项目2 数控机床电气控制认知电子教案.docx
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项目2 数控机床电气控制认知电子教案.docx
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项目2数控机床电气控制认知电子教案
项目2数控机床电气控制认知
任务一数控机床常用电气元件认知
教
学
方
法
计划课时
4学时
授课地点
教室多媒体室、数控车间
教学
目的及要求
1、了解常用电气元件的结构、工作原理及选择。
2.、掌握常用电气元件的接线方法。
教学重点难点
1、电气元件的结构、工作原理
2、常用电气元件的符号
3、常用电气元件的接线方法
教学条件
1、教室多媒体
2、电气元件实物
3、数控车仿真软件
4、数控车间车床
教
学
过
程
教学步骤
教学内容
教学方法
时间安排
情境描述
1、数控机床常用电气元件
2、电气元件的结构、工作原理
3、电气元件的符号
4、电气元件的接线方法
教师介绍
2学时
电气元件拆装
1、电气元件结构认知
2、电气元件拆装及注意事项
学生操作为主教师指导
2学时
评价
完成情况60%
方法能力20%
创新20%
任务扩展
知识预习
1、机床中电气元件总结
2、断路器的选型
3、电气原理图的识读
学生课下自学
教学后记
一、数控机床常用电源装置
1、机床变压器
数控机床需要各种电源,通过电源配制提供给数控机床各种电源,以满足不同负载的要求。
常用变压器有单相变压器和三相变压器两种,适用频率为50-60HZ,电压不大于500V的电路中。
单相变压器常用作机床控制电路或局部照明及指示灯的电源用,三相变压器主要是给伺服驱动装置提供动力电,见图2-1所示。
(a)单项变压器实物及其电气符号
(b)三相变压器实物及其电气符号
图2-1变压器实物及其电气符号
(1)伺服变压器
由于伺服驱动单元工作需要主电源和辅助电源,而主电源要求不一定是三相380V,不同的伺服可能需要不同的电源,例如:
日本FUNAC要求3~200V(三相交流200V)、武汉华中要求3~220V等,但是电网提供的电源电压是3~380V。
所以大多数控机床都安装有伺服变压器。
有的数控机床电器柜里安装了不止一台变压器,而是安装了两台或三台,那是根据功率而定的。
(2)控制变压器
数控机床还要用到控制变压器,提供所需要的电源电压。
如为交流接触器线圈或电磁阀提供110V或127V电压,为照明灯提供36V安全电压等。
2、开关电源
在生产设备的电气控制中常常需要用到稳定的直流电源。
如数控机床中的数控装置需要24V直流电源供电,电磁阀的绕组、可编程控制器的输入、输出等都需要直流电源。
开关电源(SwitchingModePowerSupply)是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电装置,其功能是将一种形式的电能转换为另一种形式的电能,需要压、整流、滤波、稳压四个环节完成。
图2-2开关电源及其电气符号
开关电源的接线如图2-2所示,交流110V或220V输入,直流24V输出。
下面的三个接点接电源的输入端220V交流电的L、N和接地。
上面的四个点分别是两个24V接点和2个公共端接点。
在接线操作中可以分别引出两组24V直流电压供电。
开关电源的电气符号如图2-2所示。
开关电源使用注意事项:
(1)开关电源的输入电压可以是220V或是110V,根据电路设计合理选择输入电压档位,否则会造成开关电源的损害。
(2)注意分辨开关电源输出电压接线柱的地线端和零线端,并确保开关电源接地可靠。
二、数控机床常用低压电器
1.低压断路器
低压断路器(breaker)又称为自动空气开关是将控制和保护的功能合为一体的电器(见图2-3所示)。
它常作为不频繁的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。
图2-3低压断路器外形
(1)低压断路器的型号及意义
低压断路器的型号及意义见图2-4所示。
图2-4低压断路器的型号及意义
(2)低压断路器的电气符号及文字符号
低压断路器电气符号及文字符号见图2-5所示。
图2-5低压断路器电气符号及文字符号
(3)低压断路器的工作原理
低压断路器的工作原理如图2-6所示。
1-弹簧;2-三相触点;3-锁扣;4-搭钩;5-转轴;6-电磁脱扣器;7-连杆;8,10-衔铁;9-拉力弹簧;11-欠压脱扣器;12-热脱扣器双金属片;13-热元件
图2-6塑壳式低压断路器原理图
低压断路器的三相触点包括动触点和静触点,串接在被控制的三相电路中。
工作时,动触点与静触点闭合,低压断路器处于接通状态。
低压断路器具有操作安全、使用方便、工作可靠等特点,且动作后不需要更换元件。
因此,在工业生产、生活等方面获得广泛应用。
(4)断路器的选型
选用低压断路器时,应满足以下要求:
1)低压断路器的额定电压和额定电流应不小于电路的额定电压和最大工作电流。
2)热脱扣器的整定电流与所控制负载的额定电流一致。
3)电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负载电路正常工作时的最大电流。
4)极限分断能力不小于电路中的最大短路电流。
5)欠电压脱扣器的额定电压应等于电路的额定电压。
6)断路器应用于照明电路时,电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流一般取负载电流的6倍;用于保护电动机时,电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流一般取电动机起动电流的1.7倍或取热脱扣器额定电流的8-12倍。
2.接触器
接触器是用于远距离频繁地接通与断开交、直流主电路及大容量控制电路的一种自动切换电器。
其主要控制对象是电动机,也可用于控制其它电力负载,如电热器,电焊机等。
接触器种类很多,按其主触点通过电流的种类,可分为交流接触器和直流接触器
(1)交流接触器
1)交流接触器外形及结构
交流接触器(ACcontactor)是一种用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。
交流接触器常用于远距离接通和分断交流电路。
其外形和内部结构如图2-7所示,由电磁系统、触点系统、灭弧装置、弹簧和支架底座等部分组成。
(a)交流接触器外形图
动断触点
(b)内部结构示意图
图2-7交流接触器外形和内部结构示意图
2)交流接触器组成
①电磁系统
②触点系统
(a)点接触桥式触点(b)面接触桥式触点(c)指式触点
图2-8触点的结构形式
③灭弧装置
1-静触点;2-动触点;v1-动触点移动速度;v2-电弧在电磁力作用下的移动速度
图2-9灭弧装置
3)交流接触器的电气符号
接触器的额定电压是指主触点的额定电压,额定电流是指主触点的额定电流。
常用交流接触器的型号有CJ20、CJX1、CJ12和CJ10等系列。
接触器的型号,如CJ10-20,其中CJ表示交流接触器,10表示设计序号,20表示主触点额定电流为20A。
其实物及电气符号见图2-10所示。
(a)交流接触器
(b)交流接触器电气符号
图2-10交流接触器的实物及电气符号
(2)直流接触器
直流接触器主要用来远距离接通和分断直流电路,以及频繁地控制直流电动机的起动、反转与制动等。
直流接触器的结构和工作原理与交流接触器基本相同,只是采用了直流电磁机构。
为了保证动铁心的可靠释放,常在磁路中夹有非磁性垫片,以减小剩磁的影响。
直流接触器的主触点在断开直流电路时,如电流过大,会产生强烈的电弧,故多装有磁吹式灭弧装置,如图2-11所示。
图2-11磁吹式灭弧装置
1-静触点;2-动触点;3-引弧角;v1-动触点移动速度;v2-电弧在电磁力作用下的移动速度
由于磁吹线圈产生的磁场经过上、下导磁片,磁通比较集中,电弧将在磁场中产生更大的电动力,使电弧拉长并拉断,从而达到灭弧的目的。
3.漏电保护开关
(1)漏电保护开关的结构与工作原理
漏电保护开关简称漏电开关,其特点是能够在检测与判断到触电或漏电故障后自动切断故障电路,用作低压电网人身触电保护和电气设备漏电保护的自动开关。
按其脱扣原理的不同,有电压动作型和电流动作型两种,脱扣器结构有纯电磁式、半导体式和灵敏继电器式三种。
图2-12所示为电流动作型漏电保护开关的工作原理。
图中的漏电开关由零序电流互感器、放大器、断路器和脱扣器四个主要部件组成。
其工作原理是:
设备正常运行时,主电路电流的相量和为零,零序电流互感器的铁心无磁通,其二次绕组无电压输出。
若设备发生漏电或单相接地故障时,由于主电路电流的相量不再为零,则零序电流互感器的铁心中产生磁通,其二次绕组有电压输出。
经放大器判断后,输人脱扣器,使断路器QF跳闸,从而切断故障电路,避免人员发生触电事故。
图2-12电流动作型漏电保护开关工作原理
(2)漏电保护开关的使用维护
1)漏电开关的漏电、过载、短路保护特性均由制造厂整定,在使用中不可随意调节。
2)新安装或运行一段时间后(一般每隔一个月)的漏电开关,需在合闸通电状态下,按动试验按钮,检査漏电保护性能是否正常可靠。
3)被控制电路发生故障(漏电、过载、短路)时,漏电开关分闸,则操作手柄处于中间位置,当查明故障原因、排除故障后再合闸时,先将手柄向下扳动,当操作机构脱开后,才能进行合闸操作。
4)漏电开关因被控制电路短路而分断后,须打开盖子检查触点,进行维护清理。
4.熔断器
(1)熔断器外形
熔断器(fuse)是指当电流超过规定值时,以本身产生的热量使熔体熔断,断开电路的一种电器。
熔断器主要有熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成,其实物及接线如图2-13(a)(b)所示。
熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中,作为短路保护的电器。
(a)实物图
(b)接线图及符号
图2-13熔断器实物图、接线及符号
(2)熔断器型号及含义
熔断器型号及含义见图2-14所示。
图2-14熔断器型号含义
5.中间继电器
(1)中间继电器外形
继电器在使用时一般都是由继电器和继电器底座组合而成,继电器底座可以快速安装在导轨上,并能够把继电器的线圈和触电的接点引出到底座的快速连接柱上,使得在使用和接线时都非常方便,如果继电器损坏也可以直接将继电器从底座上拔出直接更换,节省了维修时间,MY2NJ(DC24V)型号的继电器如图2-15所示。
图2-15继电器的组成
(2)中间继电器型号及意义
中间继电器型号及意义见图2-16所示。
图2-16继电器型号及含义
(3)中间继电器的电气符号及文字符号
中间继电器的电气符号及文字符号见图2-17所示。
图2-17继电器电气符号和文字符号
(4)中间继电器的接线
按线圈电流种类不同分有:
交流继电器和直流继电器。
在数控机床中一般使用线圈电压是直流24V的继电器,共有2组常开和常闭触点,接线方法如图2-18所示。
在接线时大家注意继电器底座和继电器插针的对应关系。
图2-18继电器的接线
6.控制按钮
控制按钮主要用来接通或断开控制电路,以发布命令或信号,改变控制系统工作状况的电器。
常用的主令电器有控制按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。
按钮的实物图及电气符号如图2-19所示。
停止按钮启动按钮急停按钮
(a)控制按钮实物图
(b)电气符号
图2-19按钮实物图及电气符号
7.模块组
继电器模组依据电气自动化控制的信号及控制指令的转换需要,实现弱电控制强电,电气信号间隔等功能而开发的系列产品,其实物如图2-20所示。
图2-20继电器模块组
8.分线器
通用型分线器模块,将IO设备信号转化成可以在扁平电缆中传输的信号,其实物如图2-21所示。
FANUC0i系统属于经济型数控系统,是直接将IO设备连接到系统PLC接口上的。
图2-21分线器
项目2数控机床电气控制认知
任务二数控机床电气原理图识读
教
学
方
法
计划课时
4学时
授课地点
教室、仿真一体化室、数控车间
教学
目的及要求
1、了解数控机床电气原理图相关规范标准。
2、掌握数控机床电气原理图绘制方法。
3、熟悉数控机床电气原理图中的元器件使用特点。
教学重点难点
1、数控机床电气原理图相关规范标准
2、数控机床电气原理图绘制方法。
教学条件
1、教室多媒体
2、仿真一体化机房,数控加工仿真模拟软件
3、数控车间
教
学
过
程
教学步骤
教学内容
教学方法
时间安排
电气原理图的绘制方法
1、电气原理图的分类
2、电气元件的绘制
4、重点分析FANUC数控面板
教师介绍
1学时
电气原理图的识读方法
1、主电路的识读步骤
2、控制电路的识读步骤
学生为主
教师辅导
1学时
电气安装的主要工艺要求
1、电器元件的安装
2、导线的连接
学生操作为主教师指导
2学时
评价
完成情况60%
方法能力20%
创新20%
任务扩展
知识预习
1、查找资料,学习电气原理图的标准和规范。
学生课下自学
教学后记
一、电气原理图
用国家规定的标准图形符号和项目代号来表示电路中各个电器元件的连接关系及电气工作原理的工程图样称为电气原理图.如图2-22和图2-23所示。
1.电气原理图的绘制方法
(1)原理图一般分为电源电路、主电路、控制电路、信号电路及照明电路。
电源电路画成水平线,三相交流电源相序L1、L2、L3由上而下依次排列画出,中性线N和保护线PE画在相线之下。
电路中的耗能元件(如接触器和继电器的线圈、信号灯、照明灯等)要画在电路的下方,而电器的触点应画在耗能元件上方。
(2)原理图中各电器触点位置按电路未通电或电器未受外力作用时的常态位置画出,各电器元件不画实际的外形图,而采用国标所规定的图形符号和文字符号。
(3)原理图中同一电器原各元件不按它们的实际位置画在一起,而是按其在电路中所起作用分画在不同的电路中,但它们的动作却是相互关联的,必须标以相同的文字符号。
若图中相同的电器较多时需要在电器文字符号后面加上数字以示区别,如KM1、KM2等。
(4)原理图中对有直接电联系的交叉导线连接点要用小黑圆表示,无直接电联系的交叉导线连接点则不画小黑圆点。
图2-22电气原理图主电路
图2-23电气原理图控制电路
2.电气原理图的识读方法
(1)主电路的识读步骤。
(2)控制电路的识读步骤。
二、电气接线图
电气接线图是一种用来表明电气设备各元件相对位置及接线方法的工程图样。
它主要用于安装接线、电路检查和故障维修,特别在施工和检修中能够起到电气原理图所起不到的作用。
1.电气接线图的绘制原则
(1)接线图通常需要与原理图、位置图一起使用相互参照。
(2)应正确表示电器元件的相互连接关系及接线要求。
(3)控制电路的外部连接应使用接线端子排。
(4)应给出连接外部电气装置所用的导线、保护管和屏蔽方法,并注明所用导线及保护管的型号、规格及尺寸。
(5)图中文字代号及接线端子编号应与原理图相一致。
2.电气接线的步骤与要求
(1)认真分析电气原理图要求明确电气电路的控制要求、工作原理、操作方法、结构特点及所用电器元件的规格。
(2)绘制电器位置图和接线图,要求符合电气制图的基本原则。
(3)按照要求选择电器元件并按电器元件的安装要求安装。
(4)按照接线图和原理图连接导线。
(5)调整电器元件,如热继电器的整定电流、时间继电器的延时时间。
(6)认真检查电路。
(7)经指导老师同意后通电试验。
三、电气安装的主要工艺要求
1.电器元件的安装
(1)各元件的安装位置应整齐、匀称、间距合理以便于更换。
(2)紧固各元件时应用力均匀紧固程度适当。
2.导线的连接
(1)直线通道应尽可能少,按主电路、控制电路分类集中单层平行密集紧贴敷设面。
(2)同一平面的导线应高低一致或前后一致不能交叉。
(3)布线应横平竖直导线弯折转角要成90°。
(4)导线与接线端子连接时要求接触良好,应不压绝缘层、不反圈及不露铜过长。
(5)一个电器元件接线端子上的连接导线不得超过两根,每节接线端子板上的连接导线一般只允许连接一根。
(6)布线时严禁损伤导线芯和导线绝缘。
(7)如果电路简单可不套编码管。
项目2数控机床电气控制认知
任务三数控机床上电前的检查
教
学
方
法
计划课时
4学时
授课地点
教室、仿真一体化室、数控车间
教学
目的及要求
1、了解上电前检查的项目
2、了解检查的步骤
教学重点难点
1、上电前检查的项目
2、检查的步骤
教学条件
1、教室多媒体
2、仿真一体化机房,数控加工仿真模拟软件
3、数控车间
教
学
过
程
教学步骤
教学内容
教学方法
时间安排
导入
(提问)
1、上电前检查步骤
教师介绍
1学时
操作步骤
(实施)
1、测量电源相阻值及对地电阻
2、检查空气开关
3、检查各个负载回路
4、变压器检查
5、检查伺服供电回路
6、检查24V供电模块
教师先演示
学生然后操作
教师指导、点评
3学时
评价
完成情况60%
方法能力20%
创新20%
任务扩展
知识预习
练习上电检查的操作
学生课下自学
教学后记
一、测量电源相阻值及对地电阻
数控机床的电气原理图纸见教材附页。
总电源拔下,断开所有空气开关。
万用表测3相5线,3相对地线阻值,一般为无穷大,零线对地线阻值,一般为无穷大。
检查3相之间的电阻,一般为无穷大,如图2-24和图2-25所示。
图2-24断开所有空气开关图2-25测电源各类电阻
二、检查空气开关
机床侧开关SQ0断开,总开关QS1断开,测QS1进线是否短路。
合上QS1,测量L进线与各个空气开关的对应进线是否短路。
例如:
表笔1测L1,则表笔2分别测冷却QF1,伺服变压器QF2,排泄QF4,刀库QF5,空开QF6的第一相进线是否短路;然后表笔1测L2处,表笔2分别测冷却QF1,伺服变压器QF2,排泄QF4,刀库QF5,空开QF6的第二相进线是否短路;然后表笔1测L3处,表笔2分别测冷却QF1,伺服变压器QF2,排泄QF4,刀库QF5,空开QF6的第三相进线是否短路,如图2-26所示。
图2-26测量相间电阻
三、检查各个负载回路
1.测冷却强电回路
(1)冷却QF1出线U11、V11、W11到KM1进线是否短路、断路。
(2)测KM1出线到接线端子4、5、6(U1、V1、W1)是否短路、断路。
(3)测端子排U1、V1、W1之间的阻值是否相等,如图2-27所示。
若为0说明有短路,若为无穷大说明断路。
图2-27万用表测电阻
2.排屑强电回路
(1)排屑QF4出线U71、V71、W71到KM3、KM4进线是否短路、断路。
(2)测KM3、KM4出线到接线端子7、8、9(U72、V72、W72)是否短路、断路。
(3)测端子排U72、V72、W72之间的阻值是否相等,若为0说明有短路,若为无穷大说明断路。
3.刀库强电回路
(1)刀库QF5出线U51、V51、W51到KM5、KM6进线是否短路、断路。
(2)测KM5、KM6出线直接到刀库电机,如图2-28所示。
图2-28万用表测通断
4.照明电路
照明电路主要测量交流24V电源是发正常。
(1)QF6两相380V出线—TC3变压器之间线路是否正常。
(2)检查变压器变压接线是否正常(380/220V/110V/24V)
(3)检查KA6的常开触点—工作灯。
四、变压器检查
进线出线(线序)连接是否正常,接地是否正常,如图2-29。
图2-29万用表测接地
五、检查伺服供电回路
QF2出线相序—变压器TC2(380/220)—KM2出线—端子排24、25、26(U33、V33、W33)伺服主电源。
QF2出线相序—变压器TC2(380/220)—KM2进线—QF3—伺服主轴风扇;
主轴风扇相序:
QF3出线U34、V34、W34—端子排1、2、3(U34、V34、W34),如图2-30所示。
图2-30万用表测通断
六、检查24V供电模块
①开关电源GS1,0V与24V之间的阻值(20K欧,读数160左右)②开关电源GS2,0V与24V之间的阻值(20K欧,读数300左右)③检查0与24V连接是否正确。
④GS1和GS2接地是否正确如图2-31所示。
图2-31测通断
项目2数控机床电气控制认知
任务四上电过程检查
教
学
方
法
计划课时
4学时
授课地点
教室、仿真一体化室、数控车间
教学
目的及要求
1、了解上电过程检查的项目
2、了解检查的步骤
教学重点难点
1、上电过程检查的项目
2、检查的步骤
教学条件
1、教室多媒体
2、仿真一体化机房,数控加工仿真模拟软件
3、数控车间
教
学
过
程
教学步骤
教学内容
教学方法
时间安排
导入
(提问)
1、上电过程检查步骤
教师介绍
0.5学时
操作步骤
(实施)
1、拔掉24V电源线
2、上电测量各个负载回路
3、检查变压器电压
教师先演示
学生然后操作
教师指导、点评
3.5学时
评价
完成情况60%
方法能力20%
创新20%
任务扩展
知识预习
总结数控机床上电前检查的步骤与注意事项
学生课下自学
教学后记
一、拔掉24V电源线
先把伺服,I/O,PMC的电源线拔掉。
二、上电测量各个负载回路
合上QS0,测量QS1的进线端电压是否为380V,闭合QS1然后分别给各个负载回路上电检查各个KM进线电压是否正常。
三、检查变压器电压
(1)闭合QF2,检查变压器(380/220)电压是否正常,测量QF3的进线电压与KM2进线电压是否正常。
(2)闭合QF6,检查变压器(380/220/110/24)电压是否正常,测量变压器或者端子排号16、17、18、19、20、21、22、23的进线电压是否正常。
(3)检查各个开关电源电压24V电源是否正常。
注意:
系统上电检查时,如果系统不能正常上电,首先通检查KA9接线是否正确;如果上电后,旋开急停按钮仍然有急停报警,首先检查KA10接线是否正确,然后检查梯形图X8.4信号状态是否正常。
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