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项目一数控机床外部电路连接1

项目一数控机床外部电路连接

任务一常用低压电器元件

【任务要求】

1. 认识常用低压电器的外形、型号、规格。

2. 了解低压电器的原理、结构和使用。

3. 掌握安装方法和接线方法。

【相关知识】

数控机床电气控制部分除数控系统外，还需要大量的低压电器元件组合，以实现一台机床所具有的功能。这些低压电器元件包括低压断路器、熔断器、接触器、中间继电器、热继电器、变压器、各种转换开关、按钮、指示灯、各种检测开关等元件。低压电器分为低压保护电器和低压控制电器两种。

一、常用低压电器元件的选型

低压电器元件选型的一般原则如下。

(1) 低压电器的额定电压应大于回路的工作电压。

(2) 低压电器的额定电流应大于回路设计的工作电流。

(3) 根据回路的启动情况来选择低压电器。例如，三相异步电动机启动时的电流是额定电流的4~7倍。

(4) 设备的截断电流应不小于短路电流。

二、数控机床常用低压电器元件介绍

(一) 按钮

按钮是用人力操作、具有弹簧复位机制的主令电器。主要用于远距离操作接触器、继电器等电磁装置，以切换自动控制电路。

按钮的外形、图形符号及文字符号如图1-1所示。

外形图结构图

按钮的图形符号和文字符号

动合(常开)触头动断(常闭)触头复合触头

图1-1 按钮的外形图、图形符号及文字符号

为了标明各种按钮的作用，避免误动作，通常将按钮帽做成不同的颜色，以示区别。按钮的颜色有红、绿、黄、黑、蓝以及白、灰等多种。标准规定：停止和急停按钮的颜色必须是红色，启动按钮的颜色是绿色，启动和停止交替动作的按钮是黑白、白色或灰色。按钮的信号为LA系列。

(二) 熔断器

熔断器广泛应用于低压配电线路和电气设备中。主要起短路及严重过载保护的作用。

熔断器的外形、图形符号及文字符号如图1-2所示。

图1-2 熔断器的外形、图形符号及文字符号

熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。熔体是熔断器的主要组成部分，常做成丝状、片状和栅状。

(三) 断路器

低压断路器是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器元件。数控机床常用的低压断路器有塑料外壳式断路器、框架式和漏电保护式断路器三种。断路器的外形如图1-3所示。

图1-3 低压断路器的外形

断路器的内部结构及图形符号、文字符号如图1-4所示。

(a) (b)

图1-4 断路器的内部结构及图形符号、文字符号

(四) 接触器

接触器是用来频繁接通和断开电动机或其他负载电路的一种自动切换电器。通常分为交流接触器和直流接触器两种。选择接触器时，应从其工作条件出发。控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选择直流接触器。主触点的额定工作电流应大于负载电路的电流，接触器的线圈的额定电压应与控制回路的电压一致。常用接触器的外形、图形符号及文字符号如图1-5所示。

图1-5 接触器的外形、图形符号及文字符号

(五) 中间继电器

中间继电器为电压继电器，在电路中起到中间放大及转换的作用。即当电压继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控制，用中间继电器作为执行元件。中间继电器可被看成是一级放大器。

常用中间继电器的外形、图形符号及文字符号如图1-6所示。

图1-6 中间继电器的外形、图形符号及文字符号

中间继电器的选择原则如下。

(1) 线圈的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直流24V的继电器。

(2) 按控制电路的要求选择触点的类型和数量。

(3) 继电器的触点电压应大于被控制电路的电压。

(4) 继电器的触点电流应大于控制电路的电流。若是感性负载，则应降低额定电流50%以下使用。

(六) 热继电器

热继电器是利用电流的热效应来切断电路的保护电器。主要对三相异步电动机进行过载保护以及断相保护。选用时，必须了解被保护对象的工作环境、启动情况、负载性质以及电动机允许的过载能力，还应了解热继电器的某些基本特性和特殊要求。热继电器的结构和外形、图形符号及文字符号如图1-7所示。

图1-7 热继电器的结构和外形、图形符号及文字符号

(七) 行程开关

行程开关用来控制某些机械部件的运动行程和位置或限位保护。行程开关是由操作机构、触点系统和外壳等部分成的。

常用行程开关的结构和外形、图形符号及文字符号如图1-8所示。

图1-8 常用行程开关的结构和外形、图形符号及文字符号

图1-8 (续)

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。

(八) 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，分为通电延时闭合时间继电器和断电延时打开时间继电器。文字符号和图形符号如图1-9所示。

图1-9 时间继电器的图形符号及文字符号

(九) 开关电源

开关电源在电气设计中的合理使用非常重要。原则上，给数控系统供电的电源与负载用电源使用不同的电源。即每台数控机床至少有两个开关电源。开关电源参数选型时应注意以下几点。

(1) 开关电源的安装方式。

(2) 开关电源的工作温度。

(3) 输入电压及频率范围：一般输入电压为交流110~240V，50~60Hz。

(4) 额定输出电流根据负载情况决定，为了保证负载能够稳定运行，电源的容量需要有一定的余量。

(5) 负载波动时，输出电压波动不要超出允许范围。

开关电源的外形、图形符号及文字符号如图1-10所示。

图1-10 开关电源的外形、图形符号及文字符号

(十) 变压器

在数控机床上使用两种变压器：机床控制变压器和三相伺服变压器。变压器的外形、图形符号及文字符号如图1-11所示。

图1-11 变压器的外形、图形符号及文字符号

机床控制变压器适用于输入交流电压为380V的电路，变换为不同电压等级，作为机床照明、负载等用的电源。三相伺服变压器主要用于数控机床中交流伺服电机电压与我国电网电压不一致时的匹配。

任务二案例分析：数控机床的外部接线

【任务要求】

1．了解主电路各低压电器元件的作用。

2．掌握冷却泵电动机、电动刀架电动机的主电路连接及控制电路连接。

3．掌握主电路中各种电源的作用。

4．掌握启动电路、急停电路的控制顺序。

5．掌握变频主轴电动机的主电路连接。

本任务对CK6140数控车床教学设备电气控制部分的连接进行解剖。本教学设备包括显示及MDI部分、模拟仿真部分、机床电气控制柜、冷却电动机、主轴电动机、电动刀架及X轴、Z轴伺服电动机。设备的外观如图1-12所示。

图1-12 CK6140数控车床教学设备的外观

【相关知识】

数控机床电气控制部分分为基本电气控制部分及数控系统部分。基本电气控制部分包括各种按钮、转换开关、低压断路器、熔断器、中间继电器、变压器、指示灯、各种检测开关、风扇、电磁阀及冷却泵电动机、润滑泵电动机、电动刀架电动机、主轴变频电动机及各种辅助用电动机等，各低压电器元件在数控机床运行中起到不同的作用。

一、CK6140数控车床的主电路

数控机床的主电路包括总电源开关QF0、冷却泵电动机主电路、润滑泵电动机主电

路、电动刀架电动机主电路、主轴变频电动机主电路及伺服放大器主电源连接。

(一) 冷却泵电动机及润滑泵电动机的主电路

冷却泵电动机的主电路如图1-13所示。

图1-13 冷却泵电动机的主电路

冷却泵电动机(冷却电机)的作用，是在数控机床中冷却刀具。QM2为断路器，起到对冷却泵电动机短路及过载保护的作用。交流接触器KM1用于接通和断开冷却泵电机。

润滑泵电动机(油雾电机)的作用：在数控机床加工过程中，托板在导轨上高速移动，为减少摩擦力及保护机床的精度，须定时在导轨上加润滑油。断路器QM7起到对润滑泵电动机短路及过载保护的作用，交流接触器KM7用于接通和断开润滑泵。

(二) 电动刀架电动机的主电路

电动刀架电动机(刀架电机)的主电路如图1-14所示。

断路器QM3用于电动刀架电动机的短路及过载保护，交流接触器KM2控制刀架电动机正转，交流接触器KM3控制刀架电动机反转。

）（标准配置）

图1-14 电动刀架电动机的主电路

(三) 主轴变频电动机的主电路

主轴变频电动机(主轴电机)的主电路如图1-15所示。

图1-15 主轴变频电动机的主电路

中间继电器KA11的常开触点控制主轴正转，KA12的常开触点控制主轴的反转。CNC接口JA40的输出信号作为变频器的频率给定信号，调节主轴电动机的转速。

(四) 伺服放大器的主电源

伺服放大器的主电源连接如图1-16所示。

L1 L2

TM1 伺服变压器

20/3.5kVA 初级：380V/415V

西门子

V20变频器

伺服放大器

图1-16 伺服放大器的主电源连接

TM1是三相伺服变压器，将三相交流380V电压转换为三相交流200V电压，给伺服放大器供电。断路器QF1起到伺服放大器短路及过载保护的作用。

二、控制电源的连接

控制电源的连接如图1-17所示。

TC1为控制变压器，将单相380V电源转换为交流24V、交流110V、交流220V电源。断路器QF6、QF7等起到短路及过载保护作用。开关电源VC1和VC2将交流电压转换为直流24V电压，其中VC1输出的直流24V电源用于启动及急停控制回路、中间继电器控制电源及负载电源，VC2输出的直流24V电源用于数控系统CNC电源、I/O模块电源及伺服放大器控制电源。

图1-17 控制电源的连接

三、数控系统上电及急停控制电路

数控系统上电及急停控制电路如图1-18所示。

图1-18 数控系统上电及急停控制电路

SB0为急停按钮，SQ1、SQ2分别为X轴、Z轴的正向限位开关，SB1是数控系统上

电启动按钮，SB2是数控系统断电按钮，KA1为急停中间继电器，KA2为系统上电、下电

控制中间继电器。

四、电柜风扇及照明控制电路

风扇及照明控制电路如图1-19所示。

YB1

机床照明灯

25W/220V25W/220V3W/220V（选）（变频主电机

带刹车）

图1-19 风扇及照明控制电路

断路器QF10起风扇短路及过载保护的作用，断路器QF11起照明灯短路及过载保护的作用。

【项目训练】

1. 训练目的

掌握数控机床外部电路的设计方法。

2. 训练项目

(1) 数控机床刀架电动机的主回路连接。

(2) 数控机床控制电源的连接。

CA6140型普通车床电气控制线路故障检修实训教材

单元二常用生产机械电气控制线路故障检修项目一 CA6140型普通车床电气控制线路故障检修 1、熟悉机床电气电路检修的一般步骤。 2、了解机床电气检修常用方法的原理及注意事项。 3、熟悉掌握CA6130型车床控制电路原理，能对信号灯、指示灯和断电保护电路的典型故障进行理论分析。 4、能对主轴电动机、冷却泵电动机、刀架的快速移动电动控制电路的典型故障进行理论分析。 5、能按照机床电气检修的一般步骤分析和排除一些简单控制电路故障。 1、CA6140型车床主轴电动机回路的故障排除。 2、CA6140型车床电气线路冷却泵电动机回路的故障排除。一、CA6140型车床电路的电路图（见图2—1—1） CA6140型卧式车床电气控制电路由三台电动机拖动，全部单方向旋转，主轴旋转方向的改变、进给方向的改变、快速移动方向的改变都靠机械传动关系来实现。它具有完善的人身安全保护环节：设有带钥匙的电源断路器QS、机床床头皮带罩处的安全开关SQ1、机床控制配电箱门上的安全开关SQ2等。

图2—1—1 CA6140型车床电路的电路图

二、CA6140型车床电路的工作原理：（一）主电路分析主电路中共有三台电动机，图中M1为主轴电动机，用以实现主轴旋转和进给运动；M2为冷却泵电动机；M3为溜板快速移动电动机。M1、M2、M3均为三相异步电动机，容量均小于10kW，全部采用全压直接起动皆有交流接触器控制单向旋转。 M1电动机由起动按钮SB1，停止按钮SB2和接触器KM1构成电动机单向连续运转控制电路。主轴的正反转由摩擦离合器改变传动来实现。 M2电动机是在主轴电动机起动之后，扳动冷却泵控制开关SA1来控制接触器KM2的通断，实现冷却泵电动机的起动与停止。由于SA1开关具有定位功能，故不需自锁。 M3电动机由装在溜板箱上的快慢速进给手柄内的快速移动按钮SB3来控制KM3接触器，从而实现M3的点动。操作时，先将快速进给手柄扳到所需移动方向，再按下SB3按钮，即实现该方向的快速移动。三相相电源通过转换开关QS1引入，FU1和FU2作短路保护。主轴电动机M1由接触器KM1控制启动，热继电器FR1为主轴电动机M1的过载保护。冷却泵电动机M2由接触器KM2控制启动，热继电器FR2为它的过载保护。溜板快速移动电机M3由接触器KM3控制启动。（二）控制电路分析控制回路的电源由变压器TC副边输出110V电压提供，采用FU3作短路保护。 ①主轴电动机的控制：按下启动按钮SB2，接触器KM1的线圈获电动作，其主触头闭合，主轴电动机M1启动运行。同时KM1的自触头和另一副常开触头闭合。按下停止按钮SB1，主轴电动机M1停车。 ②冷却泵电动机控制：如果车削加工过程中，工艺需要使用却液时，合上开关QS2，在主轴电动机M1运转情况下，接触器KM1线圈获电吸合，其主触头闭合，冷却泵电动机获电运行。由电气原理图可知，只有当主轴电动机M1启动后，冷却泵电动机M2才有可能启动，当M1停止运行时，M2也就自动停止。 ③溜板快速移动的控制：溜板快速移动电动机M3的启动是由安装在进给操纵手柄顶端的按钮SB3来控制，它与中间继电器KM3组成点动控制环节。将操纵手柄扳到所需要的方向，压下按钮SB3，继电器KM3获电吸合，M3启动，溜板就向指定方向快速移动。（三）照明、信号灯电路分析

机床电气设计入门知识汇总

机床电气设计入门知识汇总文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

机床设计的入门知识本章介绍机床电气系统设计的一般规则性知识。第一节：常用机床电路逻辑一、驱动线圈与触点的关系（一）线圈与触点接触器、继电器等在机床控制电路中是最典型的参与控制的器件，它们都有自身的线圈和触点。图器件触点又分常开（动合）触点和常闭（动断）触点，常开触点在线圈被送电激励的瞬间闭合（接通），常闭触点在线圈被送电激励的瞬间打开（分断）。我们可以利用对线圈的通/断电来控制常开、常闭触点动作来实现局部电路的通断，并通过适当的触点互连关系来组成控制逻辑。（二）触点在电路图中的画法触点在电路图中，有两种画法，一是竖着画，一是横着画。竖画时，遵行左开、右闭的原则，即常开点在左，常闭点在右。如图3-1。横画时，遵行上开、下闭的原则，即常开点在上，常闭点在下。如图3-2。图3-2：常开、常闭触点横画实际项目使用中，国标符号的基本结构得到比较好的采用，但画法的方向性并不规范，更多的是受个人的制图习惯影响。二、触点的串联、并联、混联串联：两个触点的首尾相连的连接方式。图 3-3：触点的串联串联的触点必须两个同时接通时，电路才形成通路。并联：两个触点的首端相连、尾端相连的连接方式。图3-4：触点的并联并联的触点只要有其中一个接通时，电路就形成通路。混联：串联、并联相混用的方式。 1、2看做一个触点，它又和32串联。线圈常开/常闭

事实上，无论如何混联，通过等效电路的方法，都可以最终变为串并联的基本连接关系。三、自锁、互锁、连锁（一）自锁在线圈的控制电路中，使用该线圈本身的触点，保持线圈接通后不再掉电的连接方法叫做自锁。如图3-6：线圈KM通过按钮SB1送电，接触器KM的辅助触点闭合，使电源被持续送到线圈，这时即使启动按钮SB1松开，线圈KM也持续供电。KM通过其辅助触点实现了自我锁定，即自锁。 KM 有我无你的控制形式，以杜绝两个事件同时发生。这类事件如工作台的前进/后退、升降机的上升/下降、电动机的正转/反转等等，都是不允许同时发生的事件。如果控制电路不可靠，造成同一时间内发生，轻则出现故障，重则诱发重大事故。图3-7给出了互锁的控制逻辑。 KM1的控制 KM2线圈无法在同一时间 KM2线圈送电时，KM1线圈也无（三）连锁连锁是指一个事件的发生作为另一个事件允许或不允许发生的条件，两个事件之间不形成对立，只形成单向锁定关系。这样的连锁关系在现实生活和设备控制中非常多见：如砂轮不旋转时，不允许工作台工进；吊具不打开到位时，不允许升降机下降；夹具不夹紧时，不允许加工开始等等。我们可以用前一个事件的发生，作为后一个事件的连锁条件。图3-7中，如果去掉KM2的辅助触点，那么KM1对KM2就形成了单向的连锁关系，即KM1得电时，KM2不允许得电。四、启动/停止、点动启动/停止和点动电路是最简单也最常用的电路。

常用机床电气线路图

15摇臂延时夹紧电源开关及总短路保护13331314 23456图1 Z3050摇臂钻床电气线路原理图 78913111012140.6KW 1440r/min 放松 90W 3000r/min 4KW 1440r/min 1.5KW 1440r/min 短路保护冷却泵电动机主轴电动机摇臂电动机上升下降照明夹紧液压泵电动机控制电源主轴指示灯夹紧放松主轴控制 777 666 1820 555 1820 88820 19171619 1817 16 20 19 夹紧下降上升摇臂放松液压泵放松夹紧电磁铁

17冷却泵电动机 14 KM6SA4 1PE L3 电源开关 L1L2QS1JCB-22型0.125KW 2790r/min JO2-51-47.5KW 1450r/min JO2-22-41.5KW 1410r/min XB 523467KM2 44413 图1 X62W万能铣床电气线路原理图 891014KM1 121113143331616 151611 888 3U 冷却泵电动机 FR21M 3 ~ 1U FR11V 1W 1113 KS KM1KM2 YA 2M ~3 2U 2V 2W FR3KM5KM3KM4KM6 FU2进给短路保护主轴电动机总短路保护正反转制动及冲动进给电动机正转反转 24V KS-13 42 FR11KM156 SB13M 3 ~ 3V 3W SB2n SQ7 TC 110V FU3137KM29KM210 KS-2n 8SB3KM1 KM1SB4SA3FR3 12FR2变速冲动及制动控制、照明电源及短路保护 TL FU4 主轴控制 101 正反转启动 11 1819KM3 2566621 21202322262425KM4 77723 19 2728 77 EL SQ2-1SA2-1 18 SQ3-11920 SQ1-126SQ5-1SQ3-2SA1-1 1716SQ6SQ4-2 15 SA1-2 102 25 2728 KM5 SQ4-1 SQ5-2 2423 SQ2-2 SQ1-2 SB5 SA5 SB6 左、后、上工作台进给、冲动圈工作及自动控制 SA2-2冲动、右、前、下 SA1-3 21 22照明灯快速 KM4KM4KM3KM3R R FU1U13V13W13U11V11W11U12V12W12U14W14 U15 W15 U16 V16W16 U17V17W17U18W18 U19V19W19 1000 PE

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