电源 一体化电源是采用传导冷却方式的AC/DC开关电源，应用于数字电路、工业仪表、交通运输、通

43、讯设备、工控机等大型设备及科研与实验设备，作为直流供电电源。一体化电源外形如图2-20所示。 以下是4NIC系列电源的主要参数（所有电参数测试均在环境温度25下进行）：输入参数：AC220V10%/50（47-63）Hz单相或AC380V10%/50Hz 三相输出参数：DC5300V 电流0.520A 功率22000W 电压调整率0.5% （5V时1%） 电流调整率1.0% （5V时2%） 纹波系数1.0% 工作频率50100KHz 具有过热、过流、短路保护；可另加过欠压保护；负载率0 100% ；使用率80%； 效率80% 图 2-20 一体化电源外形图 （3）电源的选择选择电源时需要考虑的

44、问题主要有：a电源的输出功率输出路数；b.电源的尺寸;c.电源的安装方式和安装孔位；d.电源的冷却方式；e.电源在系统中的位置及走线；f.环境温度；g.绝缘强度；h.电磁兼容i.环境条件。1)为了提高系统的可靠性，建议电源工作在50%80%负载为佳，即假设所用功率为20W，应选用输出功率为25W40W的电源。2)尽量选用厂家的标准电源，包括标准的尺寸和输出电压。厂家的标准品一般都会有库存，在送样及以后的订货、交货都比较快；相对而言，特殊的尺寸和特殊的输出电压，则会增加开发时间及成本。3)所需电源的输出电压路数越多，挑选标准电源的机会就越小，同时增加输出电压路数会带来成本的增加，目前多电路输出的

45、电源以三路，四路输出较为常见。所以，在选择电源时应该尽量减少输出路数，尽量选用多路输出共地的电源 4)明确输入电压范围，以交流输入为例，常用的输入电压规格有110V、220V，所以相应就有了110V,220V交流切换，以及通用输入电压（AC:85V264V）三种规格。在选择输入电压规格时应明确系统将会用到的地区，如果要出口美、日等市电为110V交流的国家，可以选择110V交流输入的电源；而只在国内使用时，可以选择220V交流输入的电源。 5)电源在工作时会消耗一部分功率，并以热量的形式释放出来，所以用户在进行系统设计时（尤其是封闭的系统）应考虑电源的散热问题。如果系统能形成良好的自然对流风道，

46、且电源位于风道上，可以考虑选择自然冷却的电源；如果系统的通风比较差，或系统内部温度比较高，可以考虑选择风冷的电源。 6)如果环境不是很恶劣或电柜中（符合防护等级IP54）可选用普通电源；如果在条件恶劣的环境中使用，比如油污、潮湿、腐蚀等，选用全密封的一体化电源较好。 五、五、 熔断器熔断器 熔断器是一种广泛应用的最简单的有效的保护电器。在使用时，熔断器串接在所保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，它的熔体能自动迅速熔断，从而切断电路，使导线和电气设备不致损坏。 熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管（或熔座）两部分组成。熔体一般由熔点低，易于熔断、导电性良好的合金材料制成。熔体熔断后再次工作必须

47、更换熔体。图2-21为熔断器及熔断隔离器外形图，图2-22为熔断器图形及文字符号。 (a)快速熔断器(芯为熔体) (b)螺旋式熔断器 (c)熔断隔离器图2-21 熔断器及熔断隔离器外形图 1 1、熔断器主要参数、熔断器主要参数（1）额定电压。指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压，其值一般等于或大于电气设备的额定电压。 （2）额定电流。指熔断器长期工作时，设备部件温升不超过规定值时所能承受的电流。厂家为了减少熔断器管额定电流的规格，熔断管的额定电流等级比较少，而熔体的额定电流等级比较多，也即在一个额定电流等级的熔断管内可以分装几个额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔断管的额定电

48、流。 （3）极限分断能力。是指熔断器在规定的额定电压和功率因数（或时间常数）的条件下，能分断的最大电流值，在电路中出现的最大电流值一般是指短路电流值。所以，极限分断能力也是反映了熔断器分断短路电流的能力。 图2-22 熔断器图形及文字符号 2、熔断器的选择、熔断器的选择选择熔断器主要是选择熔断器的类型、额定电压、额定电流及熔体的额定电流。（1）熔断器的额定电压应大于或等于线路的工作电压。（2）熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额定电流。（3）熔体的额定电流的选择： a、用于保护照明或电热设备的熔断器，因为负载电流比较稳定，所以熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流， 即IreIe 式中Ir

49、e 为熔体的额定电流，Ie为负载的额定电流。 b、用于保护单台长期工作电动机（即供电支线）的熔断器，考虑电动机启动时不应熔断，即 Ire(1.52.5)Ie ， 式中Ire 为熔体的额定电流，Ie为电动机的额定电流，轻载启动或启动时间比较短时，系数可取进1.5，带重载启动时间比较长时，系数可取进2.5。c、用于保护频繁启动电动机（即供电支线）的熔断器，考虑频繁启动时发热, 熔断器也不应熔断，即Ire(33.5)Ie ，式中Ire 为熔体的额定电流，Ie为电动机的额定电流。d、用于保护多台电动机（即供电干线）的熔断器，在出现尖峰电流时也不应熔断。通常，将其中容量最大的一台电动机启动，而其余电动机

50、运行时出现的电流作为其尖峰电流，为此，熔体的额定电流应满足下述关系：即Ire(1.52.5) Iemax + +Ie ， 式中Ire 为熔体的额定电流，Iemax 为多台电动机中容量最大的一台电动机额定电流，Ie 为其余电动机额定电流之和。f、为防止发生越级熔断，上、下级（即供电干、支线）熔断器间应有良好的协调配合，为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔断额定电流比下一级（供电支线）大12个级差。 六、开关电器六、开关电器 1 1、 行程开关行程开关 行程开关是用来反映工作机械的行程发布命令以控制其运动方向或行程大小的主令电器。如果把行程开关安装在工作机械各种行程终点处，限制其行程，它就称为限

51、位开关或终端开关。因此，行程开关、限位开关和终端开关是同一开关。它们被广泛用于各类机床和起重机械以控制这些机械的行程。当工作机械运动到某一预定位置时，行程开关就通过机械可动部分的动作将机械信号变换为电信号，以实现对机械的电气控制，限制它们的动作或位置，籍此对机构提供必要的保护。图2-23所示为行程开关外形图，图2-24所示为行程开关图形及文字符号。 2 2、接近开关、接近开关 接近开关是非接触式的监测装置，当运动着的物体接近它到一定距离范围内，就能发出信号，以控制运动物体的位置或计数。 从工作原理看，接近开关有高频振荡型、感应电桥型、霍尔效应型、光电型、永磁及磁敏元件型、电容型、超声波型等多种

52、形式。图2-25为接近开关外形图，图2-26为霍尔接近开关图形及文字符号，图2-27为接近开关图形及文字符号。图2-25 接近开关外形图 图2-26 霍尔接近开关图形及文字符号 图2-27 接近开关图形及文字符号 3 3、微动开关、脚踏开关、微动开关、脚踏开关 微动开关是具有瞬时动作和微小的行程，可直接由某一定的力经过一定的行程使触头速动，从而实现电路的转换的灵敏开关。图2-28为微动开关外形图，图2-29为脚踏开关外形图，图2-30脚踏开关图形及文字符号。 图2-28 微动开关外形图 图2-29脚踏开关外形图 图2-30脚踏开关图形及文字符号 其它开关还有刀开关、万能转换开关、钥匙开关、组合

53、开关等。 七、控制按钮、指示灯七、控制按钮、指示灯1 1、按钮、按钮 按钮通常用来接通或断开控制电路（其中电流很小），从而控制电动机或其它电器设备的运行，原来就接通的触点，称为常闭触点；原来就断开的触点，称为常开触点。按钮外形图及符号如图2-31，2-32所示。国标对按钮的颜色和标识都有要求，根据这些要求可以正确地设计、识别按钮的功能及含义。按钮的颜色应符合表2-16要求。 图2-31 控制按钮外形图 图 2-32 按钮的图形及文字符号 2 2、指示灯、指示灯指示灯用来发出下列型式的信息：指示：引起操作者注意或指示操作者应该完成某种任务。红、黄、绿和蓝色通常用于这种方式；确认：用于确认一种指令

54、、一种状态或情况，或者用于确认一种变化或转换阶段的结束。蓝色和白色通常用于这种方式，某些情况下也可用绿色。图2-33示指示灯外形图，图2-34示指示灯图形及文字符号。指示灯的颜色应符合表2-18的要求。图2-33 指示灯外形图 图2-34 指示灯图形及文字符号 八、导线和电缆八、导线和电缆 数控机床上主要有三种导线：动力线、控制线、信号线。导线的选择应适用于工作条件（如电压、电流、电击的防护）和可能存在的外界影响（如环境温度、湿度或存在腐蚀物质燃烧危险和机械应力包括安装期间的应力）。因而导线的横截面积、材质（铜或铝等）、绝缘材料都是设计时需要考虑的，可以参照相关书籍手册。1 1、导线的分类、导线的分类 导线一般分为四类，如表2-19所示。1类导线主要用于固定的、不移动的部件之间，但它们也可用于出现极小弯曲的场合,条件是截面积应小于0.5mm2。易遭受频繁运动（如机械工作每小时运动一次）的所有导线，均应采用5或6类绞合软线。 2 2、正常工作时的载流容量、正常工作时的载流容量 一般情况，导线是为铜质的。任何其他材质的导线都应具有承载相同电流的标称截面积,导线最高温度不应超过表2-20规定的值。如果用铝导线,截面积应至少为16mm2。导线和电缆的载流容量由下面两个因素来确定：正常条件下，通过最大可能的稳态电流或间歇负载的热等效均方根值电流时导线的