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

江苏凤凰教育出版社 同步精品课程（中职专业课） 《现代制造技术基础》 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 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。 0000 模块8 现代制造装备安全生产与机床电气基础认知 导入： 01 根据视频内容，分组讨论： 1.高端起床对国家发展的重要性 2.中国机床产业未来发展的机遇。 导入 01 新知学习 02 01 数控机床中常用的低压电器 02 数控机床驱动器 03 数控机床电气装置的组成 CONTENTS 目录 04 数控机床常见电气故障 05 机床电气安全问题及操作规范 06 常用机床电气控制系统的故障与维护方法 数控机床中常用的低压电器 01 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。 低压电器通常指工作在交直流电压1200 V以下的电器。 新知学习 02 (一)隔离开关 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。 在故障时不能动作，对线路和设备没有保护作用。 新知学习 02 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。 新知学习 02 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。 (二)负荷开关 (三)断路器 新知学习 02 是具有过载、短路和欠电压保护等多种功能的保护电器。 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。 断路器是为保护而准备的。 新知学习 02 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。 (三)断路器 (四)低压断路器 新知学习 02 (1) (2) (3) 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 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 (四)低压断路器 新知学习 02 低压断路器的主要参数有 额定电流 分断时间等 通断能力 M1 M2 M4 M3 额定电压 (五)熔断器 新知学习 02 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。 (五)熔断器 新知学习 02 1 体积小 结构简单 限流性能良好等 分断能力较强 使用维护方便 2 3 4 5 熔断器的特点 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。 (六)变压器 新知学习 02 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 绕组 (六)变压器 新知学习 02 变压器的主要参数有： 额定容量 单位为 VA或kVA 额定电压 单位是V或kV 额定频率等 单位是 Hz 额定电流 单位是A 或kA M1 M2 M4 M3 (七)整流桥 新知学习 02 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。指整流桥在额定条件下的交流电压。 额定电流。指整流桥在额定条件下所允许通过的电流。 数控机床驱动器 02 新知学习 02 (一)华中数控系统中的电控系统:交流主电路系统 新知学习 02 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： 1 2 3 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 (一)华中数控系统中的电控系统:交流主电路系统 新知学习 02 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。 (一)华中数控系统中的电控系统:机床辅助功能控制系统 新知学习 02 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。 (一)华中数控系统中的电控系统:机床辅助功能控制系统 新知学习 02 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。 (二)步进电动机 新知学习 02 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。 优点 定位精度好 无漂移 无积累定位误差 (二)步进电动机 新知学习 02 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。 (三)交流伺服控制系统 新知学习 02 交流伺服系统的主要构成部分 交流伺服控制系统中最常用的是 PWM 型变频控制调速系统。 交流伺服电动机 PWM 功率逆变器 微处理器控制器及逻辑门阵列 位置传感器(含速度) 电源及能耗制动电路 接口电路 键盘及显示电路 故障检测、保护电路 数控机床电气装置的组成 03 新知学习 02 数控机床电气装置的组成包括： 数控装置(或称CNC单元) 主轴驱动系统 可编程序控制器(PLC) 进给伺服驱动系统 辅助装置和位置检测装置 强电控制电路 输入/输出装置 (一)输入/输出装置 新知学习 02 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。 (二)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。 (三)主轴驱动系统 新知学习 02 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。 (四)进给伺服系统 新知学习 02 进给伺服电动机(一般内装速度和位置检测元件) 组成 进给伺服驱动装置 (五)可编程逻辑控制器(PLC) 新知学习 02 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。 可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。 (六)强电控制电路 新知学习 02 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。 (七)位置检测装置 新知学习 02 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。 数控机床常见电气故障 04 (一)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。 新知学习 02 ① 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 ③ 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 命令行 说明 ② 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 ④ 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 (二)短路故障 新知学习 02 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。 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。 (二)短路故障 新知学习 02 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。 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。 (三)控制器故障 新知学习 02 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。 机床电气安全问题及操作规范 05 (一)机床电气安全问题 新知学习 02 (1)短路、过载保护。(2)漏电保护。(3)接地保护 1.直接电击 2.间接电击 3.人员操作 (1)数控机床电气安全。(2)数控机床电气隔离和特低电压。(3)数控机床电气系统中性线的处理。 必须对数控操作人员进行定期培训，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 (二)常用机床电气的安全操作规范 新知学习 02 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。 (二)常用机床电气的安全操作规范 新知学习 02 5 6 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。 机床周围的工具要摆放整齐，便于拿放。 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。 (二)常用机床电气的安全操作规范 新知学习 02 8 9 10 11 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。 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。 要测量工件，必须在机床停止状态下进行。 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。 (二)常用机床电气的安全操作规范 新知学习 02 在维护电气装置时，必须先切断电源。 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。 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。 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。 12 13 14 15 常用机床电气控制系统的故障与维护方法 06 (一)机床电气控制设备常见故障及引发原因 新知学习 02 1.电路短路发生故障 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。 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。 新知学习 02 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。 2.电路断路故障 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。 (一)机床电气控制设备常见故障及引发原因 新知学习 02 3.电路接地故障 单相接地故障 两相接地故障 三相接地故障 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。 最常发生 (一)机床电气控制设备常见故障及引发原因 新知学习 02 3.电路接地故障 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。 (一)机床电气控制设备常见故障及引发原因 新知学习 02 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。 (二)机床电气控制线路常见故障检修与处理方法 1.故障检修 新知学习 02 (二)机床电气控制线路常见故障检修与处理方法 1.故障检修 问 看 听 摸 在调查过程中，总共分为四步，即 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 听电动机、继电器、变压器、接触器等各种零件是否正常运转 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 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 新知学习 02 (二)机床电气控制线路常见故障检修与处理方法 2.故障处理方法 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。 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。 ①电压测量法 ②电阻测量法 简单方便，直观明了 最常使用的故障测量法 同样方便直观、简单快捷 新知学习 02 (二)机床电气控制线路常见故障检修与处理方法 2.故障处理方法 电压测量法的分类 分阶 测量 分段 测量 对地 测量 新知学习 02 (二)机床电气控制线路常见故障检修与处理方法 2.故障处理方法 分阶电阻测量法 电阻测量法 分段电阻测量法 新知学习 02 (二)机床电气控制线路常见故障检修与处理方法 3.故障处理注意事项 （1）电压测量法应当注意： 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。 新知学习 02 (二)机床电气控制线路常见故障检修与处理方法 3.故障处理注意事项 （2）电阻测量法应当注意： 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。 课堂小结 03 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等。通过学习应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，并能够识别数控机床、机床电气控制设备常见故障。 小试牛刀 (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 1.知识抢答闯关 小试牛刀 (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 1.知识抢答闯关 小试牛刀 (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 1.知识抢答闯关 小试牛刀 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。 1.知识抢答闯关 小试牛刀 判断： (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。 1.知识抢答闯关 2.点评计分 小组 名次 小试牛刀 作业布置 04 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？ 感谢观看 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $