数控机床电气控制

（1）机床常用电器特点、原理及选用（2）机床控制线路的基本环节的分析方法（3）典型普通机床电气控制线路的特点与原理（4）机床电气控制线路的设计方法和步骤（5）可编程序控制器的工作原理（6）可编程序控制器的指令与实际应用（7）数控系统与伺服驱动系统的原理（8）典型数控机床电气控制系统的原理本课程主要的知识点：

（1）正确选用机床常用电器的能力（2）分析机床控制电路基本环节的能力（3）具有对不太复杂的机床控制电路的设计能力（4）分析可编程控制器的工作原理的能力（5）能根据生产工艺过程和控制要求正确编制PLC程序的能力（6）分析数控机床电气控制系统的能力学习本课程应达到的能力：第一节机床常用电器的选择（课时4）第二节机床电气原理图的画法及阅读方法（课时1）第三节三相异步电动机的起动（课时2）第四节三相异步电动机的运行（课时1）第五节三相异步电动机的制动（课时1）第六节电动机保护（课时1）第一章机床控制线路的基本环节

(1)常用的工厂控制电器，一些基本工厂控制电路。(2)控制线路的基本环节的工作原理、分析方法。学习内容：

(1)了解常用的控制电器的工作原理。(2)了解常开触点、常闭触点和线圈的概念。(3)了解基本控制电路的工作原理。教学要求：

通过本章的学习，要求读者具有正确选用机床常用电器的能力、分析机床控制电路基本环节的能力和看懂电气控制原理图的能力。

本章的能力要求:

第一节

机床常用电器的选择一、开关电器

1.刀开关主要用于接通和切断长期工作设备的电源及不经常起动及制动、容量小于7.5kW的异步电动机。刀开关分单极、双极和三极。刀开关在电气原理图中的图形及文字符号如图所示。

（1）其额定电流要大于电动机额定电流的三倍。

（2）根据电源种类、电压等级、所需级数及使用场合。刀开关选择：目前生产的产品常用型号系列有HD和HS等。2．组合开关

在机床电气控制中主要用作电源开关，不带负载接通或断开电源，供转换之用；也可以直接控制5kW以下的异步电动机的起动、停止等，组合开关不适于频繁操作的场所使用。开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5～2.5倍。分别装在多层绝缘件内的动静触片组成，动触片装在带有手柄的轴上，手柄沿任一方向每转动一定角度，触片便轮流接通或分断。

组合开关关的图形形符号和和文字符符号如图图所示。。主要根据据电源种种类、电电压等级级、所需需触头数数及电动动机容量量进行选选用。组合开关关的常用用产品有有HZ5、HZ10系列。3．低压断断路器(自动空气气开关)它常作为为不频繁繁接通和和断开电电路的总总电源开开关或部部分电路路的电源源开关，，当发生生过载、、短路或或欠压故故障时能能自动切切断电路路，有效效地保护护串接在在它后面面的电器器设备。。(1)塑料外壳壳式断路路器机床常用用的DZl0、DZl5、DZ5－20、DZ5－50等系列塑塑料外壳壳式断路路器（以以下简称称断路器器），适适用于交交流电压压500V以下和直直流电压压220V以下的电电路，作作不频繁繁地接通通和断开开电路用用。(2)小型断路路器小型断路路器主要要用于照照明配电电系统和和控制回回路。机机床常用用DZ30－32、DZ47－60等系列的的小型断断路器。。其主要用用于交流流50Hz/60Hz，单极230V，二、三、、四极400V线路的过过载、短短路保护护，同时时也可以以在正常常情况下下不频繁繁地通断断电器装置置和照明明线路。。低压断路路器电气气图形及及文字符符号如图图所示。。1）额定电电压和额额定电流流应不小小于电路路的正常常工作电电压和工工作电流流。2）各脱扣扣器的整整定：①热脱扣扣器的整整定电流流应与所所控制的的电动机机的额定定电流或或负载额额定电流流相等；；②失压脱脱扣器的的额定电电压等于于主电路路额定电电压；③电流脱脱扣器（（过电流流脱扣器器）的整整定电流流应大于于负载正正常工作作时的尖尖峰电流流，对于于电机负负载，通通常按起起动电流流的1.7倍整定。。低压断路路器的选选择：二、主令令电器控制系统统中，主主令电器器是一种种专门发发布命令令、直接接或通过过电磁式式电器间间接作用用于控制制电路的的电器，，常用来来控制电电力拖动动系统中中电动机机的起动动、停车车、调速速及制动动等。常用的有有控制按按钮、限限位开关关、万能能转换开开关等。。1．控制按按钮在控制电路路中发出出手动指指令远距距离控制制其他电电器，再再由其他他电器去去控制主主电路或或转移各各种信号号，也可可以直接接用来转转换信号号电路和和电器联锁电路路等。按钮是一一种常用用的手动动控制电电器，用用来发出出信号和和接通或或断开控控制电路路。每个按钮钮中触点点的形式式和数量量可按需需要装配配成1常常开、1常闭到到6常开开、6常常闭形式式。指示灯按按钮内可可装入信信号灯显显示信号号，紧急急式按按钮装有有蘑菇形形钮帽，，以便于于紧急操操作；另另外，还还有旋钮钮式、钥钥匙式按按钮。一般使用用时用红红色表示示停止按按钮，绿绿色表示示起动按按钮。常用的按按钮种类类有LA2、LA18、LA19、LA20、LA25等系列。。结构示意意按钮的图图文符号号按钮图形和文文字符号号如图所所示。按钮选择择的主要要依据是是使用场场所、所所需要的的触头数数量、种种类及颜颜色。2.限位开关关限位开关关又称位位置开关关，其作作用是将将机械位位移转换换成电信信号，使使电动机机运行状状态发生生改变，，即按一一定行程程自动停停车、反反转、变变速或循循环。用用来控制制机械运运动或实实现安全全保护。。限位开关关的图形形符号和和文字符符号如图图所示。。目前国内内生产的的限位开开关有LXK3、3SE3、LX19、LX32、JL33等系列。。其中，，3SE3系列为引引进西门门子公司司技术生生产的，，该系列列开关额额定电压压为500V，额定电电流为10A。在实际应应用中，，限位开开关的选选择主要要从以下下几方面面考虑：：1)根据机械械位置对对开关的的要求；；2)根据控制制对象对对开关触触点数目目的要求求。接近开关关(无触点式式限位开开关)有一对常常开、常常闭触头头。它不不仅能代代替有触触头限位位开关来来完成行行程控制制和限位位保护，，还可以以用于高高频记数数、测速速、液面面控制、、零件尺尺寸检测测、加工工程序的的自动衔衔接等场场合。接近开关关图形与与文字符符号如图图所示。。其主要系系列型号号有LJ2、LJ6、LXJ6、XJ18和3SG、LXT3等。接近开关关的选用用主要从从以下几几方面考考虑：1)因价格高高，仅用用于工作作频率高高，可靠靠性及精精度要求求均较高高的场合合。2)按动作距距离要求求选择型型号、规规格。3．万能转转换开关关万能转换换开关是是一种多多档式、、控制多多回路的的主令电电器。广广泛应用用于各种种配电装装置的电电源隔离离、电路路转换、、电动机机远距离离控制等等，也常常作为电电压表、、电流表表的换相相开关，，还可用用于控制制小容量量的电动动机。常用万能能转换开关关有LW5和LW6系列。脚踏开关关是一种种特定形形式的微微动开关关，它是是将脚踏踏板和微微动开关关组合在在一起的的控制电电器。脚脚踏开关关电气图图形及文文字符号号如图所所示。4.脚踏开关关三、熔断断器当电路发发生短路路或严重重过载时时，熔断断器的熔熔体自身身发热而而熔断，，从而分分断电路路的电器器。熔断断器主要要用于短短路保护护。熔断器一一般由熔熔体和底底座等组组成。熔断器的的类型分分为瓷插插（插入入）式、、螺旋式式和封闭闭管式三三种。熔断器的的图形符符号及文文字符号号如图所所示。选择熔断断器时主主要是选选择熔断断器的类类型、额额定电压压、额定定电流及及熔体的的额定电电流。熔断器的的额定电电压必须须等于或或高于熔熔断器工工作的电电路额定定电压，，额定电电流必须须等于或或高于熔熔断器工工作的电电路额定定电流。。电路保护护用熔断断器熔体体的额定定电流，，基本上上可按电电路的额额定负载载电流来来选择。。电动机回回路中作作短路保保护时，，对于单台直接接起动电电动机，，应按下下式计算算：Ifu=（1.5～2.5）INIIN——电动机的的额定电电流。对于多台台直接起起动电动动机，应应按下式式计算：：Ifu=（1.5～2.5）Inmax+∑ININmax——功率最大大的一台台电动机机额定电电流。∑IN———其余余电电动动机机额额定定电电流流之之和和。。四、、接接触触器器接触触器器是是一一种种用用途途极极为为广广泛泛的的自自动动控控制制电电器器，，主主要要用用于于接接通通或或切切断断交交直直流流电动动机机的主主电电路路或或大大容容量量控控制制电电路路，，也也经经常常用用于于控控制制其其他他电电器器。接触触器器可可以以频频繁繁地地操操作作，，而而且且性性能能比比较较稳稳定定。。接触触器器种种类类分分为为直直流流、、交交流流两两种种，，机机床床上上应应用用最最多多的的是是交交流流接接触触器器。。目目前前我我国国常常用用的的交交流流接接触触器器主主要要有有：：CJ20、、CJX1、、CJX2、、CJ12和和CJ10等等系系列列，，引引进进德德国国BBC公公司司制制造造技技术术生生产产的的B系系列列，，德德国国SIEMENS公公司司的的3TB系系列列等等。。接触触器器是是利利用用电电磁磁吸吸力力的的原原理理工工作作的的，，主主要要由由电电磁磁机机构构和和触触头头系系统统组组成成。。电电磁磁机机构构通通常常包包括括吸吸引引线线圈圈、、铁铁芯芯和和衔衔铁铁三三部部分分。。接触触器器的的图图形形符符号号及及文文字字符符号号如如图图所所示示。。选择择交交流流接接触触器器时时主主要要考考虑虑主主触触点点的的额额定定电电压压、、额额定定电电流流、、辅辅助助触触点点的的数数量量与与种种类类、、吸吸引引线线圈圈的的电电压压等等级级、、操操作作频频率率等等。。

PNIC=K=1～1.4

KUN

交流流接接触触器器的的额额定定电电压压（（指指主主触触点点的的额额定定电电压压））一一般般为为500V或380V两种种，，应应大大于于或或等等于于负负载载电电路路的的电电压压。。接触触器器线线圈圈的的电电流流种种类类（（交交流流和和直直流流两两种种））和和电电压压等等级级应应与与控控制制电电路路相相同同。。触点点数数量量和和种种类类应应满满足足主主电电路路和和控控制制电电路路的的要要求求。接触触器器的的额额定定电电流流（（指指主主触触点点的的额额定定电电流流））应应大大于于或或等等于于被被控控回回路路的的额额定定电电流流。。五、、继继电电器器继电电器器是是一一种种根根据据电电量量参参数数（（电电压压、、电电流流））或或非非电电量量参参数数（（时时间间、、温温度度、、压压力力等等））的的变变化化自自动动接接通通或或断断开开控控制制电电路路，，以以完完成成控控制制或或保保护护任任务务的的电电器器。。中间间继继电电器器其其主主要要用用途途是是当当其其他他电电器器的的触触点点数数量量或或触触点点容容量量不不够够时时，，可可借借助助中中间间继继电电器器来来增增加加它它们们的的触触点点数数量量或或触触点点容容量量，，起起到到中中间间信信号号的的转转换换和和放放大大作作用用。。中间间继继电电器器的的图图形形符符号号和和文文字字符符号号如如图图所所示示。。1.中间间继继电电器器常用用的的中间间继继电电器器有有JZ7、JZ8等系系列列。。适适用用于于交交流流电电压压380V、电电流流5A以下下的的控控制制电电路路。。中间间继继电电器器主主要要依依据据被被控控制制电电路路的的电电压压等等级级，，触触点点的的数数量量、、种种类类及及容容量量来来选选用用。。2．时时间间继继电电器器从得得到到输输入入信信号号起起，，需需经经过过一一定定的的延延时时后后才才能能输输出出信信号号的的继继电电器器称称为为时时间间继继电电器器。。时间间继继电电器器有有通通电电延延时时型型和和断断电电延延时时型型两两种种。。通通电电延延时时时时间间继继电电器器是是线线圈圈通通电电，，触触点点延延时时动动作作；；断断电电延延时时时时间间继继电电器器是是线线圈圈断断电电，，触触点点延延时时动动作作。。时间间继继电电器器的的图图形形符符号号和和文文字字符符号号如如图图所所示示。。选择择时时应应考考虑虑：：延时时触触点点的的延延时时方方式式、、数数目目。。3．热热继继电电器器利用用电流流的的热热效效应应来来切切断断电电路路的的保保护护电电器器。。热继继电电器器的的图图形形符符号号和和文文字字符符号号如如图图所所示示。。热继继电电器器由由于于其其热热惯惯性性，，当当电电路路短短路路时时不不能能立立即即动动作作切切断断电电路路。。因因此此，，不不能能用用作作短短路路保保护护。。常用用的的热热继继电电器器有有JR0、JR10系列列。。热继继电电器器的的整整定定电电流流一一般般应应调调节节到到与与电电动动机机额额定定电电流流相相等等，，以以便便更更好好地地起起到到过过载载保保护护作作用用。。当热热继继电电器器通通过过的的电电流流为为其其整整定定电电流流的的20％时时，，在在一一定定时时间间动动作作。。4．速速度度继继电电器器速度度继继电电器器又又称称为为反反接接制制动动继继电电器器。。它它主主要要用用于于笼笼型型异异步步电电动动机机的的反反接接制制动动控控制制电电路路中中，，当当反反接接制制动动的的转转速速下下降降到到接接近近零零时时能能自自动动地地及及时时切切断断电电源源。。速度度继继电电器器的的图图形形符符号号和和文文字字符符号号如如图图所所示示。。机床上常用的的速度继电器有JY1型和JFZ0型两种。六、控制变压压器变压器是一种种将某一数值值的交流电压压变换成频率率相同但数值值不同的交流流电压的静止止电器。变压器的选择择是依据变压压器的额定值值P=KΣPiK=1.1～1.25七、直流稳压压电源（开关关电源）选择开关电源源时需要考虑虑电源的输出出电压路数、、电源的尺寸寸、环境条件件等条件。直流稳压电源源的功能是将将非稳定交流流电源变成稳稳定直流电源源。第二节机机床电气原理理图的画法及及阅读方法一、电气原理理图的画法电气原理图是是为了便于阅阅读和分析控控制线路，根根据简单清晰晰的原则，采采用电气元件件展开的形式式绘制成的表表示电气控制制线路工作原原理的图形。。把各元件按按接线顺序用用符号展开在在平面图上，，用直线将各各元件连接起起来。1.绘制电气原理理图的基本规规则1）电气原理图图一般分为主主电路、控制制电路、辅助助电路，主电电路就是从电电源到电动机机绕组的大电电流通过的路路径，控制电电路是由接触触器、继电器器的吸引线圈圈和辅助触点点以及热继电电器、按钮的的触点等组成成，辅助电路路包括照明灯灯、信号灯等等电器元件。。控制电路、、辅助电路中中通过的电流流较小。一般般主电路用粗粗实线表示，，画在左边（（或上部）；；辅助电路用用细实线表示示，画在右边边（或下部））。2）在原理图中，，各电器元件件不画实际的的外形图，而而采用国家规规定的统一标标准来画，文文字符号也要要符合国家标标准。属于同同一电器的线线圈和触点，，都要用同一一文字符号表表示。当使用用相同类型电电器时，可在在文字符号后后加注阿拉伯伯数字序号来来区分。3）同一电器的的各个部件可可以不画在一一起，但必须须采用同一文文字符号标明明。若有多个个同一种类的的电器元件，，可在文字符符号后加上数数字序号，如如KM1、KM2。4）元器件和设设备的可动部部分在图中通通常均以自然然状态画出。。所谓自然状状态是指各种种电器在没有有通电和外力力作用时的状状态。对于接接触器、电磁磁式继电器等等是指其线圈圈未加电压，，而对于按钮钮、限位开关关等，则是指指其尚未被压压合。5）在原理图中中，有直接电电联系的交叉叉导线的连接接点，要用黑黑圆点表示。。无直接电联联系的交叉导导线，交叉处处不能画黑圆圆点。6）在原理图中中，无论是主主电路还是辅辅助电路，各各电气元件一一般应按动作作顺序从上到到下，从左到到右依次排列列，可水平布布置或垂直布布置。2.图面区域的划划分图面分区时，，竖边从上到到下用拉丁字字母，横边从从左到右用阿阿拉伯数字分分别编号。分分区代号用该该区域的字母母和数字表示示。图区横向向编号下方的的“电源开关关及保护”……等字样，表明明它对应的下下方元件或电电路的功能，，以便于理解解全电路的工工作原理。3.符号位置的索索引图号

页次图区号在较复杂的电电气原理图中中，对继电器器、接触器的的线圈的文字字符号下方要要标注其触点点位置的索引引；而在触点点文字符号下下方要标注其其线圈位置的的索引。符号位置的索索引，用图号号、页次和图图区编号的组组合索引法。4.技术数据的标标注电气元件的技技术数据，除除在电气元件件明细表中标标明外，有时时也可用小号号字体标在其其图形符号的的旁边。二、电气原理理图阅读和分分析方法1．查线读图法法查线读图法是是按照线路根根据生产过程程的工作步骤骤依次读图。。

（1）了解生产工工艺与执行电电器的关系（（2）分析主电路路（3）分析控制电电路2.逻辑代数法逻辑代数法又又称间接读图图法，是通过过对电路的逻逻辑表达式的的运算来分析析控制电路的的，其关键是是正确写出电电路的逻辑表表达式。通通常常把继电器、、接触器、电电磁阀等线圈圈通电或按钮钮、限位开关关受力（其常常开触点闭合合接通），用用逻辑“1”表示。把线圈圈失电或按钮钮、限位开关关未受力（其其常开触点断断开），用逻逻辑“0”表示。在继电接触器器控制线路中中，把表示触触点状态的逻逻辑变量称为为输入逻辑变变量；把表示示继电器、接接触器等受控控元件的逻辑辑变量称为输输出逻辑变量量。输出逻辑辑变量是根据据输入逻辑变变量经过逻辑辑运算得出的的。输入、输输出逻辑变量量的这种相互互关系称为逻逻辑函数关系系。（1）逻辑与逻辑与用触点点串联来实现现。KM=KA1·KA2（3）逻辑非

逻辑非实际上就是触点状态取反。

KM=KA（2）逻辑或逻辑或用触点点并联电路实实现。KM=KA1+KA2基本逻辑图如如图所示。（1）组合开关、、控制按钮、、熔断器、接接触器、中间继电器、时时间继电器、、热继电器等等电气元器件件的作用、图形形及文字符号号。（2）电气原理图图的画法规则则。（3）电气原理图图的阅读和分分析方法。知识回顾：第三节三三相异步电动动机的起动一、直接起动动点动：按下按按钮，电动机机工作，松开开按钮，电动机停。长动：按下按按钮，松开，，电动机连续续工作。1.点动控制线路路接通电源开关关QS→按下起动按钮钮SB→接触器线圈KM通电，常开主主触点闭合→电动机M接通。松开SB→线圈KM断电→M停止。原理：2.长动控制线路路接通电源开关关QS→按下起动按钮钮SB2→接触器KM吸合→接触器KM辅助常开触点点闭合→电动机M运行→松开按钮SB2→M继续运行。按下停止按钮钮SB1→KM线圈断电，接接触器所有触触点断开→M停转。原理：自锁（自保））：依靠接触触器自身的辅辅助触点来使使其线圈保持持通电。3.点动与长动控控制线路图a）是以开关SA的打开与闭合合来区别点动动与长动的。。原理：图b）按钮SB3控制点动，按钮SB2控制长动。图c）点动时按SB3，中间继电器器KA的常闭触点断断开接触器KM的自锁触点，，KA的常开触点使使KM通电，电动机机点动。连续续控制时，按按SB2即可。分析下列线路路如何实现点点动、长动？AC220VSB1KASB2KASB3KAKM思考题：4.两点控制线路路两点控制：在甲、乙两个个地方都能对对电动机实现现起动与停止止控制。按钮钮SB1、SB3位于甲地，按按钮SB2、SB4位于乙地。二、降压起动动1.Y-△降压起动控制制线路起动时，电动动机定子绕组组联结成Y型，起动完毕，正常运运行其恢复△型联结。降压起动的目目的是减小起起动电流。Y-△降压起动控制制线路互锁：接触器器之间互相制制约的关系。。原理：

按SB2→

KM1通电

KM3通电(Y型)KT通电→延时t

→

KM3断KM2通（△型)KM1仍通注：1）KM2、KM3不能同时通通电，以防短短路。2）KM2常闭触点使KT断电。2.串电阻降压起起动控制线路路起动时，在三三相定子电路路中串电阻，，降低电压，，起动后，将将定子中的电电阻短接。KM2通电自锁后，，其常闭断开开KM1和KT。图a）原理：图b）与图a）区别：KM1通电(串电阻)KT通电→t后，KM2通（短接电阻)按SB2→（1）限位开关、、速度继电器器等电气元器器件的作用、、图形及文字字符号。（2）点动与长动动的概念。（3）自锁与互锁锁的含义。知识回顾：第四节三三相异步电电动机的运行行一、正反转控控制线路电动机的三相相电源的任意意二根线对调调，实现电动机反转。1.接触器互锁的的正反转控制制2.双重互锁的正正反转控制既有接触器的的电气互锁，，又有按钮的的机械互锁的正反转控控制线路。按下正转按钮钮SB2，KM1通，KM2断，电机正转；按下反转按钮钮SB3，KM1断，KM2通，电机反转；若按下停止钮钮SB1，电机停。按下正转起动动按钮SB2，KM1通，电机正转转；若按下停止按按钮SB1，KM1断，电机停；按下反转起动按钮SB3，KM2通，电机反转转。二、正反转自自动循环线路路利用限位开关关实现自动循循环。按下SB2，KM1通（自锁），，KM2断，电动机正转；工作作台右移到位位，压下SQ1，KM1断，KM2通，电动机反反转；工作台台左移到位，，压下SQ2，KM1通，KM2断，循环下去去。根据上图控制制线路，如果果要求工作台台到达前端时时要停留一下下再后退，怎怎么办？原理：思考题：三、双速电动动机的高低速速控制线路双速电动机是是通过改变定定子绕组的磁磁极对数来改改变其转速，，即通过改变变定子绕组的的接线的方法法。定子绕组的U1、V1、W1接电源，而而U2、V2、W2接线端悬空，，则三相定子子绕组接成三三角形，每相相绕组的两个个线圈串联，，具有四个极极（即两对极极），电动机机为低速。定定子绕组的U1、V1、W1连在一起，而而U2、V2、W2接电源，则三三相定子绕组组变为双星形形，每相绕组组中的两个线线圈并联，变变为两个极，，电动机为高高速。原理：按下SB2，KM1通，电动机低低速；按下SB3,KM2通，KM3通，电动机高高速。第五节三三相异步电动动机的制动制动方法：机机械制动和电电气制动电气制动实质质上是在电动动机停车时产产生一个与转子原来转转动方向相反反的制动转矩矩，迫使电动动机迅速停车。。一、反接制动动控制线路反接制动：利用改变电动动机电源的相相序，使定子绕组产生生相反方向的的旋转磁场，，因而产生制制动转矩。按下起动动按钮SB2→接触器KM1通电并自自锁→电动机M通电→速度继电电器KS的常开触触头闭合合，为反接制制动作好好了准备备。原理：按下停止止按钮