本科教学课件-数控机床电气控制(完整)

1、机床电器的选用与维护1.11.2Z3040摇臂钻床电气识图1.3电气系统基本环节设计 1.1.1 概 述 1.1.2 主令电器1.1 数控机床常用低压电器及选择 1.1.4 低压断路器 1.1.6 继电器1.1.8 变压器及直流稳压电源 1.1.3 组合开关 1.1.5 接触器 1.1.7 保护电器返 回1.1.1 概 述 对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用的电工器械称电器。 工作在交流电压1200V，或直流电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品叫做低压电器。一、低压电器的分类按用途分类低压电器的分类用于各种控制电路和控制系统的电器，如

2、接触器、继电器等。控制电器用于自动控制系统中发送控制指令的电器，如按钮、行程开关等。主令电器用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。执行电器用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等。保护电器用于电能的输送和分配的电器。如低压断路器、隔离器。配电电器一、低压电器的分类按工作原理分类低压电器的分类依据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器、各种电磁式继电器等。电磁式电器电器的工作是靠外力或某非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器压力继电器、温度继电器等。控制电器二、低压电器的发展方向目前正沿着体积小、重量轻、安全可靠、使用方便的方向发展，大

3、力发展电子化的新型控制电器，如接近开关、光电开关、电子式时间继电器、固态继电器与接触器等以适应控制系统迅速电子化的需要。 返 回1.1.2 主令电器主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器。主要有控制按钮、行程开关、接近开关开关等。一、控制按钮按钮的外形图和结构常用于接通和断开控制电路。(a) 外形图常闭触点常开触点(b) 结构一、控制按钮按钮图形符号和文字符号SBSBSB动合（常开）触头动断（常闭）触头复合触头按钮的选择应根据使用场合、控制电路所需触点数目及按钮颜色等要求选用。 一、控制按钮数控机床上的按钮站一般用：红色表示停止和急停；绿色表示起动；黑色表示点动；蓝色表示复位；另外

4、还有黄、白等颜色，供不同场合使用。二、行程开关作用：用来控制某些机械部件的运动行程和位置或限位保护。结构：行程开关是由操作机构、触点系统和外壳等部分成。分类：按结构分为直杆式旋转式单轮旋转式双轮旋转式二、行程开关 行程开关结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。未撞击撞击(a)外形图(b)示意图二、行程开关行程开关的选择 在选择行程开关时，应根据被控制电路的特点、要求、生产现场条件和触点数量等因素进行考虑。 常用的行程开关有LX19、LX31、LX32、JLXK1等系列产品。符号常开（动合）触点常闭（动断）触点SQSQ三、接近开关接近开关又称无触点行程开关，它是一种非接触型的检测装置。1、作用：

5、可以代替行程开关完成传动装置的位移控制和限位保护，还广泛用于检测零件尺寸、测速和快速自动计数以及加工程序的自动衔接等。2、特点：工作可靠、寿命长、功耗低、重复定位精度高、灵敏度高、频率响应快以及适应恶劣的工作环境等。3、分类：按工作原理分为高频振荡型电容型永久磁铁型霍尔效应型三、接近开关4、高频振荡型接近开关感应头 高频振荡器整形放大器信号输出金属体振荡线圈交变磁场无金属体接近金属体接近振荡器振荡后，在感应头的感应面上产生交变磁场，当金属物体进入高频振荡器的线圈磁场（感应头）时，金属体内部产生涡流损耗，吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以致停振。振荡与停振两种不同的状态，由整形放大器转换成二进制的

6、开关信号，从而达到检测有无金属物的目的。 三、接近开关5、常用接近开关：主要系列产品有LJ2、LJ6、LXJ18和35G等系列。6、接近开关的文字符号及图形符号a)动合触点SQb)动断触点SQ返 回1.1.3 组合开关常用在机床的控制电路中，作为电源的引入开关或是自我控制小容量电动机的直接起动、反转、调速和停止的控制开关等。组合开关有单极、双极和多极之分。组合开关外形图由动触片、静触片、转轴、手柄、凸轮、绝缘杆等部件组成。当转动手柄时，每层的动触片随转轴一起转动，使动触片分别和静触片保持接通和分断。为了使组合开关在分断电流时迅速熄弧，在开关的转轴上装有弹簧，能使开关快速闭合和分断。组合开关的图

7、形符号和文字符号Q（b）三极组合开关的主要参数有额定电压额定电流 有10A、25A、60A等极数Q（a）单极返 回1.1.4、低压断路器低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称自动开关。返 回一、低压断路器的作用及分类作用：用于电动机和其他用电设备的电路中，在正常情况下，它可以分断和接通工作电流；当电路发生过载、短路、失压等故障时，它能自动切断故障电路，有效地保护串接于它后面的电器设备；还可用于不频繁地接通、分断负荷的电路，控制电动机的运行和停止。分类：按结构分为框架式（万能式）塑料外壳式（装置式）二、低压断路器的结构和工作原理锁钩 过流 脱扣器 欠压 脱扣器衔铁连杆装置释放弹簧过载脱

8、扣器二、低压断路器的结构和工作原理触点系统和灭弧装置：用于接通和分断主电路，为了加强灭弧能力，在主触点处装有灭弧装置。 脱扣器是断路器的感测元件，当电路出现故障时，脱扣器收到信号后，经脱扣机构动作，使触点分断。 欠压脱扣器 过电流脱扣器 过载脱扣器脱扣机构和操作机构是断路器的机械传动部件，当脱扣结构接收到信号后由断路器切断电路。三、低压断路器的图形符号和文字符号QF四、低压断路器的主要技术参数额定电压额定电流极数脱扣器型整定电流范围分断能力动作时间等五、低压断路器的选用原则1）根据电气装置的要求确定断路器的类型2）根据对线路的保护要求确定断路器的保护形式3）低压断路器的额定电压和额定电流应大于

9、或等于线路、 设备的正常工作电压和工作电流4）低压断路器的极限通断能力大于或等于电路最大短路电流5）欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压6）过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流返 回1.1.5 接触器一、接触器的用途和分类用途：用来频繁接通和断开电动机或其他负载主电路。是机床电动机主电路中最重要的控制电器。分类：接触器分为交流接触器 直流接触器 二、接触器的结构电磁系统触点系统灭弧装置接触器结构电磁系统电磁系统由铁心衔铁励磁线圈等几部分组成 常用的磁路结构 1-衔铁 2-铁心 3-线圈点接触式: 用于电流不大的场合面接触式:用于电流较大的场合触头系统结构有桥式指式:适合于触头

10、分合次数多、电流大的场合触头分为主触头:用于通断电流较大的主电路。辅助触头:用于通断电流较小的控制电路。灭弧装置作用：用来迅速熄灭主触点在分断电路时所产生的电弧，保护触点不受电弧灼伤，并使分断时间缩短。灭弧措施：（1）机械灭弧（2）磁吹灭弧 （3）窄缝灭弧 （4) 栅片灭弧 栅片灭弧1-熄弧栅片2-触点3-电弧三、接触器的工作原理当接触器的励磁线圈通电后，在衔铁气隙处产生电磁吸力，使衔铁吸合。由于主触点支持件与衔铁固定在一起，衔铁吸合带动主触点也闭合，接通主电路。与此同时，衔铁还带动辅助触电动作，使动合触点闭合，动断触点断开。当线圈断电或电压显著降低时，电磁吸力消失或变小，衔铁在复位弹簧的作用

11、下打开，使主、辅触电恢复到原来的状态，把电路切断。四、交流接触器交流接触器用于远距离控制电压至380V，电流至600A的交流电路，以及频繁起动和控制交流电动机的控制电器。 常用的交流接触器产品，国内有NC3（CJ46）、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2等系列；引进国外技术生产的有B系列、3TB、3TD、LCD等系列。CJ20系列交流接触器的主触点均做成三极，辅助触点则为两动合两动断形式。此系列交流接触器常用于控制笼型电动机的起动和运转。结构示意图 1-动触头 2-静触头 3-衔铁 4-缓冲弹簧 5-电磁线圈 6-铁心 7-垫毡 8触头弹簧 9-灭弧罩 10-触头压力簧片 五、

12、直流接触器直流接触器与交流接触器的工作原理相同。结构也基本相同，不同之处是，铁心线圈通以直流电，不会产生涡流和磁滞损耗，所以不发热。为方便加工，铁心由整块软钢制成。为使线圈散热良好，通常将线圈绕制成长而薄的圆筒型，与铁心直接接触，易于散热。常用的直流接触器有：CZ0、CZ18等系列。 六、接触器的图形和文字符号KMKMKM 线圈 常开（动合）触头 常闭（动断）触头 KM七、接触器的主要技术参数1、额定电压2、主触头额定电流3、辅助触头额定电流4、主触点和辅助触点数目5、吸引线圈额定电压6、接通和分断能力八、接触器的选用1）控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选用直流接触器。2）接触器的

13、使用类别应与负载性质相一致。3）主触点额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。4）主触点的额定电流应大于或等于负载的额定电流。5）吸引线圈电流种类和额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85%及以上时应能可靠吸合。6）接触器的主触点和辅助触点的数量应满足控制系统的要求。 使用类别交流接触器按使用类别分为12种，使用类别代号和相应典型用途举例如下： 使用类别代典型用途举例AC-1无感或微感负载、电阻炉AC-2绕线转子异步电动机的起动、分断AC-3笼型电动机的起动、运转中分断AC-4笼型电动机的起动、反接制动AC-5a控制放电灯的通断AC-5b控制白炽灯的通断AC-6a变压器的通断返

14、 回1.1.6 继电器继电器是一种利用电流、电压、时间、温度等信号的变化来接通或断开所控制的电路，以实现自动控制或完成保护任务的自动电器。一、 中间继电器中间继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别： 接触器的主触点可以通过大电流； 继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于机床的控制电路中。KAKA KA 线圈 常开触头 常闭触头二、时间继电器时间继电器是从得到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后触头才动作的继电器。适用于定时控制。按工作原理分空气阻尼式电磁式电动式电子式等。按延时方式分通电延时型断电延时型数控机床中一般由计算机软件实现时

15、间控制。时间继电器的文字符号和图形符号a)b)c)d)e)f)g)h)i)KTKTKTKTKTKTKTKT一般线圈符号 b) 通电延时线圈 c) 断电延时线圈 d) 延时闭合的动断触点 e) 延时断开的动断触点 f) 延时断开的动合触点 g) 延时闭合的动断触点 h) 瞬时动合触点 i) 瞬时动断触点返 回思考题:条件：延时时间:KT1为2秒，KT2为3秒，SB1按4秒后断开问：SB1按下开始8秒内6个灯亮的情况（以列表形式给出）123456781亮亮亮亮亮亮亮2亮3亮亮4亮亮亮亮亮亮5亮亮亮亮6亮亮亮亮1.1.7 保护电器灭弧器熔断器电压继电电流继电器热继电器热继电器触点接线柱热元件导板触点

16、主电路接线柱电流调节凸轮手动复位按钮(a) 外形(b) 结构热继电器作用及分类热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的保护电器。专门用来对连续运转的电动机进行过载及断相保护，以防电动机过热而烧毁。按相数分为两相热继电器三相热继电器不带断相保护带断相保护热继电器热继电器工作原理：发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其弯曲，推动导板运动，常闭触点断开。热继电器主要参数及常用型号主要参数1.热继电器额定电流：指可以安装的热元件的最大整定电流2.相数3.热元件额定电流：指热元件的最大整定电流。4.整定电流：指长期通过热元件而不引起热继电器动作的最大电流

17、。按电动机额定电流整定。5.调节范围：是指手动调节整定电流的范围。常用的热继电器有JR0、JR14、JR15、JR16、R20等系列。热继电器的基本技术数据可查阅有关资料。热继电器的选择1）根据实际要求确定热继电器的结构类2）根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号、热元件的电流等级和整定电流。a) 热元件 b) 动断触点FR电流继电器根据输入电流大小而动作的继电器。使用时，电流继电器的线圈和被保护的设备串联，其线圈匝数少而线径粗、阻抗小、分压小，不影响电路正常工作。 按用途分为过电流继电器：当电路发生短路及过流时立即切断电路欠电流继电器：当电路电流过低时立即切断电路IKIIKIa)过电流继电

18、器线圈 b)欠电流继电器线圈 c)动合触点 d)动断触点电压继电器根据输入电压大小而动作的继电器。使用时，电压继电器的线圈与负载并联，其线圈匝数多而线径细。电压继电器分过电压继电器：起过电压保护作用欠电压继电器：起欠电压保护作用零电压继电器：起零电压保护作用UKVUKVa)过电压继电器线圈 b)欠电压继电器线圈 c)动合触点 d)动断触点熔断器用于低压线路中的短路保护。常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。FU熔断器的选择1.根据线路的要求、使用场合和安装条件选择熔断器类型。2.熔断器额定电压应大于或等于线路的工作电压。3.熔断器额定电流应大于或等于所装熔体的额

19、定电流。4.熔体额定电流的选择1）电路上、下两级都装设熔断器时，为使两级保护相互配合良好，两极熔体额定电流的比值不小于1.6 ：1。2）用于电炉、照明等电阻性负载的短路保护，熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流。3）保护一台异步电动机时，考虑电动机冲击电流的影响，熔体的额定电流按下式计算： IfN（1.52.5）IN 式中：IfN-熔体额定电流；IN-电动机额定电流4）保护多台异步电动机时，若各台电动机不同时起动，则应按下式计算：IfN（1.52.5）INmax+ IN灭弧器(阻容吸收装置）用途：消除交流电路中感性负载如：接触器等通断操作中的接点火花干扰。结构：由一个电阻和一个电容串联而成

20、。分类：分为单相和三相。RCRCRCRCRC返 回1.1.8 变压器及直流稳压电源变压器直流稳压电源变压器作用：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。1、机床控制变压器 适用于50HZ60HZ，输入电压不超过交流600V的电路，常作为各类机床机械设备中一般电器的控制电源和步进电动机驱动器，局部照明及指示灯的电源。2、三相变压器 在三相交流系统中，三相电压的变换一般采用三相变压器来实现。 在数控机床中三相变压器主要是给伺服系统供电。 变压器TT单相变压器三相变压器3、变压器的选择机床常用控制变压器型号有：JBK系列，BK系列等。变压器主要参数有：初级电压；次级电压。1）根据实际

21、负载情况选择初级额定电压U1，再选择次级额定电压U2，U3。2）根据实际负载情况，确定各次级绕组额定电流I1、I2，一般绕组的额定输出电流应大于或等于额定负载电流。3）次级额定容量由总容量确定。总容量算法：P2=U2I2+U3I3+U4I4+变压器直流稳压电源功能：将非稳定交流电源变成稳定直流电源。在数控机床电气控制系统中，为驱动器控制单元，直流继电器，信号指示灯等提供直流电源。 数控机床中主要使用开关电源一体化电源 -VC图形符号及文字符号：1、开关电源被称作高效节能电源。GZM-U40型开关电源的外观图。主要参数：输入AC电压；输入频率；冷态冲击电流；保护方式；启动上升保持时间；安全标准；

22、输出电压调整；纹波噪声；效率等。 直流稳压电源直流稳压电源2、一体化电源是采用外壳传导冷却方式的AC/DC开关电源。4NIC系列电源的型号含义：外形图：输出功率上限4NICK 22000输出功率下限开关电源集成一体化3、直流稳压电源的选择选择时主要考虑：电源的输出功率，输出路数。电源的尺寸。电源的安装方式和安装孔位。电源的冷却方式。电源在系统中的位置及走线。环境条件。绝缘强度。电磁兼容性。直流稳压电源返 回 1.2.1 电气原理图 1.2.2 电器元件布置图1.2 Z3040摇臂钻床电气识图返 回 1.2.3 电气安装接线图 1.2.4 电气识图方法与步骤 1.2.5 Z3040摇臂钻床电气识

23、图1.2.1 电气原理图电气控制系统图：指根据国家电气制图标准，用规定的电气符号、图线来表示系统中各电气设备、装置、元器件的连接关系的电气工程图。电气控制系统图包括：1、电气原理图2、电器元件布置图3、电气安装接线图电气原理图：表示电流从电源到负载的传送情况和各电气元件的动作原理及相互关系，而不考虑各电器元件实际安装的位置和实际连线情况。一、文字符号和图形符号1、文字符号 用来表示电气设备、装置、元器件的名称、功能、状态和特征的字符代码。例如， FR表示热继电器。2、图形符号 用来表示一台设备或概念的图形、标记或字符。例如，“”表示交流，表示电阻等。 国家电气图用符号标准GB/T4728规定了

24、电气简图中图形符号的画法，该标准及国家电气制图标准GB/T6988于1997年1月1日正式开始执行。二、电气原理图绘制原则主电路用粗线条画在左边；控制电路用细线条画在右边 。电器元件，采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。需要测试和拆、接外部引线的端子，应用图形符号“空心圆”表示。电路的连接点用“实心圆”表示。同一电器元件的各部件可不画在一起，但文字符号要相同。若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字符号的下标，如KM1、KM2等。所有按钮、触点均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。控制电路的分支电路，原则上按动作顺序和信号流自上而下或自左至右的原则绘制。二、电气原理图绘制

25、原则电路图应按主电路、控制电路、照明电路、信号电路分开绘制。直流和单相电源电路用水平线画出，一般画在图样上方，相序自上而下排列。中性线（N）和保护接地线（PE）放在相线之下。主电路与电源电路垂直画出。控制电路与信号电路垂直画在两条水平电源线之间。耗电元件（如电器的线圈，电磁铁，信号灯等）直接与下方水平线连接。控制触点连接在上方水平线与耗电元件之间。当图形垂直放置时，各元器件触点图形符号以“左开右闭”绘制。当图形为水平放置时以“上闭下开” 绘制。电气原理图三、图区的划分在图样的下方沿横坐标方向划分图区，并用数字编号。同时在图样的上方沿横坐标方向划区，分别标明该区电路的功能。四、符号位置的索引元件

26、的相关触点位置的索引用图号、页次和区号组合表示。 图 0 8 / 26 / B 2图区行号，列号（无行号时只写列号）页次（仅一页时可省略）图号（只有一个多页图样时，可省略）四、符号位置的索引接触器和继电器的触点位置可采用附图的方式表示。 左栏 中栏 右栏主触点的图区号辅助动合触点的图区 号辅助动断触点的图区 号接触器各栏的含义：继电器各栏的含义：左栏 右栏动合触点的图区号动断触点的图区 号五、主电路各接点标记三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标记。电源开关之后的分别按U、V、W顺序标记。分级三相交流电源主电路可采用1U、1V、1W；2U、2V、2W等。各电动机分支电路各接点可采用三相文字代

27、号后面加数字来表示如：U11、 U21等，数字中的十位数字表示电动机代号，个位数字表示该支路的接点代号。控制电路采用阿拉伯数字编号，一般由三位或三位以下的数字组成 返 回1.2.2、电器元件布置图电器元件布置图详细绘制出电气设备、零件的安装位置。图中各电器代号应与有关电路和电器清单上所有元器件代号相同。返 回1.2.3 安装接线图安装接线图是用来表明电气设备各单元之间的接线关系。图中表明了电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接，是实际安装接线的依据。返 回1.2.4 电气识图方法与步骤 识图方法识图步骤识图方法1、结合电工基础知识识图 在掌握电工基础知识的基础上，准确、迅速地识别电气图

28、。如改变电动机电源相序，即可改变其的旋转方向的控制。2、结合典型电路识图 典型电路就是常见的基本电路，如电动机的起动、制动、顺序控制等。不管多复杂的电路，几乎都是由若干基本电路组成的。因此，熟悉各种典型电路，是看懂较复杂电气图的基础。3、结合制图要求识图 在绘制电气图时，为了加强图纸的规范性、通用性和示意性，必须遵循一些规则和要求，利用这些制图的知识能够准确地识图。识图步骤1、准备：了解生产过程和工艺对电路提出的要求；了解各种用电设备和控制电器的位置及用途；了解图中的图形符号及文字符号的意义。2、主电路：首先要仔细看一遍电气图，弄清电路的性质，是交流电路还是直流电路。然后从主电路入手，根据各元

29、器件的组合判断电动机的工作状可。如电动机的起停、正反转等。3、控制电路:：分析完主电路后，再分析控制电路，要按动作顺序对每条小回路逐一分析研究，然后再全面分析各条回路间的联系和制约关系，要特别注意与机械、液压部件的动作关系。4、最后阅读保护、照明、信号指示、检测等部分。返 回1.2.5 Z3040摇臂钻床电气识图Z3040摇臂钻床控制电路任务要求指出电气控制原理图中图形、文字符号分别代表哪种电器使用了哪些电气保护环节，由哪些电器组成画出接触器、继电器线圈下方的触头图形符号及相应触头的索引代号分析Z3040摇臂钻床的摇臂升降控制过程。摇臂钻床电气控制系统控制要求：1、主轴的控制 主轴由机械摩擦片

30、式离合器实现正转、反转及调速的控制 。2、摇臂升降过程： 放松升/降夹紧 a . 摇臂在完全放松状态下压下放松位置开关SQ2； b. 做升/降运动； c.升降完毕与夹紧之间加入13S的时间延时，以克服惯性； d.升降完毕后，做夹紧运动，完全夹紧，压下夹紧位置开关SQ3，摇臂升降过程结束。位置开关SQ1 、SQ6用于升降限位保护。3、工作状态指示 HL1、HL2用于主轴箱和立柱的夹紧、放松工作状态指示 HL3用于主轴电动机运转工作状态指示。摇臂钻床电气控制主电路主电动机M1： KM1单向起停控制。摇臂升降M2： KM2、KM3，正反转控制。液压泵机M3： KM4、KM5，正、反转（夹/松）控制。

31、冷却泵M4： 组合开关SA1单向手动 控制。图3-1-11.3.2.3摇臂钻床电气控制电路主电动机控制 SB1、SB2、KM1构成主轴电动机的起停控制电路，HL3用作运行指示。摇臂上升过程分析（夹紧时压下SQ3 ）: 按下SB3KT通电电磁阀YA线圈通电、KM4线圈通电 液压泵电机M3正转、压力油进入摇臂夹紧油缸右腔 摇臂松开压下Q2KM4线圈断电M3停止放松（此时SQ3恢复为常态，YA线圈仍通电） 。 压下的Q2 KM2线圈通电摇臂升降电机M2正转摇臂上升升至需要高度时，松开SB3或摇臂压下限位开关SQ1时 KT线圈断电延时、KM2线圈断电M2停止上升 。 KT线圈断电延时13SKM5线圈通

32、电液压泵电机M3反转 摇臂夹紧压下SQ3KM5、YA线圈断电M3停止。夹紧完毕，摇臂上升的全部过程结束。1.3.2.2摇臂钻床电气控制电路主轴箱与立柱,外立柱与内立柱间的夹紧、松开（两者同时进行）：松开：按下SB5KM4线圈通电液压泵电动机M3正转，电磁铁YA线圈不通电，泵入的压力油进入主轴箱和立柱液压缸右腔主轴箱和立柱同时松开 直至位置开关SQ4复位HL1作松开状态指示，此时松开按钮SB5，放松过程结束。夹紧：按下SB6KM5线圈通电液压泵电动机M3反转、YA线圈不通电，泵入的压力油进入主轴箱和立柱液压缸左腔主轴箱和立柱同时夹紧 直至压下位置开关SQ4HL2作夹紧状态指示，此时，松开按钮SB

33、6，夹紧过程结束。画出接触器、继电器线圈下方的触头图形符号及相应触头的索引代号电气控制原理图 1.3.1 笼型异步电动机直接起动控制 1.3.2 笼型异步电动机正反转控制1.3电气控制基本环节设计返 回 1.3.3 笼型异步电动机降压起动控制 1.3.4 笼型异步电动机制动控制 1.3.5 按顺序工作时的联锁控制1.3.1笼型异步电动机直接起动控制点动控制 既能长动又能点动的控制电路连续运转控制点动控制常用于机床主轴或工作台的调整；机床的试车、检修等。L1L2L3KMSBQSKM M 3 FU1FU2点动按钮工作过程：先接通电源开关QS电动机断电停转KM主触头闭合按下SBKM线圈得电松开SBK

34、M线圈断电KM主触头复位电动机M通电起动连续运转控制KMSB1 SB2KMQSKMFR M3 L1L2L3FRFU1FU2短路保护过载保 护起动按钮停止按 钮自锁触 头 保护环节短路保护：FU1、FU2过载保护：FR欠压失压保护：KM自锁环节工作过程：先接通电源开关QS按下SB2KM线圈得电KM主触头闭合 电动机运转KM动合辅助触头闭合自锁按下SB1KM线圈断电电动机停既能长动又能点动的控制电路KMFRSB1KMSB2SB3 按下SB2，KM得电自锁，电动机连续运转。 按下SB1，KM断电，电动机停转 按下点动按钮SB3，KM得电，电动机运转。松开SB3，KM断电，电动机停转。 点动按钮SB3

35、的作用：(1) 使接触器线圈KM通电；(2) 使线圈KM不能自锁。停止按钮复合按钮点动按钮1.3.2 电动机的正反转控制用于机床工作台的前进与后退或主轴的正反转等。由电动机原理可知，只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调，就可改变电动机的转动方向。需要用两个接触器来实现这一要求。当正转接触器工作时，电动机正转；当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任意两根联线对调一下，电动机反转。一、按钮控制的正反转控制电路正转反转电气互锁按钮联锁一、按钮控制的正反转控制电路接触器互锁的正反转控制 完成“正转-停-反转”或“反转-停-正转”的电气控制。 线路的动作原理:合上电源开关QS按SB1反转控制：按

36、SB3正转控制：按SB2 KM1线圈得电KM1自锁触头闭合KM1主触头闭合 KM1互锁触头断开电动机M正转KM1线圈失电电动机M停转KM2线圈得电电动机M反转SB1KM1SB3KM2KM2KM1KM2KM1SB2互锁互锁正转按钮反转按钮按钮接触器联锁的正反转控制可实现“正反停”或“反正停”的操作控制。线路的动作原理按下SB2KM1得电电动机正转正转：按下SB3KM1断电KM2得电反转：电动机反转SB1KM1SB3KM2KM2KM1KM2KM1SB2互锁互锁按钮联锁二、行程开关控制的正反转电路自动往返运动：SQ1 SQ3SQ4 SQ2前进(正转）后退12行程开关挡块到达预定位置挡铁1撞击SQ1按

37、下SB2KM1通电电机正转工作台前进停止正转KM1断电KM2得电电机反转工作台后退SB1KM1SB3KM2KM2KM1SQ2SQ1KM2KM1SB2SQ3SQ4Y -降压起动定子串电阻降压起动1.3.3 笼型异步电动机降压起动控制定子串电阻降压起动按下SB2KM1得电KT得电计时电电动阻机起串动KM2得电电动机全压运行图中电动机由降压起动转为全压运行后KM1和KT均断电，只有KM2得电。按下SB1，电动机停起动停止Y -降压起动（一）三个接触器控制的电路工作原理：按下SB2KM1得电KM3得电KT得电Y起动计时KM3断电 KM2通电 KM1仍得电运行Y接接起动停止Y -降压起动（二）两个接触器

38、控制的电路（练习分析工作原理）1.3.4 笼型异步电动机的制动控制反接制动控制线路能耗制动控制电路反接制动控制线路工作原理：按SB2按SB1KM1通电电动机正转运行KV动合触点闭合KM1断电KM2通电（开始制动）n0,KV复位KM2断电（制动 结束）起动速度继电器停止能耗制动控制电路（1）按时间原则控制的能耗制动线路工作原理：按SB2KM1通电电动机起动按SB1KM1断电KM2通电KT通电能耗制动延时KM2断电（制动结束）停起（2）速度原则控制的可逆运行能耗制动控制线路练习：分析工作过程能耗制动控制电路1.3.5 按顺序工作时的联锁控制 能耗制动控制电路工作原理：按下SB2KM1得电M1起动按

39、下SB4按下SB1KM1断电KM2断电M1；M2均停KM2得电M2起动按下SB3KM2断电M2停先起后起总停M2 停欢迎使用本课件谢谢！数控系统结构认识2.12.2自动控制系统分析 2.1.1认识数控机床 2.1.2 熟悉数控系统2.1 数控系统结构认识 2.1.3 理解轮廓插补返 回2.1.1 认识数控机床2.1.1 认识数控机床1相关术语数字控制（Numerical Control NC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。数控技术（Numerical Control Technology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动

40、控制的技术。数控机床（Numerical Control Machine Tools） 是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。它是数控技术典型应用的例子。数控系统（Numerical Control System）是实现数字控制的装置。计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）是以计算机为核心的数控系统。 2数字控制与顺序控制顺序控制：控制计算机只能控制各种自动加工动作的先后顺序，而不对运动部件的轨迹、位移量和速度进行控制。运动轨迹、位移量只能靠预先调整好的凸轮、靠模、档块、调整限位开关等方式实现。数字控制：控制计算机不仅用数字控制各种

41、动作的先后顺序，而且用数字控制各运动部件的轨迹、位移量和速度。2.1.1 认识数控机床数控机床的特点优点：1）能够适用于复杂零件的加工2）高精度3）加工稳定可靠4）高柔性5）高生产率6）劳动条件好7）有利于管理现代化缺点：1）投资大，使用费用高2）生产准备工作复杂3）维修困难2.1.1 认识数控机床数控机床的适用范围1批量小而又多次重复生产的零件； 2几何形状复杂的零件；3贵重零件加工；4需要全部检验的零件； 5试制件。2.1.1 认识数控机床数控机床的组成2.1.1 认识数控机床1、操作面板2控制介质与输入输出设备3数控装置2.1.1 认识数控机床5PLC、机床I/O电路和装置6机床4伺服系

42、统2.1.1 认识数控机床数控机床的工作原理2.1.2 熟悉数控机床数控机床控制系统是由数据输入 / 输出装置、数控装置、进给伺服驱动装置、主轴伺服驱动装置、可编程接口以及检测装置组成的一个完整系统等。其中数控装置是数控机床控制系统的核心部分，处理数控加工信息（几何信息、工艺信息、辅助信息等）。2.1.2 熟悉数控机床数控机床控制系统是由数据输入 / 输出装置、数控装置、进给伺服驱动装置、主轴伺服驱动装置、可编程接口以及检测装置组成的一个完整系统等。其中数控装置是数控机床控制系统的核心部分，处理数控加工信息（几何信息、工艺信息、辅助信息等）。2.1.2 熟悉数控机床 CNC 装置的硬件组成 计

43、算机（微机）：数控装置的核心 接口：是数控装置中 CPU 与键盘、显示器、伺服机构、机床强电柜以及外部设备通信的重要部件。1、 计算机部分 ：由中央处理单元、总线、存储器组成。 2 、接口部分：机床控制和外部设备2.1.2 熟悉数控机床 CNC 装置的系统软件软件任务 (Software tasks)：1 、输入 把零件程序经缓冲器到存储器 把存储的程序读入缓冲器 2 、译码 进行代码的识别，及功能代码的翻译 代码识别是指将读入代码按内部码地址的不同进行处理 功能处理是指将代码识别的结果按功能再分类，转入相应的功能子程序 例如： N50 G90 G01 X106. Y-60. F46 M03；

44、 3 、刀补计算 将零件的轮廓轨迹转化为刀具中心的轨迹。 4 、速度预计算： 脉冲增量插补方式下，由控制脉冲源频率来控制坐标轴的进给速度 F （ mm/min ）， （ mm/ 脉冲） ， f （脉冲 / 秒） 数据采样插补方式下，由一个插补周期内的位移给定量控制坐标轴的进给速度 F （ mm/min ）， T （ ms ）， L （ mm ） 5 、插补计算作用是对加工轨迹的细化，实现坐标轴脉冲分配。 6 、位置控制作用：在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电机 。 7 、管理程序管理：数据的输入、处理及切削加工处理主板、时钟信号、故障信号管理为主

45、程序，执行周期较长，实时程序靠中断完成。8 、诊断程序 对系统内的软件、硬件进行诊断，对故障做出相应的报警提示例如：编程、超程、伺服、 PLC 等 2.1.2 熟悉数控机床CNC 装置实例FANUC 0 i 系统为模块化结构1 系统主 CPU （安装在系统主板上） 为 32 位 /64 位微处理器，新系统为奔腾 CPU 。 2 动态存储器 DRAM 模块 系统运行时用来装载系统文件和用户文件。 3 FROM/SRAM 模块 闪存 FROM 用来存储系统文件和用户文件（系统梯形图和宏控制程序）。静态存储器 SRAM 用来存储用户文件。 4 系统 ROM 用来装载系统引导文件。 5 PMC 控制模

46、块 6 显示控制模块 实现显示装置的视频信号和文字信息显示控制。7 主轴控制模块 实现模拟量主轴和串行数字主轴控制。2.1.3 理解轮廓插补1 概述 2 逐点比较法插补 3 数字积分法 4 数据采样插补法 1 概 述 1.1 插补概念 实际加工中零件的轮廓形状是由各种线形(如直线、圆弧、螺旋线、抛物线、自由曲线)构成的。其中最主要的是直线和圆弧。用户在零件加工程序中，一般仅提供描述该线形所必需的相关参数，如对直线，提供其起点和终点；对圆弧，提供起点、终点、顺圆或逆圆、以及圆心相对于起点的位置。为满足零件几何尺寸精度要求，必须在刀具(或工件)运动过程中实时计算出满足线形和进给速度要求的若干中间点

47、(在起点和终点之间)，这就是数控技术中插补(Interpolation)的概念。据此可知，插补就是根据给定进给速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓已知点之间，确定一些中间点的方法，这种方法称为插补方法或插补原理。 插补计算就是对数控系统输入基本数据(如直线的起点和终点，圆弧的起点、终点、圆心坐标等)，运用一定的算法进行计算，并根据计算结果向相应的坐标发出进给指令。对应每一进给指令，机床在相应的坐标方向移动一定的距离，从而将工件加工出所需的轮廓形状。实现这一插补运算的装置称为插补器。控制刀具或工件的运动轨迹是数控机床轮廓控制的核心，无论是硬件数控(NC)系统，还是计算机数控(CNC)系统，都有插补装

48、置。在CNC中，以软件(即程序)插补或者以硬件和软件联合实现插补；而在NC中，则完全由硬件实现插补。无论哪种方式，其插补原理是相同的。 1.2 插补的分类1. 脉冲增量插补脉冲增量插补(又称基准脉冲插补)就是通过向各个运动轴分配脉冲，控制机床坐标轴作相互协调的运动，从而加工出一定形状零件轮廓的算法。显然，这类插补算法的输出是脉冲形式，并且每次进给产生一个单位的行程增量，故称之为脉冲增量插补。而相对于控制系统发出的每个脉冲信号，机床移动部件对应坐标轴的位移大小，称之为脉冲当量，一般用表示。它标志着数控机床的加工精度，对于普通数控机床一般为0.01 mm，对于较精密的数控机床一般为0.005 mm

49、、0.0025 mm或0.001 mm。 一般来讲，脉冲增量插补算法较适合于中等精度(如0.01 mm)和中等速度(13 m/min)的CNC系统中。由于脉冲增量插补误差不大于一个脉冲当量，并且其输出的脉冲速率主要受插补程序所用时间的限制，所以，CNC系统精度与切削速度之间是相互影响的。例如实现某脉冲增量插补算法大约需要30 s的处理时间，当系统脉冲当量为0.001 mm时，则可得单个运动坐标轴的极限速度约为2 m/min。当要求控制两个或两个以上坐标轴时，所获得的轮廓速度还将进一步降低。反之，如果将系统单轴极限速度提高到20 m/min，则要求将脉冲当量增大到0.01 mm。可见，CNC系统

50、中这种制约关系限制了其精度和速度的提高。 2. 数据采样插补数据采样插补是使用一系列首尾相连的微小直线段来逼近给定曲线，由于这些微小直线段是根据程编进给速度，按系统给定的时间间隔来进行分割的，所以又称为“时间分割法”插补。该时间间隔即插补周期()。分割后得到的这些微小直线段对于系统精度而言仍是比较大的，为此，必须进一步进行数据点的密化工作。所以，也称微小直线段的分割过程是粗插补，而后续进一步的密化过程是精插补。 一般情况下，数据采样插补法中的粗插补是由软件实现，并且由于其算法中涉及到一些三角函数和复杂的算术运算，所以，大多数采用高级语言完成。而精插补算法大多采用脉冲增量插补算法，它既可由软件实

51、现也可由硬件实现，由于相应算术运算较简单，所以软件实现时大多采用汇编语言完成。位置控制周期(Tc)是数控系统中伺服位置环的采样控制周期，对于给定的某个数控系统而言，插补周期和位置控制周期是两个固定不变的时间参数。 通常TsTc，并且为了便于系统内部控制软件的处理，当Ts与Tc不相等时，则一般要求Ts是Tc的整数倍。由于插补运算较复杂，处理时间较长，而位置环数字控制算法较简单，处理时间较短，所以，每次插补运算的结果可供位置环多次使用。现假设程编进给速度为F，插补周期为Ts ，则可求得插补分割后的微小直线段长度为(暂不考虑单位)： LFTs 插补周期对系统稳定性没有影响，但对被加工轮廓的轨迹精度有

52、影响，而控制周期对系统稳定性和轮廓误差均有影响，因此，选择Ts是主要从插补精度方面考虑，而选择Tc则从伺服系统的稳定性和动态跟踪误差两方面考虑。按插补周期将零件轮廓轨迹分割为一系列微小直线段，然后将这些微小直线段进一步进行数据密化，将对应的位置增量数据(如、)，再与采样所获得的实际位置反馈值相比较，求得位置跟踪误差。位置伺服软件就根据当前的位置误差计算出进给坐标轴的速度给定值，并将其输送给驱动装置，通过电动机带动丝杠和工作台朝着减少误差的方向运动，以保证整个系统的加工精度。由于这类算法的插补结果不再是单个脉冲，而是一个数字量，所以，这类插补算法适用于以直流或交流伺服电动机作为执行元件的闭环或半

53、闭环数控系统中。 当数控系统选用数据采样插补方法时，由于插补频率较低，大约在50125 Hz，插补周期约为820 ms，这时使用计算机是易于管理和实现的。计算机完全可以满足插补运算及数控加工程序编制、存储、收集运行状态数据、监视机床等其它数控功能。并且，数控系统所能达到的最大轨迹运行速度在10 m/min以上，也就是说数据采样插补程序的运行时间已不再是限制轨迹运行速度的主要因素，其轨迹运行速度的上限将取决于圆弧弦线误差以及伺服系统的动态响应特性。 2 逐点比较法插补 2.1 直线插补运算1. 偏差判别假设加工如图1所示的第一象限的直线OA。取起点为坐标原点O，直线终点坐标A(Xe，Ye)是已知

54、的。M(Xm，Ym)为加工点(动点)，若M在OA直线上，则根据相似三角形的关系可得 图1 逐点比较法直线插补 取FmYmXeXmYe作为直线插补的偏差判别式。 若M点在OA直线上， ，则Fm0；若M点在OA直线上方的M处， ，则Fm0；若M点在OA直线下方的M处， ，则Fm0。 2. 坐标进给(1) Fm0时，规定刀具向X方向前进一步；(2) Fm0时，控制刀具向X方向前进一步；(3) Fm0时，控制刀具向Y方向前进一步。刀具每走一步后，将刀具新的坐标值代入函数式FmYmXeXmYe，求出新的Fm值，以确定下一步进给方向。 3偏差计算 设在某加工点处，有Fm0时，为了逼近给定轨迹，应沿X方向进

55、给一步，走一步后新的坐标值为 Xm+1Xm+1, Ym+1Ym 新的偏差为 Fm+1Ym+1XeXm+1YeFmYe 若Fm0时，为了逼近给定轨迹，应向Y方向进给一步，走一步后新的坐标值为 Xm+1Xm, Ym+1Ym 1 新的偏差为 Fm+1FmXe 4. 终点判别法逐点比较法的终点判断有多种方法，下面主要介绍两种：(1) 第一种方法。设置X、Y两个减法计数器，加工开始前，在X、Y计数器中分别存入终点坐标Xe、Ye，在X坐标(或Y坐标)进给一步时，就在X计数器(或Y计数器)中减去1，直到这两个计数器中的数都减到零时，便到达终点。(2) 第二种方法。用一个终点计数器，寄存X和Y两个坐标，从起点

56、到达终点的总步数；X、Y坐标每进一步，减去1，直到为零时，就到了终点。 2.2 不同象限的直线插补计算上面讨论的为第一象限的直线插补计算方法，其它三个象限的直线插补计算法，可以用相同的原理获得，表1列出了四个象限的直线插补时的偏差计算公式和进给脉冲方向，计算时，公式中Xe，Ye均用绝对值。 表1 四个象限的直线插补计算 2.3 逐点比较法硬件和软件实现方法 1. 硬件实现 逐点比较法插补最早是在硬件数控系统中使用数字逻辑电路来实现，而后来的CNC系统中基本上都是采用软件来模拟硬件实现。但硬件插补速度快，若采用大规模集成电路制作的插补芯片，可靠性高。最近几年，国外一些数控系统中采用一种大规模的数

57、字电路现场可编程逻辑门阵列(Field Programming Gate Array缩写为FPGA)来实现该插补功能，从而克服了原来硬件插补线路灵活性差的缺点，同时保留了硬件电路处理速度快的优点。 图2 逐点比较法直线插补硬件逻辑框图图中JX、JY和JF为三个移位寄存器，分别存放X轴终点坐标值Xe；Y轴终点坐标值Ye；以及每次偏差计算的结果。而J是个减法寄存器，存放加工过程中两坐标轴所走总步数。Q为一个全加器，Tc是进位触发器，MF为控制进给速度的可变频脉冲发生器，而加工进给速度F是根据被加工零件的工艺要求等确定的，进而也就决定了MF的脉冲频率fMF变化范围。反过来利用fMF又可精确控制进给速

58、度，它们之间的关系式为式中F为加工进给速度(mm/min)；fMF为脉冲源频率(Hz)；为脉冲当量(mm/脉冲)。 插补开始前，根据数控加工程序提供的有关信息，对电路各部分进行初始化，内容有：XeJX，Ye补Jy，|Xe|Ye|J，清零JF、DC、T，置位TG，设置频率fMFF /(60)，为插补运算做好准备工作。在插补逻辑图中，MF每发出一个脉冲，对应完成一次插补运算。当上述插补初始化完成后，运算控制信号使运算开关TG触发器置1(即Q1)，打开了与门Y0，从而使MF发出的脉冲经与门Y0到达时序脉冲发生器M，经M产生四个先后顺序的脉冲系列t1、t2、t3和t4，并按此顺序去依次完成一次插补运算

59、过程中的四个工作节拍，即偏差判别、坐标进给、偏差计算和终点判别。 2. 软件实现逐点比较法软件实现实际上就是利用软件来模拟插补的整个过程，软件插补灵活可靠，但速度较硬件慢。根据插补的四个节拍，可设计出逐点比较法第一象限直线插补的软件流程，如图3所示。 图3 第一象限逐点比较法直线插补的运算流程 例5-1 设欲加工第一象限直线OE，终点坐标为Xe4，Ye3，用逐点比较法进行插补。 解：总步数 437 开始时刀具在直线起点，即在直线上，故F00，插补运算过程如表2所示，插补轨迹如图4所示。 表2 直线插补的运算过程 图4 直线插补轨迹 图5 逐点比较法圆弧插补 2.4 圆弧插补计算原理1. 基本原

60、理下面以第一象限逆圆为例讨论逐点比较法圆弧插补。如图5-5所示，设需要加工圆弧AB，圆弧的圆心在坐标系原点，已知圆弧的起点为A(X0，Y0)，终点为B(Xe，Ye)，圆弧半径为R。令瞬时加工点为M(Xm，Ym)，它与圆心的距离为Rm 。比较Rm和R反映加工偏差。 因此，可得圆弧偏差判别式如下： 若Fm0，表明加工点M在圆弧上； Fm 0，表明加工点M在圆弧外； Fm 0，表明加工点M在圆弧内。 设加工点正处于M(Xm，Ym)点，若Fm0，对于第一象限的逆圆，为了逼近圆弧，应沿X方向进给一步，到m1点，其坐标值为Xm1 Xm1，Ym1Ym。新加工点的偏差为 若Fm0，为了逼近圆弧，应沿Y方向进给