第6章_数控机床电气系统故障诊断与维修

第6章数控机床电气系统故障诊断与维修6.1数控机床电气系统的特点6.2数控机床常用低压电器6.3数控机床电气系统的故障诊断与维修6.4数控机床的抗干扰技术6.5数控机床电气系统故障诊断与维修实例6.1数控机床电气系统的特点4．要具有安全性电气系统的连锁要有效；电器装置的绝缘要保证完好，防护要齐全，接地要牢靠，以使操作人员的安全有保证；电器部件的防护外壳要具有防尘、防水、防油污的功能；电柜的封闭性要好，防止外部的液体溅入电柜内部，防止切屑、导电尘埃的进入；电柜内的所有元件在正常供电电压工作时不应出现被击穿现象，并且有预防外部雷电突然袭击的功能；经常移动的电缆要有护套或拖链防护，防止缆线磨断或短路而造成系统故障；要有抑制内部部件异常温升的措施，特别是在夏季，要有强迫风冷或致冷器冷却；有防触电、防碰伤设施。上一页下一页返回6.1数控机床电气系统的特点5．要具有方便的可维护性易损部件要便于更换或替换，保护元、器件的保护动作要灵敏，但也不能误动作；一旦出现故障排除后，功能要能恢复。6．要具有良好的控制特性所有被控制的电动机起动要平稳、快速响应、特性硬、无冲击、无震动、无振荡、无异常噪声、无异常温升。上一页下一页返回6.1数控机床电气系统的特点7．运行状态要有明显的信息显示电气系统要用指示灯做操作显示，电器元件要有状态指示、故障指示，有明显的安全操作标识。8．要具有操作的宜人性电气系统要体现人性化设计，如操作部位与人体平均高度、距离相适应，体现操作方便、舒适、便于观察的特点，尤其要随时摸得到急停按钮，保证紧急情况下的快速操作动作；机床电器颜色不仅符合标准，还要美观、明显。上一页下一页返回6.1数控机床电气系统的特点上一页下一页返回6.1.2电气系统的故障特点1．电气系统故障的维修特点是故障原因明了，诊断也比较好做，但是故障率相对比较高。2．电器元件有使用寿命限制，非正常使用下会大大降低寿命，如开关触头经常过电流使用而烧损、粘连，提前造成开关损坏。6.1数控机床电气系统的特点3.电气系统容易受外界影响造成故障，如环境温度过热，电柜温升过高致使有些电器损坏。甚至鼠害也会造成许多电气故障。4．操作人员非正常操作，能造成开关手柄损坏、限位开关被撞坏的人为故障。5．电线、电缆磨损造成断线或短路，蛇皮线管进冷却水、油液而长期浸泡，橡胶电线膨胀、粘化，使绝缘性能下降造成短路、放炮。6．冷却泵、排屑器、电动刀架等的异步电动机进水，轴承损坏而造成电动机故障。上一页返回6.2数控机床常用低压电器电器是在电能的生产、输送、分配和应用中起着通断、控制、保护、检测和调节等作用的电气设备。电器的用途广泛，种类繁多，按工作方式可分为高压电器和低压电器，低压电器通常是指工作在交流电压1200V、直流电压1500V及以下的电器。低压电器按其用途又可分为低压配电电器和低压控制电器。下一页返回6.2数控机床常用低压电器6.2.1低压开关开关是应用最广泛的手动电器。其主要作用是接通或断开长期工作的电气设备的电源。在电气控制电路中，刀开关常用作电源引入开关，也可用作不经常起动、停止的小容量电动机和局部照明电路的控制开关。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器1．胶壳刀开关胶壳刀开关也称开启式负荷开关，主要由操作手柄、动触刀、静夹座、进线座、出线座、熔丝等组成。常用的胶壳刀开关有HKl、HK2等系列，它们的结构和符号如图6-1所示。HK系列刀开关不设专门的灭弧装置，因此不宜带负载操作。若带一般小负载操作，动作应迅速，且不宜频繁地分、合电路。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器2．铁壳开关铁壳开关也称封闭式负荷开关，由触刀、熔断器、操作机构和铁外壳等组成。常用的铁壳开关有HH3、HH4、HHl0等系列，其结构如图6-2所示，图形及文字符号与胶壳刀开关相同。HH系列铁壳开关有灭弧装置，它的操作机构一是装有速断弹簧，缩短了开关的通断时间，改善了灭弧性能；二是设有联锁装置，以保证开关合闸后不能打开开关盖，而开关盖打开后又不能合闸。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器3.组合开关组合开关又称转换开关，它实质上是一种特殊的刀开关，用动触片的旋转代替闸刀的推合和拉开。常用的组合开关有HZ5、HZl0、HZl5等系列，如图6-3所示。组合开关由装在同一根轴上的单个或多个单极旋转开关叠装在一起组成。转动手柄时，每层的动触片随转轴一起转动，使多对触点同时接通和断开。开关的型号和意义见图6-4。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器有一种组合开关，它不但能接通和断开电源，而且还能改变电源输入的相序，用来直接实现对小容量电动机的正反转控制，这种组合开关称为倒顺开关，也称为可逆转换开关。常用的有HZ3系列，其外形结构和符号如图6-5所示。图6-5（c）中虚线表示手柄操作的位置线，有“·”表示手柄位于该位置时相对应的触点接通，无“·”表示不通。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器4．低压断路器低压断路器又称自动断路器、空气断路器或空气开关，是用作低压配电或电动机的保护开关，它既有开关作用，又能实现短路、过载、欠压等保护。低压断路器的结构有塑壳式、框架式等形式，其中塑壳式应用较广，其操作多为扳动式和按钮式。常用的塑壳式有DZ5、DZl0、DZ20等系列，图6-6是DZ5-20型低压断路器的外形和结构，其工作原理示意图如图6-7所示。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器上一页下一页返回6.2.2主令开关在电路中用来控制其它电器动作，以发送控制“指令”的电器称为主令电器。主令电器的种类很多，常用的有按钮开关、行程开关、万能转换开关和主令控制器等。6.2数控机床常用低压电器1．按钮开关按钮开关简称按钮，它是用来短时间接通或断开小电流控制电路的手动电器。按钮开关由按钮帽、复位弹簧、桥式动触点、静触点等组成，它的结构和符号如图6-8所示。按钮开关在电气控制电路中被广泛应用，而且同一控制电路中往往有几个按钮，为了标明各按钮的作用，通常将按钮帽做成不同的颜色以示区别，避免误操作。一般用红色表示停止，绿色或黑色表示起动、工作，其它还有黄、白、蓝等颜色，供不同场合选用。按钮开关的种类繁多，常用的按钮开关有LAl8、LAl9、LA20及LA25等系列，图6-9是部分常见按钮开关的外形。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器2．行程开关在生产机械中，需要有一种开关来控制某些机械部件的运动行程或位置，这种开关称行程开关，又称限位开关。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器行程开关的种类虽然很多，但其结构大体相同，可分为三部分：操作机构、触点系统和外壳。下面以图6-11所示的按钮式行程开关的结构示意图来说明它的工作原理。当运动机械的挡块碰压到顶杆，使动断触点断开，动合触点闭合；当挡块离开顶杆时，动断、动合触点恢复原状。图6-12是常见的三种行程开关的外形。其中按钮式和单轮旋转式行程开关为自动复位式。双轮旋转式行程开关由于没有复位弹簧，当挡块离开后不能自动复位，必须由挡块从反方向碰压后才能复位。常用的行程开关有LXl9、LX31、LX32、JLXKl等型号。行程开关的符号如图6-13所示。行程开关的型号和意义见图6-14。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器3．接近开关接近开关是一种无触点的开关，它的功能是当物体与之接近到一定距离时，就发出动作信号，以控制继电器或逻辑元件。它克服了有触点行程开关操作频率低、使用寿命较短、可靠性较差等缺点，目前已在自动控制系统中得到广泛应用。它的用途除作行程控制和限位保护外，还可应用于检测、计数、定位等方面。接近开关的种类较多，有高频振荡型、电磁感应型、电容型、永磁型及磁敏元件型、光电型、超声波型等。常用的高频振荡型接近开关有LXJ6、LXJ7、LXJ3和LJ5A等系列。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器上一页下一页返回6.2.3熔断器熔断器是一种最简单有效的保护电器，它在低压配电和电气控制系统中主要作短路保护。1．熔断器的构造及性能熔断器主要由熔体和放置熔体的熔管或熔座两部分组成。熔体由易熔合金（如铅锡合金等）制成丝状或片状，熔体的熔点一般在2000C~3000C左右。6.2数控机床常用低压电器熔断器接入电路时，熔体串联在电路中。电路正常工作时，熔体发热的温度低于熔化温度，故长期不熔断。一旦发生短路或严重过载时，熔体温度急剧上升而熔断，切断电路，从而保护了电路和设备。熔断器对过载反应不很灵敏，当电气设备发生轻度过载时，熔断器将持续很长时间才熔断，有时甚至不熔断。因此，熔断器一般不宜作过载保护。熔断器的种类很多，结构也不同，有插入式、螺旋式、有填料封闭管式、快速熔断器等。在电气控制电路中，常使用插入式和螺旋式两种。常用的有RClA系列和RLl系列等，其外形结构和符号如图6-15所示。熔断器的型号和意义见图6-16。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器2．熔断器的选用正确选用熔断器和熔体，才能既保证电路正常工作，又起到应有的保护作用。1）熔断器的额定电压应等于或大于被保护电路的工作电压。2）熔断器的额定电流应等于或大于所装熔体的额定电流。3）熔体的额定电流根据不同的负载有以下几种选择：上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器（1）照明、电炉等阻性负载，额定电流应等于或稍大于负载的工作电流。（2）对一台电动机，为了防止电动机较大起动电流的短时冲击，则取IRN=（1.5~2.5）IN式中，IRN—熔体的额定电流IN—电动机的额定电流（3）对多台不同时起动的电动机，则有IRN=（1.5~2.5）INmax+ΣIN式中，INmax—最大的一台电动机的额定电流ΣIN—其余电动机额定电流的总和上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器上一页下一页返回6.2.4交流接触器接触器是用来频繁接通和断开电动机或其他负载的一种自动电器。它不仅具有手动电器所不能实现的遥控功能，还具有低压释放保护功能，而且操作频率高，是电气控制系统中应用最广泛的电器。按其工作电流的种类，可分为交流接触器和直流接触器两种，这里主要介绍交流接触器。6.2数控机床常用低压电器1．交流接触器的结构与工作原理交流接触器主要由电磁系统、触点系统、灭弧装置等部件组成。图6-17是交流接触器的外形及结构，图形及文字符号如图6-18所示。交流接触器的触点有主触点和辅助触点之分。主触点是三对动合触点，用来通断电流较大的主电路；辅助触点有两对动合触点和动断触点，用来通断电流较小的控制电路。交流接触器的型号和意义见图6-19。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器2．交流接触器的选用由于控制对象、使用场合、动作频繁程度等各方面的条件不一定相同，这就需要正确选择交流接触器，使其技术数据满足电路的要求，同时兼顾经济等因素。1）交流接触器主触点的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。2）交流接触器主触点的额定电流应大于或等于负载的额定电流。对中小型容量的交流电动机，当额定电压为380V时，其额定电流值一般可按2倍的额定功率来计算。例380V、7.5kW的三相笼型电动机，其额定电流约为15A。在电动机频繁起动、制动和频繁正反转的场合下，接触器的容量应增大一倍。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器3）交流接触器线圈的额定电压应与控制电路的电压相同。4）交流接触器的触点数量和类型应满足控制电路的要求。常用的交流接触器有CJ10、CJ20、CJXl、CJX2、CJl2等系列，以及近年来从国外引进的一些产品，如德国BBC公司的B系列、SIEMENS公司的3TB、3TD系列等。上一页下一页返回6.2数控机床常用低压电器上一页下一页返回6.2.5继电器1．中间继电器在电气控制中，经常需要把某一信号进行传递、放大或变成多路信号，中间继电器就是这样一种具有中间转换作用的自动电器。中间继电器实质上是一种小容量的交流接触器，它的结构与交流接触器相似，工作原理完全相同，但它的触点没有主、辅之分。每对触点允许通过的电流大小是相同的，其额定电流为5A。常用的中间继电器有JZ7、JZ8等系列，图6