1、2.1数控装置与配电系统装配1数控系统辅助装置机床本体进给伺服主轴伺服22.1.12.1.1相关基础知识相关基础知识一、数控机床常用电气元件二、数控机床常用检测元件三、数控装置接口2.1.22.1.2数控装置与配电系统装配数控装置与配电系统装配一、强电信号传递二、数控装置与配电系统连接32.1.1相关基础知识一、数控机床常用电气元件一、数控机床常用电气元件低压断路器低压断路器说明：说明：低压断路器过去叫做自动空气开关，现采用IEC标准称为低压断路器。定义：定义：低压断路器是将控制电器保护电器的功能合为一体的电器。功能：功能：有效地保护串接在它后面的电器设备 以下重点介绍数控机床常用的两种低压断
2、路器:4组成组成:手柄、操作机构、脱扣装置、灭弧装置、触头系统等.作用：作用：1、配电保护 2、电动机的过载、短路保护 3、线路不频繁转换 4、电动机不频繁起动之用5 图2-1 塑料外壳式断路器外形图 图 2-2 断路器图形及文字符号 DZ15系列型号意义为：设计代号塑料外壳式断路器保护种类(见表2.1)液压式电磁脱扣器极数(1:单极;2:二极;3:三极)壳架等级额定电流DZ 15-/90 表 2-1 保护种类含义及其对应的代号 保护种类代号配电保护用过电流脱扣器1电动机保护用过电流脱扣器26型号额定电流（A）额 定 电 压（V）极数脱扣器额定电流（A）额定短路通断能力/kADZ15-40/1
3、901402201 6，10，16，20，25，32，40 3 DZ15-40/29013802DZ15-40/39013803DZ15-40/39023803DZ15-40/49013804DZ15-63/1901632201 10，16，20，25，32，40，50，63 5DZ15-63/29013802DZ15-63/39013803DZ15-63/39023803DZ15-63/49013804DZ15DZ15系列规格及参数系列规格及参数7作用：作用：1、主要用于照明配电系统和控制回路。2、机床常用于过载、短路保护3、不频繁地通断电器装置和照明线路。图2-3小型断路器外形图 图2-4
4、小型断路器图形及文字符号 (单极和三极)8DZ47-60系列型号意义为：DZ47-60系列分类：按额定电流In分有:1A、2A、3A、4A、5（6）A、10A、15（16）A、20A、25A、32A、40A、50A、60A；按级数分有:单极、二极、三极、四极；按断路器瞬时脱扣器的型式分有:C型（5In10In）、D型（10In14In）。DZ47-60系列技术参数如表2-32-4所示：壳架等级额定电流塑料外壳式断路器设计序号DZ 47-609序号脱扣器额定电流In(A)起始状态试验电流规定时间预期结果备注A160冷态1.13Int1h不脱扣 B160紧接着A项实验后进行1.45Int1h脱扣电
5、流在5秒内稳定地上升至规定值CIn32冷态2.55In1st32冷态2.55In1st120s脱扣 D160冷态5Int0.1s不脱扣C型E160冷态10Int0.1s脱扣C型F160冷态10Int0.1s不脱扣D型G160冷态14Int（或I（或U）表示过电压（或欠电压）继电器。图2-7电磁继电器外形图 29 电磁式继电器按吸引线圈电流种类不同,有交流和直流两种。由于电磁式继电器具有工作可靠、结构简单、制造方便、寿命长等一系列优点，故在数控机床电气控制系统中应用最为广泛。图2-8电磁继电器图形及文字符号 30表表2-9 JTX2-9 JTX通用型小型电磁继电器主要技术参数通用型小型电磁继电器
6、主要技术参数 额定工作电压（V）DC：6、12、24、48、110、220AC：6、12、24、48、110、220、380吸动电压（V）DC：75%；AC：80%释放电压（V）DC：10%；AC：30%功耗DC：2W；AC：3.5VA防尘型 触点最大控制容量（COS=1）7.5A 250VAC；7.5A 28VDC 触点形式2C 3C电气寿命（次）1x105机械寿命（次）1x107介质耐压1500V绝缘电阻500M温度范围-25+45振动1055Hz双振幅1.0mm重量（克）125g装置方式Plig-in插座式外形尺寸(cm)35X35X5531 固态继电器(Solid State Rela
7、y)简称SSR；新型无触点继电器。固态继电器是用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点开关，而在前级中与光电隔离器融为一体。因此，固态继电器实际上是一种带光电隔离器的无触点开关。由于可靠性高、开关速度快和工作频率高、使用寿命长、便于小型化、输入控制电流小等一系列优点。SSR 图2-9 固态继电器图形及文字符号 2）、固态继电器32 （a a）固态继电器的分类）固态继电器的分类 固态继电器具有两个输入端和两个输出端的一种四端器件，按输出端负载电源类型可分为直流型和交流型两类。其中直流型是以功率晶体管的集电极和发射极作为输出端负载电路的开关控制，而交流型是以双向三端晶体闸流管的两个电极作为输出端负载电
8、路的开关控制，如图2-10所示。3+4+12图2-10 交流固态继电器内部电路原理图 33（b b）固态继电器主要技术数据）固态继电器主要技术数据表表2-11 2-11 国产固态继电器主要技术数据国产固态继电器主要技术数据 输入输出隔离性能开关速度驱动电压驱动电流断态重复峰值电压有效输出电流峰值单周浪涌电流工作频率导通压降输入输出绝缘耐压换接时间330V310mA50110220V140A10300A4565Hz2V1500V10ms34(1)(1)、变压器、变压器 变压器是一种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的静止电器。1）机床控制变压器 机床控制变压器适用于交流506
9、0Hz，输入电压不超过660V的电路，作为各类机床、机械设备等一般电器的控制电源、步进电机驱动器、局部照明及指示灯的电源。35T 图2-12 双绕组变压器图形及文字符号 图2-11 机床控制变压器外形图 36JBK系列机床控制变压器型号含义：BK系列控制变压器型号含义：变压器机床铁芯形式“C”插片式，“P”卷片式额定容量（VA）设计序号（1、2、3、4、5）控制J B K-B K-控制额定容量（VA）变压器表表2-12 JBK2-12 JBK系列控制变压器电压型式系列控制变压器电压型式 规格初级电压(V)次级电压(V)控制照明指示信号40VA220或380110(127)(220)24(36)
10、(48)6(12)63VA160VA400VA1000VA37 BK系列控制变压器适用于 50-60Hz 的交流电路中，作为机床和机械设备中一般电器的控制电源、局部照明及指示电源。表表2-13 BK2-13 BK系列控制变压器规格参数及尺寸系列控制变压器规格参数及尺寸 型号初级电压次级电压安装尺寸（AxC）安装孔(KxJ)外形尺寸BxDxEBK-25220、380或根据用户需求而定6.3、12、24、36、110、127、220、380V或根据用户需求而定62.5x465x780 x75x89BK-15085x736x8105x103x110BK-700125x1008x11153x146x1
11、60BK-1500150.5x1598x11185x234x210BK-5000196.5x1928x11245x286x26538 2）三相变压器 三相电压的变换可用三台单相变压器也可用一台三相变压 器，从经济性和缩小安装体积等方面考虑，可优先选择三相变压器。在数控机床中三相变压器主要是给伺服动力等供电。图2-16为三相变压器外形图，图2-17图形及文字符号（星型-三角形联结）。图2-13三相变压器外形图 图2-14三相变压器（星形三角形联结）图形及文字符号 39 变压器的选择：变压器的选择：a、根 据 实 际 情 况 选 择 初 级（原 边）额 定 电 压 U1（380V,220V），再选
12、择次级额定电压U2,U3,(次级额定值是指初级加额定电压时，次级的空载输出，次级带有额定负载时输出电压下降5%，因此选择输出额定电压时应略高于负载额定电压)。b、根据实际负载情况，确定次级绕组额定电流I1,I2,I3,，一般绕组的额定输出电流应大于等于额定负载电流。c、次级额定容量由总容量确定。总容量算法如下P2=U2 I2+U3I3+U4I4+根据次级电压、电流（或总容量）可选择变压器，d、变压器的选用除了要满足变压比之外，还要考虑变压器性价比，优先选用变压档输出全的变压器.40直流稳压电源的功能直流稳压电源的功能是将非稳定交流电源变成稳定直流电源。是将非稳定交流电源变成稳定直流电源。控制对
13、象控制对象:驱动器、控制单元、小直流继电器、信号指示灯等；数控机床中主要使用开关电源和一体化电源。数控机床中主要使用开关电源和一体化电源。（2 2）、直流稳压电源）、直流稳压电源41 1 1）开关电源）开关电源 开关电源被称作高效节能电源，因为内部电路工作在高频开关状态，所以自身消耗的能量很低，电源效率可达80%左右，比普通线性稳压电源提高近一倍。目前生产的无工频变压器式中、小功率开关电源，仍普遍采用脉冲宽度调制器（简称脉宽调制器PWM）或脉冲频率调制器（简称脉频调制器PFM）专用集成电路。它们是利用体积很小的高频变压器来实现电压变化及电网隔离，因此能省掉体积笨重且损耗较大的工频变压器。42
14、主要性能指标有：主要性能指标有：a、输入AC电压：85VAC-264VACb、输入频率：47-63Hzc、冷态冲击电流：20A/115VAC;30A/220VAC d、过流保护：105150%的额定值开始保护，过压保护，过功率保护，短路保护，自动恢复e、启动、上升、保持：500ms,50ms,大于20ms f、抗电强度：输入与输出之间，输入与大地可承受AC1.5KV/1min g、绝缘电阻：输入与大地、输入与输出加DC500V绝缘电阻大于50M43h、工作环境温度：-10C 至45C，60C时可用功率60%。70C时可用满功率35%i、效率：65%-87%j、纹波噪声：小于输出电压1%k、存储
15、温度：-20C+85Cl、输出电压调整：10%范围内，总调整率（线形及负载）小于2%m、安规标准：参考UL1950图 2-15开关电源外形图 VC图 2-16 直流稳压电源图形及文字符号 44 2 2）一体化电源）一体化电源 输入参数：输入参数：AC220V10%/50（47-63）Hz单相或AC380V10%/50Hz三相输出参数：DC5300V 电流0.520A 功率22000W 电压调整率0.5%（5V时1%）电流调整率1.0%（5V时2%）纹波系数1.0%工作频率50100KHz 具有过热、过流、短路保护；可另加过欠压保护；负载率0 100%；使用率80%；效率80%图 2-17 一体
16、化电源外形图 45 电源的选择:选择电源时需要考虑的问题主要有：a.电源的输出功率输出路数；b.电源的尺寸;c.电源的安装方式和安装孔位；d.电源的冷却方式；e.绝缘强度；f.电磁兼容 g.环境条件。463)明确输入电压范围；4)电源的散热问题；如果系统能形成良好的自然对流风道，且电源位于风道上，可以考虑选择自然冷却的电源；如果系统的通风比较差，或系统内部温度比较高，可以考虑选择风冷的电源。5)如果环境不是很恶劣或电柜中（符合防护等级IP54）可选用普通电源；如果在条件恶劣的环境中使用，比如油污、潮湿、腐蚀等选用全密封的一体化电源较好。1)为了提高系统的可靠性，建议电源工作在50%-80%负载
17、为佳；2)尽量选用厂家的标准电源；47 熔断器是一种广泛应用的最简单的有效的保护电器。组成组成:熔体,熔座。熔体一般由熔点低，易于熔断、导电性良好的合金材料制成。(a)快速熔断器(芯为熔体)(b)螺旋式熔断器 (c)熔断隔离器 图2-18 熔断器及熔断隔离器外形图 48(1)(1)、熔断器主要参数、熔断器主要参数:1）额定电压。2）额定电流。3）极限分断能力。图2-19 熔断器图形及文字符号 49表表2-14 RT182-14 RT18系列熔断隔离器主要技术参数系列熔断隔离器主要技术参数 RT18系列熔断隔离器型号及其含义：型号熔断体额定电流（A）尺寸(cm)A B D E F重量（kg）RT
18、18-322，4，6，10，16，20，25，3282 78 60 77 180.075RT18-32X2，4，6，10，16，20，25，3282 78 60 77 180.075RT18-632，4，6，10，16，20106 103 80 110 260.18RT18-63X2，4，6，10，16，20106 103 80 110 260.1850表表 2-15 RS12-15 RS1系列熔断器主要技术参数系列熔断器主要技术参数 型号额定电流（A）额定电压（V）重量（kg）RS140.5,1,2,3,4,6,8,10,16,20500 6600.0045RS150.5,1,2,3,4,5
19、,6,8,10,16,25,30,35500 6600.009RS161,2,3,4,5,6,8,10,16,20,25,30,32,40,50,63500 6600.022RS172,4,6,8,10,12,16,20,25,32,40,50,63,80,100500 6600.0651 选择熔断器主要是选择熔断器的类型、额定电压、额定电流及熔体的额定电流。1）熔断器的额定电压应大于或等于线路的工作电压。2）熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额定电流。3)熔体的额定电流的选择：a、用于保护照明或电热设备的熔断器，因为负载电流比较稳定,所 以熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流，即Ire
20、Ie(2)(2)、熔断器的选择、熔断器的选择52 c、用于保护频繁启动电动机（即供电支线）的熔 断器，考虑频繁启动时发热,熔断器也不应熔断，即Ire(33.5)Ie d、用于保护多台电动机（即供电干线）的熔断器，在出现尖峰电流时也不应熔断。通常，将其中容量最大的一台电动机启动，而其余电动机运行时出现的电流作为其尖峰电流，即Ire(1.52.5)Iemax+Ie，注意注意:为防止发生越级熔断，上、下级（即供电干、支线）熔断器间应有良好的协调配合，为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔断额定电流比下一级（供电支线）大1-2个级差。53 如果把行程开关安装在工作机械各种行程终点处，限制其行程，它就称
21、为限位开关或终端开关。因此，行程开关、限位开关和终端开关是同一开关。图2-20 行程开关外形图 行程开关行程开关 常闭常闭 行程开关行程开关 常开常开 图2-21行程开关图形及文字符号(1)(1)、行程开关行程开关54 接近开关是非接触式的监测装置，当运动着的物体接近开关是非接触式的监测装置，当运动着的物体接近它到一定距离范围内，就能发出信号，以控制运接近它到一定距离范围内，就能发出信号，以控制运动物体的位置或计数。动物体的位置或计数。图2-22 接近开关外形图 SQ 图2-23 霍尔接近开关图形及文字符号 (a)常开触点 (b 常闭触点 SQ SQ 图2-24接近开关图形及文字符号(2)(2
22、)、接近开关、接近开关55 微动开关是具有瞬时动作和微小的行程，可直接微动开关是具有瞬时动作和微小的行程，可直接由某一定的力经过一定的行程使触头速动，从而实现由某一定的力经过一定的行程使触头速动，从而实现电路的转换的灵敏开关。电路的转换的灵敏开关。图2-25 微动开关外形图 SA图2-26脚踏开关外形图 图2-27脚踏开关图形及文字符号 其它开关还有刀开关、万能转换开关、钥匙开关、组合开关等。其它开关还有刀开关、万能转换开关、钥匙开关、组合开关等。(3)(3)、微动开关、脚踏开关、微动开关、脚踏开关56(1)(1)、按钮、按钮 按钮通常用来接通或断开控制电路（其中电流很小），从而控制电动机或其
23、它电器设备的运行:原来就接通的触点，称为常闭触点；原来就断开的触点，称为常开触点。按钮外形图及符号如图2-28，2-29所示。国标对按钮的颜色和标识都有要求，根据这些要求可以正确地设计、识别按钮的功能及含义。按钮的颜色应符合表2-16要求。57SB (a)常开触点 (b)常闭触点 (c)复式触点 (d)紧急停止 (e)按钮带锁 (f)按钮带灯 SB SB SB 图2-28 控制按钮外形图 图 2-29 按钮的图形及文字符号 58表表2-162-16按钮的颜色代码及其含义按钮的颜色代码及其含义 颜色含义说明应用示例红紧急危险或紧急情况时操作急停黄异常异常情况时操作干预制止异常情况干预重新起动中断
24、了的自动循环绿正常启动正常情况时操作 蓝强制性的要求强制动作的情况下操作复位功能白未赋予特定含义除急停以外的一般功能的启动起动/接通（优先）停止/断开灰起动/接通停止/断开黑起动/接通停止/断开（优先）注：如果使用代码的辅助手段（如形状、位置、标记）来识别按钮操作件，则白、灰或黑 同一颜色可用于不同功能（如白色用于起动/接通和停止/断开）。59 指示灯用来发出下列形式的信息：指示灯用来发出下列形式的信息：指示：引起操作者注意或指示操作者应该完成某种任务。红、黄、绿和蓝色通常用于这种方式；确认：用于确认一种指令、一种状态或情况，或者用于确认一种变化或转换阶段的结束。蓝色和白色通常用于这种方式，某
25、些情况下也可用绿色。图2-30示指示灯外形图，图2-31示指示灯图形及文字符号。指示灯的颜色应符合表2-18的要求。(2)(2)、指示灯、指示灯60 HL 图2-30 指示灯外形图图2-31指示灯图形及文字符号 61表表2-18 2-18 指示灯的颜色及其相对应机械状态的含义指示灯的颜色及其相对应机械状态的含义 颜色含义说明操作者的动作红紧急危险情况立即动作去处理危险情况（如操作急停）黄异常异常情况 紧急临界情况监视和（或）干预（如重建需要的功能）绿正常正常情况任选蓝强制性指示操作者需要动作强制性动作白无确定性质其他情况监视62 数控机床上主要有三种导线：数控机床上主要有三种导线：动力线、控制
26、线、信号线。导线的选择应适用于导线的选择应适用于:工作条件 如:电压、电流、电击的防护 外界影响 如:环境温度、湿度或存在腐蚀物质燃烧危险和机械 应力包括安装期间的应力。导线的横截面积、材质（铜或铝等）、绝缘材料 等都是设计时需要考虑的，可以参照相关书籍手册。等都是设计时需要考虑的，可以参照相关书籍手册。63二、数控机床常用检测元件二、数控机床常用检测元件光栅利用光的透射、衍射原理，通过光敏元件测量莫尔条纹移动的数量来测量机床工作台的位移量。一般用于机床数控系统的闭环控制。光栅主要由标尺光栅标尺光栅和光栅读数头光栅读数头两部分组成，其原理可参看下面动画演示。64长光栅莫尔条纹播放动画播放动画6
27、5环形莫尔条纹播放动画播放动画播放中播放中单击准备演示单击准备演示6667 a a a a b b b b B W 光栅读数是利用莫尔条纹的形成原理进行的。右图是莫尔条纹形成原理图。将指示标光栅和标尺光栅叠合在一起，中间保持0.01-0.1mm的间隙，并且指示光栅和标尺光栅的线纹相互交叉保持一个很小的夹角，)2/sin(2WB WB 两条暗带或两条亮带之间的距离叫莫尔条纹的间距B，设光栅的栅距为W，两光栅线纹夹角为，则它们之间的几何关系为因为夹角很小，所以可取sin（/2）/2，故上式可改写成由上式可见，越小，则B越大，相当于把栅距W扩大了1/倍68 当光电码盘随工作轴一起转动时，光源通过聚光
28、镜，透过光电码盘和光栏板形成忽明忽暗的光信号，光敏元件把光信号转换成电信号，然后通过信号处理电路的整形、放大、分频、计数、译码后输出或显示。69信号处理装置abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距AABBZZm+/470三、数控装置接口三、数控装置接口71 1.1.电源接口电源接口XS1 XS1 引脚号信号名说明1、5AC24V1/2交流24V电源2DC24V直流24V电源3空 4DC24V地6PE地7空 722.PC2.PC键盘接口键盘接口XS2 XS2 引脚号信号名说明1DATA数据2空 3GND电源地4VCC电源5CLOCK 6空时钟733.3.以太网接口以太网接口XS3 XS3
29、 引脚号信号名说明1TX_D1+发送数据2TX_D1-发送数据3RX_D2+接收数据4BI_D3+空置5BI_D3-空置6RX_D2-接收数据7BI_D4+空置8BI_D4-空置74引脚号信号名说明1L1减小写电流2L2驱动器选择 A3L3写数据4L4写保护5+5V驱动器电源6L5驱动器A允许7L6步进8L70磁道9L8盘面选择10GND驱动器电源地、信号地11L9索引12L10方向13L11写允许14L12读数据15L13更换磁盘4.4.软驱接口软驱接口XS4 XS4 755.RS2325.RS232接口接口XS5 XS5 引脚号信号名说明1-DCD载波检测2RXD接收数据3TXD发送数据4
30、-DTR数据终端准备好5GND信号地6-DSR数据装置准备好7-RTS请求发送8-CTS准许发送9-R1振零指示766.6.远程远程I/OI/O接口接口XS6 XS6 引脚号信号名说明1EN+使能2SCK+时钟3Dout+数据输出4Din+数据输入5GND地6EN-使能7SCK-时钟8Dout-数据输出9Din-数据输入777.7.手持单元接口手持单元接口XS8 XS8 信号名说明24V、24VGDC24V电源输出ESTOP2、ESTOP3手持单元急停按钮I32I39手持单元输入开关量O28O31手持单元输出开关量HA手摇A相HB手摇B相+5V、5VG手摇DC5V电源788.8.主轴控制接口主
31、轴控制接口XS9 XS9 信号名说明SA+、SA-主轴码盘A相位反馈信号SB+、SB-主轴码盘B相位反馈信号SZ+、SZ-主轴码盘Z脉冲反馈+5V、GNDDC5V电源AOUT1、AOUT2主轴模拟量指令输出GND模拟量输出地799.9.开关量输入、输出接口开关量输入、输出接口XS10XS10、XS11 XS11 信号名说明24VG外部开关量DC24V电源地I0I39输入开关量O0O31输出开关量ESTOP1，ESTOP3急停回路与超程回路的串联的接入端子OTBS1，OTBS2超程限位开关的接入端子8010.10.模拟接口式、脉冲接口式伺服模拟接口式、脉冲接口式伺服 信号名说明A+、A-编码器A相位反馈信号B+、B-编码器B相位信反馈信号Z+、Z-编码器Z脉冲反馈信号+5V，GNDDC5V电源OUTA模拟指令输出(-20mA+20mA)CP+、CP-指令脉冲输出（A相）DIR+、DIR-指令方向输出（B相）8111.11.串行接口式（串行接口式（HSV-11HSV-11系列）伺服系列）伺服驱动驱动器控制接口器控制接口 XS40XS40XS43 XS43 信号名说明TXD数据发送RXD数据接收GND信号地8212.12.开关量输入接线端子板开关量输入接线端子板8313.13.HC5301-RHC5301-R输出继电器板输出继电器板84
