8.2 机床电气基础认知（教案）《现代制造技术基础》同步精品课堂（苏教版·凤凰职教）

《现代制造技术基础》教案 课 题 模块8 现代制造装备安全生产与机床电气基础认知 单元2 机床电气基础认知 课 型 课 时 2 授课班级 授课时间 90 授课教师 教材分析 所选教材《现代制造技术基础》是职业学校机械专业新方案新课标创新实验教材，是江苏凤凰职业教育图书有限公司在江苏省教育科学研究院指导下，依据江苏省职业学校“学标、贯标、用标”的需要开发的。教材内容结合职业院校机械类学生应掌握的现代制造技术基本知识，紧扣新时代脉搏，充分挖掘思政元素，将立德树人根本任务贯穿于教材通篇，并与江苏省中职加工制造类专业技能教学标准及学业水平考试技能考纲相关联，突出知识传授与技能培养，将现代先进制造技术的基本知识与职业素养有机融入设置教学模块和单元，具体包含现代制造技术的发展、超高速加工技术、多轴加工技术、特种加工技术、增材制造技术、智能制造系统、其他先进制造技术、现代制造装备安全生产与电气基础认知8个模块。教学模块与教学单元根据学生认知规律和职业成长规律、现代制造技术的发展与分类进行设置，从而使教学内容合理序化，非常适合职业学校机械类专业使用。 学情分析 本课程主要面向中等职业教育，以培养技术技能人才为主要目标。而中等职业学校的学生普遍具有学习基础较为薄弱、缺乏学习自信心以及自控能力、自学能力较差，但动手能力较强等特点，一定程度上增加了课程教学的难度，应根据学情，以学生感兴趣的内容为切入点，选择合适的教学方法，激发学生的学习兴趣，提高学生的学习积极性。 学习目标 知识目标：了解常用数控机床电气元件的基本原理、作用，数控机床电气装置的组成，以及常用机床电气控制系统的故障与维护方法；清楚数控机床常见电气故障，理解机床电气安全问题与常用机床电气的安全操作规范。 能力目标：能够判断数控机床常见电气故障、机床电气控制设备常见故障，识别机床电气安全问题，并能够进行故障检修。 情感目标：通过学习，使学生具备良好的职业素养。 学习重难点 重点：机床电气安全问题与常用机床电气的安全操作规范。 难点：常用机床电气控制系统的故障与维护方法。 教学方法 讲授法、启发式教学法、合作探究教学法、案例分析法等。 课前准备 教师准备：了解学情、创设情境，明确学习任务。 学生准备：确定分组、思考讨论，完成课前预习任务。 教学媒体 纸质版教学媒体：教材、配套习题 数字化教学媒体：多媒体，中国大学MOOC（慕课）等教学网站 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 观看视频： 西方技术封锁半个世纪，中国机床如何逆袭？ 根据视频内容，分组讨论高端起床对国家发展的重要性及中国机床产业未来发展的机遇。 观看视频，结合视频内容设置讨论任务 1.学生分组讨论，完成任务 2.小组代表发言（抢答形式，小组积分） 1.组织学生分组讨论学习，培养学生团队合作意识和沟通交流习惯。 2.积分制激发学生对本章内容学习的兴趣，调动学生的积极性。 活动二： 调动思维 探究新知 一、数控机床电气元件的基本原理及作用 数控机床(本单元机床以数控机床为例进行学习)电气元件的安装位置在数控机床电气柜中，主要有开关、保护电器、PLC控制器、变频器、各运动机构的驱动单元和辅助设备等。 下面简述几种常见的低压电器，低压电器通常指工作在交直流电压1200 V以下的电器。 (一)数控机床中常用的低压电器 1.隔离开关、负荷开关、断路器 隔离开关是在断开位置满足隔离要求的开关，结构上没有灭弧罩。只能在没有任何负荷电流的情况下开断，起到隔离电气的作用，一般装在负荷开关或断路器的两端，起到检修负荷开关或断路器时隔离电气的作用，保证电气检修时的安全。隔离开关是为检修而准备的，所以又叫检修开关。隔离开关在故障时不能动作，对线路和设备没有保护作用。 负荷开关是能分断正常负荷电流的开关，即可以带负荷分断，有灭弧罩，具有一定的灭弧能力。负荷开关和隔离开关，都可以形成明显断开点，隔离开关不具备保护功能，负荷开关有过载保护功能。 断路器是具有过载、短路和欠电压保护等多种功能的保护电器。断路器具有分断事故负荷的作用，与各种继电保护配合，起到自动切断电路保护电气设备或线路的作用。所以断路器是为保护而准备的。但是，由于断路器的爬电距离不够，你看到开关分闸了，有可能因为断路器的内部故障等原因而没有断开回路，此时你如果检修下端设备就有可能触电，不能保证安全。可见，断路器不具有隔离功能。 现在，有些新型的复合开关，将多种功能组合设计。例如，负荷开关和熔断器的组合能自动跳闸，具备断路器的部分功能。有一种带隔离功能的断路器，是将普通断路器和隔离开关的功能二合一。 要注意，送电时要先合隔离开关后合断路器，断电时要先断断路器后断隔离开关。 2.低压断路器 低压断路器也称为自动空气开关，用于分配电能、不频繁地启动异步电动机以及对电源线路及电动机等的保护。当发生严重的过载、短路或欠电压等故障时能自动切断电路。它是低压配电线路应用非常广泛的一种保护电器。 低压断路器的主要参数有额定电压、额定电流、通断能力和分断时间等。 (1)额定电压。是指断路器在长期工作时的允许电压。通常它等于或大于电路的额定电压。 (2)额定电流。是指断路器在长期工作时的允许持续电流。 (3)通断能力。是指断路器在规定的电压、频率以及规定的线路参数(交流电路为功率因数，直流电路为时间常数)下，所能接通和分断的短路电流值。模块。 现代制造装备安全生产与机床电气基础认知 (4)分断时间。是指断路器切断故障电流所需的时间。 3.熔断器 熔断器基于电流热效应原理和发热元件热熔断原理设计，具有一定的瞬动特性，用于电路的短路保护和严重过载保护。它具有结构简单、体积小、使用维护方便、分断能力较强、限流性能良好等特点，应用十分广泛。 熔断器的种类很多。按结构来分有半封闭插入式、螺旋式、无填料密封管式和有填料密封管式；按用途来分有一般工业用熔断器、半导体器件保护用快速熔断器和特殊熔断器(如具有两段保护特性的快慢动作熔断器、自复式熔断器等)。 熔断器的主要参数有额定电压、额定电流和极限分断能力等。 4.变压器 变压器是利用电磁感应原理工作的设备，利用它可以改变电源的电压(升压或降压)。其核心部分是铁心和绕组。铁心一般是用厚度为零点几毫米的硅钢片叠成，以减小铁心中的涡流，从而减轻铁心的发热。绕组分为一次绕组和二次绕组，一般是用铜线直接绕在铁心上。其一次绕组接于电源一侧，二次绕组接于负载一侧，当一次绕组通入交流电时，铁心中会产生交变的磁通，从而在二次绕组中产生交变的电动势。 变压器的主要参数有：额定容量、额定电压、额定电流、额定频率等。 (1)额定容量。指变压器二次绕组输出的额定视在功率，单位为 VA或kVA。 (2)额定电压。指变压器额定运行情况下，根据变压器的绝缘强度和允许温升所规定的一次绕组和二次绕组的电压值，单位是V或kV。 (3)额定电流。指变压器在额定运行条件下根据允许温升所规定的绕组电流值，单位是A 或kA。 (4)额定频率。指变压器额定运行条件下所允许的频率值，单位是 Hz。 5.整流桥 整流桥在电路中的作用是将交流电压转变为脉动的直流电压，其主要参数有：额定电压、额定电流等。 (1)额定电压。指整流桥在额定条件下的交流电压。 (2)额定电流。指整流桥在额定条件下所允许通过的电流。 (二)数控机床驱动器 1.华中数控系统中的电控系统 (1)交流主电路系统。国家标准工业供电电源是三相交流 380V，频率50 Hz，也是数控机床普遍要使用的电源。三相交流电引入数控机床电气柜内，经总开关后的母线，其分支有的经保护开关和接触器控制交流异步电动机，为液压系统、冷却系统、润滑系统等提供动力；有的经过三相变压器降压供给主轴或进给伺服系统；也有许多单相使用，经降压、整流、稳压或经开关电源供给某些电子电器装置使用。 交流主电路系统通常使用的电器元件有隔离开关、保护开关、空气断路器、交流接触器、熔断器、热继电器、伺服变压器、控制变压器、接线端子排等，起到分合、控制、切换、隔离、短路保护、过载保护及失压保护等作用。模块。 现代制造装备安全生产与机床电气基础认知 (2)机床辅助功能控制系统。数控系统发出辅助功能控制命令，经可编程序控制器(简称 PLC)进行逻辑控制，由辅助控制系统对主电路电器进行控制；数控系统接受辅助功能控制命令，经过操作盘进行操作。在这个系统中使用的电器元件主要有各种按键、按钮、波段开关、带操作手柄的开关、电源开关、保护开关、微动开关、行程开关、继电器、指示器、指示灯等。也有一些无触头的开关，如接近开关、光电开关、霍尔开关、固态继电器等，这些元件的额定电流不超过10A。 2.步进电动机 步进电动机是一种能将数字脉冲输入转换成旋转增量运动的电磁执行元个脉冲。每输入一个脉冲，步进电动机转轴步进一个步距角增量，因此，步进电动机能很方便地将电脉冲转换为角位移，具有定位精度好、无漂移和无积累定位误差的优点。它还能跟踪一定频率范围的脉冲列，作为同步电动机使用，广泛地应用于各种小型自动化设备及仪器中。 步进电动机按转矩产生的原理可分为反应式、永磁式及混合式步进电动机；根据控制绕组数量可分为二相、三相、四相、五相、六相步进电动机；根据电流的极性可分为单极性和双极性步进电动机；根据运动的形式可分为旋转、直线、平面步进电动机。 步进电动机的控制方式，一般可分为开环控制和反馈补偿闭环控制。 3.交流伺服控制系统 交流伺服控制系统中最常用的是 PWM 型变频控制调速系统。 (1)交流伺服系统主要由下列几个部分构成。 ①交流伺服电动机。它可分为永磁式同步交流伺服电动机、永磁式无刷直流伺服电动机、感应式伺服电动机及磁阻式交流伺服电动机。 ②PWM 功率逆变器。可分为功率晶体管逆变器、功率场效应管逆变器、IGBT 逆变器(包括智能型IGBT 逆变器模块)等。 ③微处理器控制器及逻辑门阵列。可分为单片机、DSP(数字信号处理器)、DSP+CPU、多功能 DSP(如TMS320F240)等。 ④位置传感器(含速度)。可分为旋转变压器、磁性编码器、光电编码器等。 ⑤电源及能耗制动电路。 ⑥键盘及显示电路。 ⑦接口电路，包括模拟电压、数字I/O及RS232串口通信电路。 ⑧故障检测、保护电路。 二、数控机床电气装置的组成 数控机床电气装置一般由输入/输出装置、数控装置(或称CNC单元)、可编程序控制器(PLC)、主轴驱动系统、进给伺服驱动系统、强电控制电路、辅助装置和位置检测装置等组成。 1.输入/输出装置 输入/输出装置是数控装置与外部设备进行数据或信息交换的装置。数控机床的输入装置有键盘、磁盘驱动器、光电阅读机等；输出装置主要是液晶显示器。 2.数控装置(CNC) 数控装置是数控机床电气控制系统的核心，由硬件和软件两部分组成。它能够自动地对输入的加工程序进行解码、运算和逻辑处理，然后将数控加工程序信息按两类控制量分别输出:一类是连续控制量，送往伺服系统；另一类是离散的开关控制量，送往机床强电控制电路，从而协调控制机床各部分的运动，完成数控机床所有运动的控制，实现数控机床的加工。 3.主轴驱动系统 主轴驱动系统由主轴电动机(包括速度检测元件)和主轴伺服驱动装置组成，主轴驱动系统接受来自数控装置的驱动指令，经过速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接收速度反馈实施速度闭环控制，实现对主轴转速的调节控制。樓8 4.进给伺服系统现代制造装备安全生产与机乐电气基础认知 进给伺服系统由进给伺服电动机(一般内装速度和位置检测元件)和进给伺服驱动装置组成。 5.可编程逻辑控制器(PLC) 可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自CNC 装置的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC装置，使CNC 装置能及时准确地发出进一步的控制指令，实现对整个机床的控制。 6.强电控制电路 随着 PLC 功能的不断强大，机床中传统的继电器逻辑电路已经很少存在，现在机床强电控制电路主要任务是对电源的控制以及与PLC联合控制，把PLC输出的辅助控制指令转换成强电信号，以实现对润滑、冷却、气动、液压、排屑和主轴换刀等辅助装置的逻辑控制。 7.位置检测装置 位置检测装置是将数控机床各坐标轴的实际位移量、速度等参数检测出来，转变成电信号反馈给CNC 装置，通过将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，并由CNC装置发出比较的差值去控制驱动装置，使各坐标轴按照指令值移动，从而实现对位置的精确控制。 三、数控机床常见电气故障 1.电源故障 电源是维持数控机床正常运行的前提，同时也是常见故障之一，现在大部分的数控机床电子系统受电流电压等因素影响，电源系统在运行时，经常会出现供电问题。一旦生产过程中出现意外，势必会对电源运行安全造成影响，出现电气系统死机故障，使得数据库内信息丢失，严重的甚至会造成整个机床系统瘫痪。 针对此类问题，在数控机床安装时，应设置独立的配电箱，将电源系统与其他电气系统区分开，部分电网供电稳定性较差的区域应设置三相交流稳压设备。电源要确保其接地良好，不会在运行过程中出现漏电或者串电等问题，如果选择用三相五线的设计方式，要将中线与接地分开设置。 2.短路故障 在系统运行时电势两点不正确地直接碰接，或者是接通电阻非常小的导体时，将不需要接通的线路接通，使得电路内电阻降低，出现短路故障。一旦数控机床系统出现短路故障，会使得操作控制系统执行程序混乱，如果不能及时处理甚至会使得系统失控，必须要停车检修。诱发短路故障产生的原因比较多，如元件绝缘老化、受潮损坏以及接触器或者继电器连锁失效等，主要表现为电源短路与电器短路两种。其中，电源短路时电流不会流经用电器，而是直接通过导线从正极流回负极，使得电源运行安全存在较大隐患。而电器短路即系统内部分电路短路，将一根导线连接在电器两端位置，会造成电器设备被短路，电器被烧毁，针对此类故障可以通过分段断开电路的方式来进行故障检测与排除。 3.控制器故障 控制器故障发生的原因主要是因为触电烧灼，影响线路接触效果，尤其是对于开关部件来说，系统所用开关要保证其负荷量满足运行需求，减少继电器使用数量。数控机床系统中继电器应用数量越多，则其诱发故障的概率越高，并且存在很多不易察觉的故障隐患，很容易出现电器故障。因此在系统设计安装时，必须要做好继电器的管理，确保其设计的合理性，并且在后期使用过程中需要安排专业技术人员进行全面检修养护，为机床营造一个良好的运行环境，消除存在的各类故障隐患。 1.了解学习目标和任务 2.教师提出问题，在老师的引导下，打开思路进行思考讨论 3.学生代表或个人表达观点（小组或个人积分） 1、组织学生回答问题，提高学生课堂参与度，使同学们通过思考加深印象。 2.讲解教学目标，让学生明确本节课的学习任务，让学习更有针对性和目标。 3.小组或个人积分形式，更能激发学生作为学习主体，参与学习的动机和团队合作意识的树立。 活动三： 调动思维 探究新知 四、机床电气安全问题 1.直接电击 (1)短路、过载保护。线路发生短路时，线路中的电流将增加到正常时的几倍甚至几十倍。在配电设备中常用熔断器以达到短路保护功能。熔断器不仅要标明额定电流，还应标明额定电压。根据配电系统中可能出现的最大故障电流，选择具有相应分断能力的熔断器。熔件的额定电流一般为用电设备额定电流的1.5倍左右。过载保护一般由自动开关(或小型断路器)完成。根据实际需要，自动开关可配备过电流脱扣器、失压脱扣器、分励脱扣器。为了起到自动开关过载保护的作用，自动开关的额定电流要与负载电流相匹配，并小于导线的负载流量。 (2)漏电保护。电流通过人体内部，对人体伤害的严重程度与通过人体电流的大小、通过人体的持续时间、通过人体的途径、电流的频率以及人体的状况等多种因素有关。特别是电流的大小和通过时间之间有着十分密切的关系。目前，我国对于漏电保护器取30毫安/秒作为设计依据，按此设计漏电保护器，可以满足触电保护的要求，具有足够的安全性。 在数控机床中漏电保护方式一般采用分支线保护和末端保护相结合的分级保护方式，并以末端保护为主。这样，可尽量缩小发生人身触电及故障时所引起的停电范围，不影响其他设备或用户的用电，便于查找故障，提高供电系统的可靠性。漏电保护器不同于其他电气用品，由于它关系到人身安全，因此选用时必须注意以下原则： ①必须符合国家标准的要求，并具有中国电工产品认证委员会(缩写为CCEE)的认证标志； ②应具备经有关专业部门检测并试验合格的报告证明文件； ③应符合漏电保护方式对其额定漏电动作电流及分断时间的要求，并满足分级保护的级间协调原则。 (3)接地保护。设备的某部分与土壤之间作良好的电气连接，叫作接地。与土壤直接接触的金属物件，叫作接地体或接地极。当电气设备发生接地故障时，电流就通过接地体向大地作半球形散开，这一电流叫作接地短路电流。试验证明，在距单根接地体或接地短路点20m左右的地方，实际上流散电阻已趋近于零，也就是这里的电位已趋近于零。凡电位趋近于零的地方，即距接地体或接地短路点20%以上的地方，就叫作电气的“地”或“大地”。接地电阻并不是一成不变的，是随着时间的推移、地下水位的变化以及土壤导电率的变化而变化。所以规范要求接地装置必须在地面以上按设计要求位置设测试点。 按接地作用的不同可分为： ①工作接地。为了保证电气设备在正常和事故情况下可靠地工作而进行的接地，叫作工作接地，如变压器中性点直接接地。 ②保护接地。为了保证人身安全，防止触电事故，把在故障情况下可能呈现危险的对地电压的金属部分同大地紧密地连接起来，叫作保护接地。对电力系统来说，保护接地的方法一般只适用于中性点不接地的电网中，只有在这种电网中，凡有金属外壳及构件的用电设备才可以采用保护接地来保证人身安全。 ③重复接地。在中性点直接接地的低压系统中，为确保零线安全可靠，除在电源(如变压器)中性点进行工作接地外，还必须在零线的其他地方进行必要的重复接地。比如电缆和架空线在引入建筑物处，零线应重复接地，如果不进行重复接地，则在零线发生断线并有一相碰壳时，接在断线后面的所有设备的外壳都将呈现接近于相电压的对地电压，这是很危险的。 ④防雷接地。为了防止雷电的危害而进行的接地，叫作防雷接地。防雷接地作用不言而喻，不接地就无法对地泄放雷电。规范对利用建筑物基础和主体钢筋做接地极和引下线以及人工接地装置、接闪器的安装做了具体要求。设计对防雷接地阻值都给出了参数，接地极和引下线完成后要测试，接闪器完成后整个系统才能测试。人工接地引下线要顺直，不存在死角，引下线金属保护管要与引下线做电气连通。避雷带形成等电位可防止静电危害。人工接地装置接地极间距不小于5m是为了降低接地极屏蔽作用。 2.间接电击 (1)数控机床电气安全。在数控机床电气系统中，数控机床保护性接地使数控机床本体及电气装置的外露部分接地，保护接地对于电气安全非常重要。 (2)数控机床电气隔离和特低电压。数控机床重要的组成部分——数控系统，对电压的波动以及电磁的干扰非常灵敏，且在机床床身处有许多位置行程开关和电磁阀来检测机床的状态、控制机床的动作，工作人员在操作和维修的过程中，很容易接触到这些开关。为了不发生电气安全危险，应在数控机床电气系统中采用电气隔离措施和特低电压，防止电击事故的发生。在数控电气装置中，最好将控制线路、伺服系统、数控系统以及相应的输入输出线路都采用变压器供电。这样变压器两侧通过磁路来传递能量，在电气系统中没有直接的联系，即便是变压器一次侧发生故障，也不至于将故障引入变压器二次侧部分，使上述多个系统不全受到侵害。在机床容易接触到的电气部分，在设计电气系统时采用24V的特低电压控制线路、数控系统、输入输出部分，都采用特低电压。这样工作人员即使接触到这些部分，也不至于发生电击危险。 (3)数控机床电气系统中性线的处理。在数控机床供电系统中，一般不会使用中性线(N)。因为如果使用中性线，在中性线断线的情况下，会使中性点数值发生偏移，造成相电压不平衡，这样设备即便能够运转，但在不正常状态下运行，极有可能发生电气事故和烧毁设备。特别是数控机床中有许多电机，不管电压升高还是降低，都会引起电机的发热，这样使电机绝缘老化加速而缩短使用寿命，极端情况下还会引起火灾。而且更为不利的是发生故障时设备能够运转，其危险性不容易被发现，故障难以很快解除，更容易引发其他电气故障。所以在设计数控机床电气系统时，一般情况下不允许使用中性线。 3.人员操作 数控机床的使用比普通机床的难度要大，因为数控机床是典型的机电一体化产品，它牵涉的知识面较宽，即操作者应具有机、电、液、气等较全面的专业知识；同时，由于其电气控制系统中的CNC系统升级、更新换代比较快，如果不定期参加专业理论的培训和学习，则不能熟练掌握新的CNC系统应用。因此，对操作人员提出的素质要求是很高的。为此，必须对数控操作人员进行定期培训，使其对机床原理、性能、润滑部位及其方式，进行较系统的学习，为更好地使用机床奠定基础。同时在数控机床的使用与管理方面，制定一系列切合实际、行之有效的措施： (1)严格培训要求，明确培训内容。员工安全生产培训的主要内容包括安全生产法律法规、安全生产基本常识、安全生产操作规程、从业人员安全生产的权利和义务等。 (2)工作时，穿好工作服及戴好防护镜，不允许戴手套操作数控机床，也不允许扎领带。 (3)开车前，操作者应按机床使用说明书的规定给相关部位加油，检查油标、油量并检查数控机床各部件机构是否完好、各按钮是否能自动复位。 (4)不要在数控机床周围放置障碍物，工作空间应足够大，应熟悉数控机床的操作说明书，数控车床的开机、关机顺序，一定要按照机床说明书的规定操作。 (5)在每次电源接通后，必须先完成各轴的返回参考点操作，然后再进入其他运行方式，以确保各轴坐标的正确性，主轴启动开始切削之前一定要关好防护门，程序正常运行中严禁开启防护门。 (6)机床在正常运行时不允许打开电气柜的门，加工程序必须经过严格检查方可进行操作运行。 (7)加工过程中，如出现异常情况可按下“急停”按钮，以确保人身和设备的安全。 (8)机床开始工作前要预热，认真检查润滑系统工作是否正常，如机床长时间未开动，可先采用手动方式向各部分提供润滑油。 (9)不要移动或损坏安装在机床上的警示牌，某一项工作如需要俩人或多人共同完成时，应注意相互间的协调一致。 五、常用机床电气的安全操作规范 (1)操作人员必须按规定正确穿戴好劳保用品，女生必须戴好工作帽，头发或辫子应套入帽内，旋转机床严禁戴手套进行操作。 (2)开动机床前，要详细阅读机床使用说明书，并按操作规程进行操作。 (3)操作前必须熟知每个按钮的作用以及操作注意事项。 (4)机床使用时，应当注意机床各个部位警示牌上所警示的内容。 (5)机床周围的工具要摆放整齐，便于拿放。 (6)加工前必须关上机床的防护门。 (7)刀具装夹完毕后，应当采用手动方式进行试切。 (8)机床运转过程中，不要清除切屑，避免用手接触机床运动部件。 (9)清除切屑时，要使用专门的工具，应当注意不要被切屑划破手脚。 (10)要测量工件，必须在机床停止状态下进行。 (11)机床通电状态时，操作者千万不要打开和接触机床标有闪电符号的、装有强电装置的部位，以防被电击伤。 (12)在维护电气装置时，必须先切断电源。 (13)在打雷时，不要开机床，因为雷击时的瞬时高电压和大电流易冲击机床，烧坏模块或丢失数据，造成不必要的损失。 (14)加工结束后，打扫机床，擦净后加上润滑油，各传动手柄放于空挡位置，关闭总电源，清理铁屑，切断电机系统电源后方能离开。 (15)发生机床操作事故时，要立即采取措施，防止事故进一步扩大并保护好现场，同时立即报告。 六、常用机床电气控制系统的故障与维护方法 机床控制设备在运行的过程中，经常会出现各种各样的故障，无法正常工作。一旦在工作中出现问题，就有可能引发更重大的事故，因此企业要求电气工作人员掌握一定的机床电气控制线路中可能出现的状况及简易的检修方法，做到及时发现问题，精准解决状况，对问题进行排除，以保证日常工作的有序进行。 1.机床电气控制设备常见故障及引发原因 机床在现代工业中的应用十分广泛，其包括的种类也很多，如镗床、磨床、车床、刨床、铣床、通用性机床和齿轮加工机床等。而发生的故障与原因也不全然相同。 (1)电路短路发生故障。电路短路是指电路中不同电位的两点被连接，且两点之间没有用电器，使得这两点之间的电流过大而导致电路无法正常工作，严重的时候可能会导致电路损毁，设备烧坏。电路短路是机床电气控制设备最常见的故障之一，可能又由于工作人员操作不当，机器设备缺乏必要的保养与维护，也有可能是设备本身存在质量上的问题。而最常见的原因则是机床设备的排屑不畅而导致的电路短路，因此工厂在加工工件尤其是对较厚的工件进行加工的时候应该注意这类问题。 (2)电路断路故障。断路是指电路中出现电流无法正常流通的故障，这种故障的表现就是设备因为断电而无法工作。电路断路故障的原因和电路短路的故障原因相似，例如机床设备没有及时检修和保养，电路中的一些导线的存放环境潮湿恶劣或被腐蚀而断裂却没有及时更换，一旦进入工作状态就会加重损害状态，从而导致电路断路。另一方面，当机床设备的导线接口连接不紧的时候，一旦机床开始运行，所产生的振动和颤抖可能会导致导线接口处接触不良。 (3)电路接地故障。接地故障是指电路与不正常地面接触而引起的故障，接地故障是指单相接地故障、两相接地故障和三相接地故障，而其中最常发生的接地故障是单相接地故障，而发生这种故障的原因是机床使用时间过长，当导线的绝缘体的绝缘能力出现问题之后，就会使得金属导线直接接触其他接地物。而当设备发生两相接地故障的时候，就会使得设备因为电压过低而无法正常工作。 除了上述三种较为特殊的故障情况之外，还有可能出现其他故障，比如在调试阶段，电路路参数不匹配就会出现运行故障，如果电气控制电路中的安装错误也会引发运行错误。例如出现极性故障的时候，控制电路中的元器件被接错，就会发生接反直流电流的正反极或交流电流的同名端。 2.机床电气控制线路常见故障检修与处理方法 (1)故障检修。检修的准备工作最重要的就是查阅检修对象的相关技术资料，充分了解检修需要用到的工具、元件等。 对于检修前的调查环节，需要检修人员细致地观察，观测故障报警显示及现象，同时对机床的外观和状态进行检查与观测，以确定设备的故障状况。 在调查过程中，总共分为四步，即是我们所俗称的“问、看、听、摸”四个方面。其中“问”是指向机床的操作人员询问故障发生前后的具体状况，了解当时所发生的异常状况，如有烟雾飘散、跳火、异常的声音和气味等，除此之外，还应询问是否有误操作，这样可以合理预判故障的位置和原因。“看”则是指打开机器内部，查看熔断器内的熔体是否熔断，以及其他元件是否损坏，电器元件和导线的连接处的螺丝是否松动。而“听”则是指听电动机、继电器、变压器、接触器等各种零件是否正常运转。而“摸”则是指将机床电气设备通电运行一段时间后，停止供电让机器暂停工作，然后用手摸电动机、变压器、线圈等元部件是否有明显的升温现象，如果有局部过热现象，则表明电气设备有故障。 (2)故障处理方法及注意事项。 ①电压测量法：在电路接通的时候，使用万用表测量机床线路上某两点之间的电压值，通过电压的正常与否判断机床线路上的故障点的方法叫作电压测量法。 这种方法的特点是简单方便，直观明了，因此是最常使用的故障测量法。但使用这种方法应当注意电气线路中使用的是交流电压还是直流电压，根据实际情况选择合适电压量程的万用表，如果使用不合适的万用表或使用了万用表的电流挡或电阻挡进行电压的测量，则可能会造成万用表的损坏。另外，电压测量法的具体方法有三种：分阶测量、分段测量和对地测量。 ②电阻测量法：在电路接通的时候，利用仪表测量线路上某点或某个元器件的断和通，从而确定机床电气故障点的方法叫作电阻测量法。电阻测量法同样方便直观、简单快捷。但用这种方法测量电气线路的故障时要注意几个问题：测量时不得让机床通电，否则会烧毁万用表；被测电路不应当有并联的分支电路；小心调节万用表的电阻挡，从而避免判断错误的情况发生。电阻测量法有分阶电阻测量法和分段电阻测量法两种。在进行分阶测量法时，当某两阶之间的电阻值突然变化，则改跨接点为故障点。在进行分段测量法时，某两点之间电阻值变化巨大，说明两点间为故障点。 1.教师布置任务并引导学生分组探究。 2.结合课本知识思考并回答问题。（根据情况选择小组模式或个人模式，并进行小组或个人积分） 1.组织学生以个人或小组形式回答问题，提高学生课堂参与度，使同学们通过思考加深印象。 2. 个人或小组积分形式，激发学生的学习积极性和主动性。 活动四： 巩固练习 素质提升 根据分组情况，明确并分配任务： 1.以小组为单位进行知识抢答闯关 选择： (1)低压断路器(低压自动开关)相当于( )的组合。 A.刀开关、熔断器、热继电器、欠压继电器 B.刀开关、熔断器、热继电器、启动器 C.刀开关、熔断器、热继电器、压力继电器 D.刀开关、熔断器、热继电器、操作手柄 (2)数控机床的核心是( )。 A.伺服系统 B.数控系统 C.反馈系统 D.传动系统 (3)( )是数控装置与机床本体的联系环节。 A. CNC 装置 B.伺服单元 C.驱动装置 D. PLC装置 (4)流接触器常用于远距离接通和分断( )的电路。 A. 电压至 380 V、电流至630 A B. 电压至1140 V、电流至630 A C. 电压至1140 V、电流至1000 A D. 电压至 380 V、电流至1000 A (5)( )不属于数控机床电气故障常用的诊断方法。 A.敲击法 B. CNC系统自诊断功能 C.报警指示灯显示故障 D.润滑油磨粒检测 (6)内装型PLC 与机床之间的信息传送通过CNC的( )电路来实现。 A.光电隔离 B.以太网接口 C. RS232接口 D.输入输出接口 判断： (7)刀开关安装时不能倒装，但根据需要可以平装。 (8)数控机床的地线一般采用多点接地方式。 (9)在 CNC 机床中 PLC 主要用于开关量控制。 (10)从20世纪80年代初期起，数控机床上已开始使用交流伺服驱动系统。 (11)低压断路器也称空气开关(或称自动空气断路器)，它在控制电路中可替代熔断器或刀开关。 (12)为保障人身安全，在正常情况下，电气设备的安全电压应不超过48V。 2.老师记分并点评，评出优胜小组 1.学生分组完成任务 2.以抢答形式进行知识闯关，小组积分 1.组织学生分组抢答，提高学生课堂参与度，强化知识应用，培养团队合作及集体意识。 2.积分制激发学生的学习积极性。 课堂小结 作业布置 1.课堂小结：本节课学习了机床电气基础认知，主要包括数控机床中常用的低压电器，数控机床驱动器，数控机床电气装置的组成，数控机床常见电气故障，机床电气控制设备常见故障及引发原因及机床电气控制线路常见故障检修与处理方法。通过学习应了解常用数控机床电气元件的基本原理、作用，数控机床电气装置的组成，常用机床电气控制系统的故障与维护方法；清楚数控机床常见电气故障，理解机床电气安全问题与常用机床电气的安全操作规范，并能够判断数控机床常见电气故障、机床电气控制设备常见故障，识别机床电气安全问题，且能够进行故障检修。 2.课后作业： 新型复合开关（如带隔离功能的断路器）的设计优势是什么？实际应用中应注意哪些操作规范？ 板书设计 8.2 机床电气基础认知 一、数控机床中常用的低压电器 隔离开关、负荷开关、断路器、低压断路器、熔断器、变压器、整流桥 二、数控机床驱动器 华中数控系统中的电控系统、步进电动机 三、数控机床电气装置的组成 输入/输出装置、数控装置(CNC)、主轴驱动系统、进给伺服系统现代制造装备安全生产与机乐电气基础认知 可编程逻辑控制器(PLC)、强电控制电路、位置检测装置 四、数控机床常见电气故障 电源故障、短路故障、控制器故障、 五、机床电气控制设备常见故障及引发原因 电路短路发生故障、电路断路故障、电路接地故障 六、机床电气控制线路常见故障检修与处理方法 调查四步，“问、看、听、摸” 处理方法：电压测量法、电阻测量法 教学反思 通过本节知识学习，学生应了解常用数控机床电气元件的基本原理、作用，数控机床电气装置的组成，以及常用机床电气控制系统的故障与维护方法；清楚数控机床常见电气故障，理解机床电气安全问题与常用机床电气的安全操作规范，并能够判断数控机床常见电气故障、机床电气控制设备常见故障，识别机床电气安全问题，同时能够进行故障检修。通过学习，使学生具备良好的职业素养，激发学生的学习兴趣和积极性。教学过程中，应针对学生特点，选择合适的教学方法，突出学生的主体地位，让学生全程参与整个教学过程，摆脱填鸭式灌输，引导学生主动思考，并多措并举激发学生学习的主动性和积极性，为后续知识的学习打下基础，帮助学生树立职业理想。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $