數(shù)控機床電氣控制

1、第1章緒論學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握數(shù)控機床控制系統(tǒng)的構(gòu)成 了解數(shù)控機床的分類 了解數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 內(nèi)容提要本章著重介紹了數(shù)控系統(tǒng)的基本概念及其特點，數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作過程，數(shù)控系統(tǒng)的分類，數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。通過學(xué)習(xí)，掌握數(shù)控系統(tǒng)的基本概念，對數(shù)控系統(tǒng)的組成及各部分的作用有一個較完整的認(rèn)識；了解點位、直線和輪廓控制系統(tǒng)以及開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成與特點。1.1數(shù)控機床電氣控制概述隨著大規(guī)模集成電路和微型計算機為代表的微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的機械工業(yè)已逐漸成為綜合運用機械、微電子、自動控制、信息、傳感測試、電力電子、接口、信號變換以及軟件編程等技術(shù)的群體技術(shù)。在傳統(tǒng)的機械加工設(shè)備已經(jīng)不能

2、滿足現(xiàn)代工業(yè)制造需求的情況下，數(shù)控機床成為目前機械加工的主體，它在提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作人員的體力勞動等方面起到了極其重要的作用。數(shù)控機床集機械、液壓、氣動、伺服驅(qū)動、精密測量、電氣自動控制、現(xiàn)代控制、計算機控制和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)于一體，是一種高效率、高精度、能保證加工質(zhì)量、解決工藝難題和具有柔性加工特點的生產(chǎn)設(shè)備，它正逐步取代普通機床。 數(shù)控(numerical control，nc)技術(shù)是用數(shù)字化信息進行控制的自動控制技術(shù)；采用數(shù)控技術(shù)控制的機床，或者說裝備了主控系統(tǒng)的機床，稱為數(shù)控機床。數(shù)控機床是機電一體化的典型產(chǎn)品，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)又稱為計算機數(shù)字控制(computer numer

3、ical control，cnc)系統(tǒng)。 電氣控制技術(shù)對現(xiàn)代機床的發(fā)展有著非常重要的作用，從廣義上說，現(xiàn)代機床電氣控制技術(shù)的重要標(biāo)志是自動調(diào)節(jié)技術(shù)、電子技術(shù)、檢測技術(shù)、計算機技術(shù)、綜合控制技術(shù)應(yīng)用于機床中。盡管現(xiàn)代機床的種類、功能和加工范圍有所不同，但它們都離不開電氣控制設(shè)備，離不開電氣控制技術(shù)。電氣控制裝置的配備情況是現(xiàn)代機床自動化水平的重要標(biāo)志。1.2 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的組成及特點1.2.1數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的組成 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)由數(shù)控裝置、進給伺服系統(tǒng)、主軸伺服系統(tǒng)、數(shù)控機床強電控制系統(tǒng)等組成，如圖11所示。 數(shù)控裝置是數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的控制中心，它能夠自動地對輸入的數(shù)控

4、加工程序進行處理，將數(shù)控加工程序信息按兩類控制量分別輸出：一類是連續(xù)控制量，送往伺服系統(tǒng)；另一類是離散的開關(guān)控制量，送往數(shù)控機床強電控制系統(tǒng)，從而協(xié)調(diào)控制數(shù)控機床各部分的運動，完成數(shù)控機床所有運動的控制。 由圖11可知，數(shù)控機床的控制任務(wù)是實現(xiàn)對主軸和進給系統(tǒng)的控制，同時還要完成相關(guān)輔助裝置的控制；數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)就是用電氣手段為機床提供動力，并實現(xiàn)上述控制任務(wù)的系統(tǒng)。從數(shù)控機床最終要完成的任務(wù)來看，主要有以下3個方面的內(nèi)容： (1)主軸運動 和普通機床一樣，主軸運動主要是完成切削任務(wù)，其動力約占整臺數(shù)控機床動力的7080，它主要是控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，可自動換擋及調(diào)速；對加工中心

5、和切削中心還必須具有定向控制和主軸控制。 (2)進給運動 數(shù)控機床區(qū)別于普通機床最根本的地方在于它是用電氣驅(qū)動替代機械驅(qū)動，并且數(shù)控機床的進給運動是由進給伺服系統(tǒng)完成的，進給伺服系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動裝置、伺服電動機、進給傳動鏈及位置檢測裝置，如圖12所示。伺服控制的最終目的是實現(xiàn)對數(shù)控機床工作臺或刀具的位置控制，伺服系統(tǒng)中所采取的一切措施都是為了保證進給運動的位置精度，如對機械傳動鏈進行預(yù)緊和間隙調(diào)整，采用高精度的位置檢測裝置，采用高性能的伺服驅(qū)動裝置和伺服電動機，提高數(shù)控系統(tǒng)的運算速度等。 (3)強電控制 數(shù)控裝置對加工程序處理后輸出的控制信號除了對進給運動軌跡進行連續(xù)控制外，還對數(shù)控機床的各種

6、狀態(tài)進行控制，包括主軸的調(diào)速、主軸的正、反轉(zhuǎn)及停止、冷卻和潤滑裝置的起動和停止、刀具自動交換裝置、工件夾緊和放松及分度工作臺轉(zhuǎn)位等。例如通過數(shù)控機床程序的m指令、數(shù)控機床操作面板上的控制開關(guān)及分布在數(shù)控機床各部位的行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)等輸入元件的檢測，由數(shù)控裝置內(nèi)的可編程序控制器(plc)進行邏輯運算，輸出控制信號驅(qū)動中間繼電器、接觸器、熔斷器、電磁閥及電磁制動器等輸出元件，對冷卻泵、潤滑泵液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)等進行控制。 電源及保護電路由數(shù)控機床強電線路中的電源控制電路構(gòu)成，強電線路由電源變壓器、控制變壓器、各種斷路器、保護開關(guān)、接觸器及熔斷器等連接而成，以便為輔助交流電動機(如冷卻泵

7、電動機、潤滑泵電動機等)、電磁鐵、離合器及電磁閥等功率執(zhí)行元件供電。強電線路不能與在低壓下工作的控制電路直接連接，只有通過斷路器、中間繼電器等元件，轉(zhuǎn)換成在直流低電壓下工作的觸點的開關(guān)動作，才能成為繼電器邏輯電路和plc可接收的電信號，反之亦然。 開關(guān)信號和代碼信號是數(shù)控裝置與外部傳送的io控制信號。當(dāng)數(shù)控機床不帶plc時，這些信號直接在數(shù)控裝置和機床間傳送；當(dāng)數(shù)控裝置帶有plc時，這些信號除極少數(shù)的高速信號外均通過plc傳送。1.2.2數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床是一種安裝了程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號碼或其他符號編碼指令規(guī)定的。數(shù)控機床特點： 1) 加工精度高:數(shù)

8、控機床是精密機械和自動化技術(shù)的綜合體。機床的數(shù)控裝置可以對機床運動中產(chǎn)生的位移、熱變形等導(dǎo)致的誤差，通過測量系統(tǒng)進行補償而獲得很高且穩(wěn)定的加工精度。由于數(shù)控機床實現(xiàn)自動加工，所以減少了操作人員素質(zhì)帶來的人為誤差，提高了同批零件的一致性。2)生產(chǎn)較高：就生產(chǎn)效率而言，相對普通機床，數(shù)控機床的效率一般能提高23倍、甚至十幾倍。主要體現(xiàn)在以下幾個方面:a. 一次裝夾完成多工序加工，省去了普通機床加工的多次變換工種、工序間的轉(zhuǎn)件以及劃線等工序。b.簡化了夾具及專用工裝等，由于是一次裝夾完成加工。所以普通機床多工序的夾具省去了，即使偶爾必須用到專用夾具。由于數(shù)控機床的超強功能夾具的結(jié)構(gòu)也可簡化

9、。3)減輕勞動強度，數(shù)控機床的操作由體力型轉(zhuǎn)為智力型。4)改善勞動條件，如深揚公司的產(chǎn)品采用全封閉護罩,機床不會有水、油、鐵屑濺出，可有效保持工作環(huán)境的清潔5)有利于生產(chǎn)管理：a. 程序化控制加工、更換品種方便；b. 一機多工序加工，減化生產(chǎn)過程的管理，減少管理人員；c. 可實現(xiàn)無人化生產(chǎn)。1.3數(shù)控機床的分類及性能指標(biāo)1.3.1數(shù)控機床的分類 數(shù)控機床的種類、規(guī)格很多，分類方法也各不相同，常見的分類有以下幾種方式。1.按被控制對象的運動軌跡進行分類 （1）點位控制的數(shù)控機床 點位控制數(shù)控機床的數(shù)控裝置只要求能夠精確地控制從一個坐標(biāo)點到另一個坐標(biāo)點的定位精度，而不

10、管是按什么軌跡運動，在移動過程中都不進行任何加工。為了精確定位和提高生產(chǎn)率，系統(tǒng)首先高速運行，然后按13級減速，使之慢速趨近于定位點，減小定位誤差。這類數(shù)控機床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖床、數(shù)控點焊機、數(shù)控折彎機等。（2）直線控制的數(shù)控機床 直線控制的數(shù)控機床，一般要在兩點間移動的同時進行加工，所以不僅要求有準(zhǔn)確的定位功能，還要求從一點到另一點之間按直線規(guī)律運動，而且對運動的速度也要進行控制，對于不同的刀具和工件，可以選擇不同的進給速度。這一類機床包括簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床等。一般情況下，這些機床可以有23個可控軸，但一般同時控制軸數(shù)只有兩個。位精度，而不管是按什么軌跡運動

11、，在移動過程中都不進行任何加工。為了精確定位和提高生產(chǎn)率，系統(tǒng)首先高速運行，然后按13級減速，使之慢速趨近于定位點，減小定位誤差。這類數(shù)控機床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖床、數(shù)控點焊機、數(shù)控折彎機等。圖1-3.點位控制的切削加工 圖1-4直線控制的切削加工（3）輪廓控制的數(shù)控機床 輪廓控制又稱連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機床都具有輪廓控 制功能。其特點是能同時控制兩個以上的軸，且具有插補功能。它不僅要控制起點和終點位置，而且要控制加工過程中每一點的位置和速度，從而加工出任意形狀的曲線或曲面組成的復(fù)雜零件。輪廓控制的數(shù)控機床主要有兩坐標(biāo)及兩坐標(biāo)以上的數(shù)控銑床，可以加工回轉(zhuǎn)曲面的數(shù)控機床、加工中心

12、等。圖1-5輪廓控制切削加工 2按控制方式分類（1）開環(huán)控制數(shù)控機床這類數(shù)控機床沒有檢測反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號流程是單向的，其精度主要決定于驅(qū)動元件和伺服電機的性能。開環(huán)數(shù)控機床所用的電動機主要是步進電動機，移動部件的速度與位移由輸入脈沖的頻率和脈沖數(shù)決定，位移精度主要決定于該系統(tǒng)各有關(guān)零部件的精度。開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定、容易調(diào)試、成本低廉等優(yōu)點，但是系統(tǒng)對移動部件的誤差沒有補償和校正，所以精度低，位置精度通常為±0.01±o.02 mm，一般適用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。圖18所示為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)示意圖。圖1-62閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是指在機床的運動部件上安

13、裝位置測量裝置(位置測量裝置有光柵、感應(yīng)同步器和磁柵等)，如圖19所示。加工中，位置測量裝置將測量到的實際位置值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移相比較，用比較的差值控制移動部件，直到差值為零，即實現(xiàn)移動部件的最終精確定位。從理論上講，閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度主要取決于檢測裝置的精度，它完全可以消除由于傳動部件制造中存在的誤差而給工件加工帶來的影響，所以，這種控制系統(tǒng)可以得到很高的加工精度。閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)整都有較大的難度，主要用于一些精度要求較高的鏜、銑床，超精車床和加工中心等。圖1-73半閉環(huán)控制系統(tǒng) 半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上或進給電動機的軸上裝有角位移檢測裝置(角位移檢測裝

14、置有圓光柵、光電編碼器及旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器等)。該系統(tǒng)不是直接測量工作臺 的位移量，而是通過檢測絲杠轉(zhuǎn)角間接地測量工作臺的位移量，然后反饋給數(shù)控裝置，如圖110所示。這種控制系統(tǒng)實際控制的是絲杠的傳動，而絲杠螺母副的傳動誤差無法測量，只能靠制造保證，因而，半閉環(huán)控制系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)。但由于角位移檢測裝置比直 線位移檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便，因此，配有精密滾珠絲杠和齒輪的半閉環(huán)系統(tǒng)正 在被廣泛地采用，目前，已逐步將角位移檢測裝置和伺服電動機設(shè)計成一個部件，使系統(tǒng)變 得更加簡單，安裝、調(diào)試更加方便，中檔數(shù)控機床廣泛采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖1-83.按功能水平分類（1）經(jīng)濟型數(shù)控機床在計算機

15、中一般用一個微處理器作為主控單元，伺服系統(tǒng)大多使用步進電動機驅(qū)動，采用開環(huán)控制方式，脈沖當(dāng)量為0010005 mm脈沖，機床的快速移動速度為58 mmin，精度較低，功能較簡單，用數(shù)碼管或簡單的crt字符顯示，基本具備了計算機控制數(shù)控機床的主要功能。(2)全功能型數(shù)控機床在計算機中采用24個微處理器進行控制，其中一個是主控微處理器，其余為從屬微處理器。主控微處理器可完成用戶程序的數(shù)據(jù)處理、粗插補運算、文本和圖形顯示等；從屬微處理器可在主控微處理器的管理下，完成對外圍設(shè)備，主要是伺服控制系統(tǒng)的控制和管理，從而實現(xiàn)同時對各坐標(biāo)軸的連續(xù)控制。 全功能型數(shù)控機床允許的最大速度一般為824 mmin，脈

16、沖當(dāng)量為0.010.001 mm脈沖，伺服系統(tǒng)采用交、直流伺服電動機，廣泛用于加工形狀復(fù)雜或精度要求較高的工件。(3)精密垂數(shù)控機床 精密型數(shù)控機床采用閉環(huán)控制，它不僅具有全功能型數(shù)控機床的全部功能，而且機械系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)較快。其脈沖當(dāng)量一般小于0001 mm脈沖，適用于精密和超精密加工。1.3.2數(shù)控機床的性能指標(biāo)1.規(guī)格指標(biāo) 最大回轉(zhuǎn)直徑。最大回轉(zhuǎn)直徑指能加工工件的最大直徑。主軸通孔直徑指能夾緊工件的最大直徑。 坐標(biāo)行程。數(shù)控機床坐標(biāo)軸x、y、z的行程大小構(gòu)成數(shù)控機床的空間加工范圍，它分別決定了加工零件的大小x和最大加工長度。 刀庫容量和換刀時間。刀庫容量是指刀庫能存放刀具的數(shù)量。常見的中

17、小型加工中心多為1660把，大型加工中心達(dá)100把以上。換刀時間指將主軸上使用的刀具與裝在刀庫上的下一工序需用的刀具進行交換所需要的時間，一般為1020 s，可達(dá)45 s，有的1s以內(nèi)。電動機功率重量、外形尺寸。擺角范圍。具有擺角坐標(biāo)的數(shù)控機床，其轉(zhuǎn)角大小也直接影響到加工零件空間部位的能力。2精度指標(biāo)(1)分辨率與脈沖當(dāng)量 分辨率是指兩個相鄰的分散細(xì)節(jié)之間可以分辨的最小間隔。對測量系統(tǒng)而言，分辨率是可以測量的最小增量；對控制系統(tǒng)而言，分辨率是可以控制的最小唯一位移量。數(shù)控裝置每發(fā)出一個脈沖信號，反映到機床移動部件上的移動量，稱為脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量是設(shè)計數(shù)控機床的原始數(shù)據(jù)之一，其數(shù)值大小決定數(shù)控

18、機床的加工精度和表面質(zhì)量。脈沖當(dāng)量越小，數(shù)控機床加工精度和加工表面質(zhì)量越高。簡易數(shù)控機床的脈沖當(dāng)量為001m，普通數(shù)控機床的脈沖當(dāng)量為1肛m，精密或超精密數(shù)控機床的脈沖當(dāng)量為01m，最精密的數(shù)控系統(tǒng)的分辨率已達(dá)o.01m。 (2)定位精度與重復(fù)定位精度 定位精度是指數(shù)控機床工作臺等移動部件在確定的終點所達(dá)到的實際位置的精度，因此移動部件實際位置與理想位置之間的誤差稱為定位誤差。定位誤差包括伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、進給系統(tǒng)等誤差，還包括移動部件導(dǎo)軌的幾何誤差等。定位誤差將直接影響零件加工的位置精度。 重復(fù)定位精度是指在同一臺數(shù)控機床上，應(yīng)用相同程序相同代碼加工一批零件，所得到連續(xù)結(jié)果的一致程度。重復(fù)

19、定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進給系統(tǒng)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響，一般成正態(tài)分布的偶然性誤差，關(guān)系到一批零件加工的一致性。 (3)分度精度 分度精度是指分度工作臺在分度時，理論要求回轉(zhuǎn)的角度值和實際回轉(zhuǎn)的角度值的差值。分度精度既影響零件加工部位在空間的角度位置，同時還會對孔系加工的同軸度等造成一定的影響。 當(dāng)前，在機械加工高精度的要求下，普通級數(shù)控機床的加工精度已由±10m提高到±5m；精密級加工中心的加工精度則從±35/m提高到±115m，甚至更高；超精密加工精度進入納米級(0001m)，主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到o.010.05 m，加工圓度為01m，

20、加工表面粗糙度ra=0003/m等。 3運動性能指標(biāo) (1)主軸轉(zhuǎn)速范圍 數(shù)控機床的主軸一般均采用交流或直流調(diào)速主軸電動機驅(qū)動，選用高速精密軸承支承。主軸一般具有較寬的調(diào)速范圍和足夠高的回轉(zhuǎn)精度、剛度及抗震性。 一般主軸轉(zhuǎn)速為1 0002 000rrain，已普遍達(dá)到500010 000rmin，最高可達(dá)100 000rmin，甚至更高，這對各種小孔加工以及提高零件加工質(zhì)量和表面質(zhì)量都極為有利。主軸最高轉(zhuǎn)速是指主軸所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速，它是影響零件表面加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率以及刀具壽命的主要因素之一，主軸最低轉(zhuǎn)速要平穩(wěn)。(2)快移速度 最快位移速度是指進給軸在非加工狀態(tài)下的最高移動速度。最高進給速度

21、是指進給軸在加工狀態(tài)下的最高移動速度。這兩個參數(shù)會對零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及刀具壽命造成影響。一般數(shù)控機床快移速度為5mmin，可達(dá)1020。mmin。(3)主軸最大扭矩 4可控軸數(shù)與聯(lián)動軸數(shù) 可控軸數(shù)是指機床數(shù)控裝置能夠控制的坐標(biāo)軸數(shù)目。可控軸數(shù)一般已達(dá)七軸甚至達(dá)到了二十四軸以上。 聯(lián)動軸數(shù)是指機床數(shù)控裝置控制的坐標(biāo)軸同時達(dá)到空間某一點的坐標(biāo)數(shù)目。有兩軸聯(lián)動、三軸聯(lián)動、四軸聯(lián)動、五軸聯(lián)動等，六軸聯(lián)動正在研究。其中，三軸聯(lián)動的數(shù)控機床通常是x、y、z三個直線坐標(biāo)聯(lián)動，可以加工空間復(fù)雜的曲面，多用于數(shù)控銑床；四軸或五軸聯(lián)動是指同時控制x、y、z三個直線坐標(biāo)軸以及與一個或者兩個圍繞這些直線坐標(biāo)

22、軸旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)軸，可以加工宇航葉輪、螺旋槳等零件；而二軸半聯(lián)動是特指可控軸數(shù)為三軸，而聯(lián)動軸數(shù)為二軸的數(shù)控機床。 五軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件逐步普及，成為當(dāng)前的一個開發(fā)熱點，成為各大機床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點。國外也在研究六軸聯(lián)動的加工中心。5.可靠性 可靠性特征量有多項，可用平均無故障時間mtbf表示，它是指一臺數(shù)控機床在使用中平均兩次故障間隔的時間。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率在p(t)一99以上，則數(shù)控機床的mtbf就必須大于3000小時。對一臺數(shù)控機床而言，如數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級，數(shù)控系統(tǒng)的mtbf就要大于30 000小時，而其中

23、的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的mtbf就必須大于10萬小時。 當(dāng)前國外數(shù)控裝置的mtbf值已達(dá)6000小時以上，驅(qū)動裝置達(dá)30 000小時以上。1.4數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)發(fā)展1.4.1數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)是20世紀(jì)40年代后期為適應(yīng)復(fù)雜外形零件的加工而發(fā)展起來的一種自動化技術(shù)，其研究起源于飛機制造業(yè)。1949年美國帕森(pars。ns)公司接受美國空軍委托，研制一種計算控制裝置，用來實現(xiàn)飛機、火箭等復(fù)雜零部件的自動化加工。于是，該公司提出了用數(shù)字信息來控制機床自動加工外形復(fù)雜零件的設(shè)想，并與美國麻省理工學(xué)院(mit)伺服機構(gòu)研究所合作，于1952年研制成功了世界上第一臺數(shù)控機床三坐標(biāo)立式數(shù)控

24、銑床，可控制銑刀進行連續(xù)的空間曲面加工，由此拉開了數(shù)控技術(shù)研究的序幕。 目前，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對產(chǎn)品的性能要求越來越高，產(chǎn)品改型頻繁，采用多品種小批量生產(chǎn)方式的企業(yè)越來越多，這就要求數(shù)控機床向著高速化、高精度化、復(fù)合化、系統(tǒng)化、智能化、環(huán)保化方向發(fā)展。 1.高速化和高精度化 目前，數(shù)控機床正向著高速化和高精度化方向發(fā)展，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)10 00040 000 rmin，進給速度可達(dá)30 mmin，快速移動可達(dá)100 mmin，加速度可達(dá)1g，換刀時間可達(dá)1.5 s，加工中心的定位精度約為±5m，有的可達(dá)到±1m。 日本開發(fā)的超精密非球面加工機砂輪軸轉(zhuǎn)速為40 000 rm

25、in，采用系統(tǒng)控制，c軸分度 為0.000 1。，x，y，z軸控制的分辨率可達(dá)1 nm。 北京機床研究所研制的納米超精車床，采用氣浮主軸軸承，可加工的最大直徑為西800mm，長度為400 mm，采用納米級光柵尺全閉環(huán)控制，分辨率為5nm，加工零件的圓度為0.1m，面形精度為02m50 mm，表面粗糙度為ra0.008m(鉛材、無氧銅)。 達(dá)到這樣的速度和精度，數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)必須采取措施使其具有相適應(yīng)的速度和控制精度。 2數(shù)控系統(tǒng)智能化、信息化 由于微電子技術(shù)、超大規(guī)模集成電路等各種技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)智能化變?yōu)榭赡?。智能化的?shù)控系統(tǒng)可以解決數(shù)控機床的故障診斷并提出排除的方法，也可以更

26、廣泛地深入解決加工中的技術(shù)問題。 信息技術(shù)(information technology，簡稱it)將成為21世紀(jì)的重要發(fā)展潮流，數(shù)控機床將會廣泛地應(yīng)用it技術(shù)實現(xiàn)控制、監(jiān)視、診斷、補償、調(diào)整等功能，提高機床無人化、智能化、集成化水平；利用it網(wǎng)絡(luò)將機床與工段、車間、工廠、外界數(shù)據(jù)庫等進行聯(lián)系，進一步實現(xiàn)制造、管理、經(jīng)營、銷售、服務(wù)等方面之間的網(wǎng)絡(luò)化，也即向計算機集成制造系統(tǒng)方向發(fā)展。 3高可靠性 數(shù)控系統(tǒng)比較貴重，用戶期望發(fā)揮投資效益，要求設(shè)備可靠。特別是對要用在長時間無人操作環(huán)境下運行的數(shù)控系統(tǒng)，可靠性成為人們最為關(guān)注的問題。提高可靠性通?？刹扇∪缦麓胧?(1)提高線路集成度 采用大規(guī)模

27、或超大規(guī)模的集成電路、專用芯片及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，精簡外部連線和減低功耗。 (2)建立由設(shè)計、試制到生產(chǎn)的一整套質(zhì)量保證體系 例如，采取防電源干擾，輸入輸出光電隔離；使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化，以便于組織批量生產(chǎn)及維修；在安裝制造時注意嚴(yán)格篩選元器件；對系統(tǒng)可靠性進行全面的檢查、考核等，通過這些手段均司保證產(chǎn)品質(zhì)量。 (3)增強故障自診斷功能和保護功能 數(shù)控系統(tǒng)可能由于元器件失效、編程及人為操作錯誤等原因出現(xiàn)故障。數(shù)控系統(tǒng)一般具 有故障自診斷功能，能夠?qū)τ布蛙浖M行故障診斷，自動顯示出故障的部位及類型，以便快速排除故障。新型數(shù)控系統(tǒng)具有故障預(yù)報和自恢復(fù)功能。此外，還要

28、注意增強監(jiān)控與保護功能，例如，有的系統(tǒng)設(shè)有刀具破損檢測、行程范圍保護和斷電保護等功能，以避免損壞機床和報廢工件。由于采取了各種有效的可靠性措施，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時間(mtbf)可達(dá)到10 00036 000 h。1.4.2伺服系統(tǒng)的發(fā)展伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分，伺服系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能直接影響數(shù)控機床的定位精度、加工精度和位移速度。當(dāng)前，伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢如下。1全數(shù)字式控制系統(tǒng) 伺眼系統(tǒng)傳統(tǒng)的位置控制是將位置控制信號反饋至數(shù)控系統(tǒng)，與位置指令比較后輸出速度控制模擬信號至伺服驅(qū)動裝置；而全數(shù)字式數(shù)控系統(tǒng)的位置比較則是在伺服驅(qū)動裝置中完成的，數(shù)控系統(tǒng)僅輸出位置指令的數(shù)字信號至伺服

29、驅(qū)動裝置。 另外，直流伺服系統(tǒng)逐漸被交流數(shù)字伺服系統(tǒng)所代替。在全數(shù)字式控制系統(tǒng)中，位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)等參數(shù)均實現(xiàn)了數(shù)字化，實現(xiàn)了幾乎不受負(fù)載變化影響的高速響應(yīng)的伺服系統(tǒng)。2采用高分辨率的位置檢測裝置 現(xiàn)代數(shù)控機床的位置檢測大多采用高分辨率的光柵和光電編碼器，必要時采用細(xì)分電路，以進一步提高分辨率。3軟件補償 現(xiàn)代數(shù)控機床利用數(shù)控系統(tǒng)的補償功能，通過參數(shù)設(shè)置，對伺服系統(tǒng)進行多種補償，如位置環(huán)增益、軸向運動誤差補償、反向間隙補償及絲杠螺距累積誤差補償?shù)取?前饋控制 傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)是將指令位置和實際位置的偏差乘以位置環(huán)增益作為速度指令，經(jīng)伺服驅(qū)動裝置拖動伺服電動機，這種方式總是存在著位置跟蹤滯后

30、誤差，使得在加工拐角及圓弧時加工情況惡化。通過前饋控制，使跟蹤滯后誤差大為減小，從而提高位置控制精度。5機械靜、動摩擦的非線性控制技術(shù) 機床動、靜摩擦的非線性會導(dǎo)致爬行現(xiàn)象，除采取降低靜摩擦的措施外，新型的伺服系統(tǒng)還具有自動補償機械系統(tǒng)靜、動摩擦非線性的控制功能。本章小結(jié) 本章主要介紹了數(shù)控機床電氣控制技術(shù)的基本概念、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的組成、數(shù)控機床電氣控制技術(shù)的發(fā)展前景及數(shù)控機床電氣控制技術(shù)的經(jīng)濟效益和社會效益。應(yīng)重點掌握數(shù)控機床電氣控制技術(shù)的基本概念和數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的組成，了解數(shù)控機床電氣控制技術(shù)的發(fā)展前景及數(shù)控機床電氣控制技術(shù)的經(jīng)濟效益和社會效益。思考題及習(xí)題1什么叫數(shù)控技術(shù)?

31、2數(shù)控機床控制系統(tǒng)由哪幾部分組成?3數(shù)控系統(tǒng)按被控對象運動軌跡分為哪幾類?4輪廓控制、點位控制和點位直線控制各有何特點?5說明閉環(huán)、半閉環(huán)和開環(huán)伺服系統(tǒng)的組成及各自的特點。6數(shù)控系統(tǒng)按功能水平分類，可分為哪幾類?7.簡述數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。第2章數(shù)控機床常用低壓電器、執(zhí)行電器及檢測裝置內(nèi)容提要 本章主要講述了接觸器、繼電器、熔斷器、低壓斷路器、低壓開關(guān)、主令電器、電磁閥 等低壓電器的用途、基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其主要參數(shù)和圖形符號。 學(xué)習(xí)要求 掌握常用低壓電器的工作原理，圖形符號及用途。 了解各低壓電器的技術(shù)參數(shù)，以便正確選取電器。隨著電器技術(shù)不斷發(fā)展，為提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)盡量選用新型的電器元

32、件。2.1常用低壓電器 2.1.1 概述電器是根據(jù)外界特定的信號和要求，自動或手動接通和斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測、變換和調(diào)節(jié)的電氣設(shè)備。電器的種類繁多，構(gòu)造各異。根據(jù)其工作電壓高低，電器可分為高壓電器和低壓電器。低壓電器通常是工作在交流額定電壓1200v及以下，直流額定電壓1500v及以下的電路中起通斷、保護、控制或調(diào)節(jié)作用的電器，例如接觸器、繼電器等。低壓電器是電力拖動自動控制系統(tǒng)的基本組成元件，電氣技術(shù)人員必須熟練掌握低壓電器的結(jié)構(gòu)、原理，并能正確選用和維護。2.1.2低壓電器的分類低壓電器種類繁多、結(jié)構(gòu)各異、用途廣泛及功能多樣，按其

33、在電路中的作用分為以下4類： (1)控制電器 用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器，在電路中主要起控制和轉(zhuǎn)換作用，包括接觸器、繼電器和電動機起動器等。 (2)主令電器 用于自動控制系統(tǒng)中發(fā)送動作指令的電器，包括控制按鈕和行程開關(guān)等。 (3)保護電器 用于保護電路及用電設(shè)備的電器，包括熔斷器、熱繼電器、各種保護繼電器和避雷器等。 (4)執(zhí)行電器 用于完成某種動作或傳送功能的電器，包括電磁閥和電磁離合器等。2.1.3低壓電器的基本結(jié)構(gòu) 電磁式低壓電器在電氣控制線路中使用量很大，類型也很多，這些低壓電器的工作原理和結(jié)構(gòu)基本相同，就其結(jié)構(gòu)而言，大都由3部分組成，即觸點系統(tǒng)、滅弧裝置和電磁機構(gòu)。 1電磁機構(gòu)

34、 電磁機構(gòu)又叫電磁鐵，它是電磁式低壓電器的感測部件，它的作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能，帶動觸點動作使之閉合或斷開，從而實現(xiàn)電路的接通或分?jǐn)?。電磁機構(gòu)由吸引線圈、鐵心和銜鐵等幾部分組成，常見的3種結(jié)構(gòu)如圖2一l所示。圖21電磁機構(gòu)的結(jié)構(gòu)(a)拍合式；(b)轉(zhuǎn)動式；(c)直動式1一銜鐵；2一鐵心；3一吸引線圈電磁機構(gòu)的工作原理是：當(dāng)線圈通人電流后，產(chǎn)生磁場，磁通經(jīng)鐵心、銜鐵和工作氣隙形成閉合回路，產(chǎn)生電磁吸力，將銜鐵吸向鐵心。與此同時，銜鐵還要受到復(fù)位彈簧的反作用力，只有電磁吸力大于彈簧反作用力時，銜鐵才能可靠地被鐵心吸住。按通人吸引線圈的電流種類的不同可分為直流線圈和交流線圈，與之對應(yīng)的有直流電磁

35、機構(gòu)和交流電磁機構(gòu)。對于直流電磁機構(gòu)，因其鐵心不發(fā)熱，只有線圈發(fā)熱，所以通常直流電磁機構(gòu)的鐵心是用整塊鋼材或工程純鐵制成，而且它的激磁線圈高而薄，且不設(shè)線圈骨架，使線圈與鐵心直接接觸，這樣的結(jié)構(gòu)有利于鐵心的散熱；對于交流電磁機構(gòu)，由于鐵心和線圈都發(fā)熱，所以通常交流電磁機構(gòu)的鐵心用硅鋼片疊鉚而成，而且它的激磁線圈短而厚，其中設(shè)有骨架，使鐵心與線圈隔離，這樣的結(jié)構(gòu)有利于鐵心和線圈的散熱。 由于交流電磁鐵的鐵心的磁通是交變的，當(dāng)線圈中通以交變電流時，在鐵心中產(chǎn)生的磁通1，也是交變的，對銜鐵的吸力時大時小。當(dāng)磁通過零時，電磁吸力也為零，吸合后的銜鐵在復(fù)位彈簧的反力作用下將被拉開，磁通過零后電磁吸力又增

36、大，當(dāng)吸力大于反力時，銜鐵又被吸合。這樣造成銜鐵產(chǎn)生振動，同時還產(chǎn)生噪聲，甚至使鐵心松散。如果在交流接觸器鐵心端面上都安裝一個銅制的短路環(huán)后，如圖22所示，交變磁通1的一部分穿過短路環(huán)，在環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生磁通，與環(huán)中的磁通合成為磁通2。1與2相位不同，也即不同時為零。這樣就使得線圈的電流和鐵心磁通1為零時，環(huán)中產(chǎn)生的磁通不為零，仍然將銜鐵吸住，銜鐵就不會產(chǎn)生振動和噪聲。圖2-2交流電磁鐵結(jié)構(gòu)2觸點系統(tǒng)觸點是電磁式電器的執(zhí)行元件，用它來接通或斷開被控制電路。觸點的結(jié)構(gòu)形式很多，按其所控制的電路可分為主觸點和輔助觸點。主觸點用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流；輔助觸點用于接通或斷開控制

37、電路，只能通過較小的電流。觸點按其原始狀態(tài)可分為常開(動合)觸點和常閉(動斷)觸點。原始狀態(tài)時(即線圈未通電)斷開，線圈通電后閉合的觸點叫常開觸點；原始狀態(tài)閉合，線圈通電后斷開的觸點叫常閉觸點。觸點按其接觸形式可分為點接觸、線接觸和面接觸3種，如圖23所示。在觸點的3種接觸形式中，點接觸形式只能用于小電流的電器中，如接觸器的輔助觸點和繼電器的觸點；面接觸形式允許通過較大的電流，一般在其接觸面上鑲有合金以減小觸點的接觸電阻，提高耐磨性，容量較大的接觸器的主觸點多用這類觸點；線接觸形式觸點的接觸區(qū)域是一條直線，觸點在通斷過程中波動動作，從而保證了觸點的良好接觸，這種接觸多用于中等容量的觸點，如一般

38、接觸器的主觸點。 。在常用的繼電器和接觸器中，主要有橋形觸點和指形觸點2種結(jié)構(gòu)，如圖24所示。橋形觸點一般為點接觸和面接觸形式；指形觸點一般為線接觸形式。為了使觸點接觸得更加緊密，以減小接觸電阻，消除接觸時產(chǎn)生的振動，常常在觸點上裝有接觸彈簧，它對觸點產(chǎn)生壓力作用，觸點閉合的程度越大，壓力越大。圖2-3觸點的接觸形式 圖2-4觸點的結(jié)構(gòu)(a)點接觸(b)線接觸(c)面接觸 (a)橋式觸點(b)指形觸點3滅弧裝置當(dāng)觸點斷開大電流的瞬間，觸點間距離極小，電場強度較大，觸點間產(chǎn)生大量的帶電粒子，形成熾熱的電子流，產(chǎn)生弧光放電現(xiàn)象，稱為電弧。顯然，電壓越高，電流越大，電弧功率也越大；弧區(qū)溫度越高，游離

39、程度越大，電弧亦越強。電弧的出現(xiàn)，既妨礙電路的正常分?jǐn)?，又使觸點受到嚴(yán)重灼傷，為此必須采用有效的措施進行滅弧，以保證電路和電氣元件工作的安全可靠。根據(jù)上面的分析，要使電弧熄滅，應(yīng)設(shè)法降低電弧的溫度和電場強度，常用的滅弧裝置有 電動力滅弧、縱縫滅弧和柵片滅弧等。(1)電動力滅弧 如圖25a、b、c所示，當(dāng)觸頭斷開時，在斷口中產(chǎn)生電弧，根據(jù)右手螺旋定則，產(chǎn)生如圖所示的磁場，此時，電弧可看作一載流導(dǎo)體，又根據(jù)電動力左手定則，對電弧產(chǎn)生圖示電動力，將電弧拉斷，從而起到滅弧作用。(2)縱縫滅弧 縱縫滅弧是依靠磁場產(chǎn)生的電動力將電弧拉人用耐弧材料制成的狹縫中，以加快電弧冷卻，達(dá)到滅弧的目的，如圖25d、e

40、所示。(3)柵片滅弧 如圖25f所示，當(dāng)電器的觸頭分開時，所產(chǎn)生的電弧在電動力的作用下被拉入一組靜止的金屬片中，這組金屬片稱為柵片，是互相絕緣的。電弧進入柵片后被分割為數(shù)股，并被冷卻以達(dá)到滅弧目的。圖2-5 滅弧裝置(a)、(b)、(c)電動力滅??；(d)、(e)縱縫滅??；(f)柵片滅弧1一靜觸頭；2一動觸頭；3一縱縫中的電??；4一電弧電流；5一滅弧電流；6一隔板；7一散熱片；8一柵片；9一電弧v1一動觸點移動速度；v2一電弧在電磁力作用下的移動速度2.2低壓開關(guān)低壓開關(guān)是低壓電器中結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛的一類手動操作電器，它主要有刀開關(guān)、組合開關(guān)和萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)等，它的作用是在電源切斷后，將線路與

41、電源明顯地隔開，以保障修檢人員的安全。2.2.1刀開關(guān)刀開關(guān)主要有膠殼開關(guān)和鐵殼開關(guān)兩種，開關(guān)內(nèi)都裝有熔斷器，兼有短路保護功能。刀開關(guān)安裝時，手柄向上，不得倒裝或平裝。 1膠殼刀開關(guān) 膠殼刀開關(guān)俗稱閘刀開關(guān)，是結(jié)構(gòu)最簡單、應(yīng)用最廣泛的一種手動電器，如圖26所示。它主要用于電路的電源開關(guān)和容量小于7.5kw的異步電動機。它是非頻繁起動的操作開關(guān)。膠殼刀開關(guān)由操作手柄、熔絲、刀片、刀座和底座組成，按極數(shù)分有單極、雙極與三極開關(guān).如圖27所示。圖26 hk系列刀開關(guān)結(jié)構(gòu)1一膠蓋2一膠蓋緊固螺釘3一進線座4一靜觸頭5一熔體6一瓷底7一出線座8動觸頭9一瓷柄2.鐵殼開關(guān)鐵殼開關(guān)也稱封閉式負(fù)荷開關(guān)。圖2-

42、7所示為常用的hh系列鐵殼開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。它由刀開關(guān)、熔斷器、滅弧裝置、操作機構(gòu)和金屬外殼組成。圖2-7 hh系列鐵殼開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖1-u形開關(guān)；2-靜夾座；3-熔斷器；4-彈簧；5-轉(zhuǎn)軸；6-操作手柄 鐵殼開關(guān)的操作機構(gòu)具有以下兩個特點：一是設(shè)有連鎖裝置，保證開關(guān)在合閘狀態(tài)下開關(guān)蓋不能開啟，而開啟時不能合閘，以保證操作安全；二是采用儲能分合閘方式。操作機構(gòu)中，在手柄轉(zhuǎn)軸與底座之問裝有速動彈簧，使開關(guān)快速接通與斷開，而與手柄的操作速度無關(guān)，這樣有利于迅速滅弧。 操作時，人要在鐵殼開關(guān)的手柄側(cè)，不要面對開關(guān)，以免意外故障使開關(guān)爆炸，鐵殼飛出傷人。開關(guān)外殼應(yīng)可靠接地，以防止意外漏電而造成觸電事故。

43、 3.刀開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)和電氣符號刀開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、通斷能力、熱穩(wěn)定電流、動穩(wěn)定電流等。(1)額定電壓指在規(guī)定條件下，保證電器正常工作的電壓值。目前國內(nèi)生產(chǎn)的刀開關(guān)，其額定電壓為交流500 v以下，直流440 v以下。(2)額定電流指在規(guī)定條件下，保證電器正常工作的電流值。目前生產(chǎn)的刀開關(guān)，其額定工作電流為10 a、15 a、20 a、30 a、60 a、100 a、200 a、400 a、600 a、1 000 a及1 500 a等。(3)通斷能力指在規(guī)定條件下，能在額定電壓下接通或分?jǐn)嗟碾娏髦怠?4)熱穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流是指當(dāng)電路發(fā)生短路故障時，刀開關(guān)在一定時間(

44、通常為1 s)內(nèi)通過某一短路電流，但并不會因溫度急劇上升而產(chǎn)生熔焊現(xiàn)象，這一最大短路電流稱為刀開關(guān)的熱穩(wěn)定電流。(5)動穩(wěn)定電流動穩(wěn)定電流是指當(dāng)電路發(fā)生短路故障時，刀開關(guān)并不因短路電流產(chǎn)生的電動力作用而發(fā)生變形、損壞或觸刀自動彈出等現(xiàn)象，這一短路電流峰值即為刀開關(guān)的動穩(wěn)定電流。 一般刀開關(guān)的熱穩(wěn)定電流和動穩(wěn)定電流都可達(dá)到額定電流的數(shù)十倍。 目前，常用的刀開關(guān)有hd系列刀形隔離器、hs系列雙投刀開關(guān)、hk系列膠蓋刀開關(guān)、hh系列負(fù)荷開關(guān)及hr系列熔斷器式刀開關(guān)。刀開關(guān)的圖形符號和文字符號如圖2-8所示。圖2-8刀開關(guān)的圖形符號和文字符號a)單極b)雙極c)三極d)三極刀熔開關(guān)4.刀開關(guān)的選用原則

45、 根據(jù)使用場合選擇刀開關(guān)的類型、極數(shù)和操作方式。 刀開關(guān)的額定電壓應(yīng)大于或等于線路電壓。 刀開關(guān)的額定電流應(yīng)大于或等于線路的額定電流。對于普通負(fù)載，刀開關(guān)可以根據(jù) 額定電流來選擇。而對于電動機負(fù)載，開啟式刀開關(guān)的額定電流可選電動機額定電流的3倍，封閉式刀開關(guān)的額定電流可選電動機額定電流的15倍。2.2.2組合開關(guān)組合開關(guān)是一種多觸點、多位置式、可控制多個回路的電器。一般用于電氣設(shè)備中非頻繁地通斷電路、換接電源和負(fù)載，測量三相電壓以及控制小容量電動機。組合開關(guān)由動觸點(動觸片)、靜觸點(靜觸片)、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機構(gòu)及外殼等部分組成。其動、靜觸點分別裝于數(shù)層絕緣殼內(nèi)，如圖2-9所示為hzl0組合

46、開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄時，每層的動觸點隨方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)對電路的通、斷控制。其圖形符號如圖2-10所示，文字符號為qs。 組合開關(guān)的主要參數(shù)有額定電壓、額定電流、極數(shù)，常用型號有hzl0、hzl5系列。圖2-9組合開關(guān)的外形與結(jié)構(gòu)示意圖a)外形圖b)結(jié)構(gòu)示意圖1一手柄2一轉(zhuǎn)軸3一彈簧4一凸輪5一絕緣墊板6一動觸片7一靜觸片8一接線柱9一絕緣方軸圖2-10組合開關(guān)的圖形符號a)單極 b)三極2.3主令電器主令器是用來接通和分?jǐn)嗫刂齐娐芬园l(fā)號施令的電器。主令器用于控制電路，不能直接分合主電路。主令電器種類繁多，按其作用可分為按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)等。2.3.1按鈕

47、開關(guān)按鈕開關(guān)通常用做短時接通或斷開小電流控制電路的開關(guān)，通常用于控制電路中發(fā)出啟動或停止等指令，通過接觸器、繼電器等控制電器接通或斷開主電路。(1)按鈕開關(guān)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理按鈕開關(guān)由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸頭、靜觸頭和外殼組成，通常制成具有常開觸頭和常閉觸頭的復(fù)合結(jié)構(gòu)。觸點額定電流5a以下，其結(jié)構(gòu)如圖2-11所示，圖形符號及文字符號如圖2-12所示。圖213按鈕外形與結(jié)構(gòu)示意圖(a)外形圖；(b)結(jié)構(gòu)示意圖1,2一常閉觸點；3,4-常開觸點；5-動觸點；6-復(fù)位彈簧；7-按鈕帽； 圖2-12按鈕的圖形符號和文字符號a)一般式常開觸頭b)一般式常閉觸頭c)復(fù)合式d)急停式e)旋鈕式f)鑰匙式

48、按鈕按用途和結(jié)構(gòu)不同，分為啟動按鈕、停止按鈕和復(fù)合按鈕等。 啟動按鈕帶有常開觸點，手指按下按鈕帽，常開觸點閉合；手指松開，常開觸點復(fù)位。啟動按鈕的按鈕帽一般采用綠色。停止按鈕帶有常閉觸點，手指按下按鈕帽，常閉觸點斷開；手指松開，常閉觸點復(fù)位。停止按鈕的按鈕帽一般采用紅色。復(fù)合按鈕帶有常開觸點和常閉觸點，手指按下按鈕帽，常閉觸點先斷開，常開觸點后閉合；手指松開時，常開觸點先復(fù)位，常閉觸點后復(fù)位。控制按鈕可做成單式(一個按鈕)、復(fù)式(兩個按鈕)和三聯(lián)式(有三個按鈕)的形式。為便于識別各個按鈕的作用，避免誤操作，通常將按鈕帽做成不同顏色，以示區(qū)別，其顏色有紅、綠、黃、藍(lán)、白、黑等。如紅色表示停止按鈕

49、；綠色表示起動按鈕等。(2)按鈕開關(guān)的選用原則根據(jù)用途選擇開關(guān)的形式，如緊急式、鑰匙式、指示燈式等。根據(jù)使用環(huán)境選擇按鈕開關(guān)的種類，如開啟式、防水式、防腐式等。按工作狀態(tài)和工作情況的要求，選擇按鈕開關(guān)的顏色。2.3.2行程開關(guān) 行程開關(guān)也稱為位置開關(guān)或限位開關(guān)，它的作用與按鈕相同，但不用手按，而是利用生產(chǎn)機械的某些運動部件的碰撞使觸點動作來控制電路。行程開關(guān)的種類很多。按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、擺動式和微動式；按其復(fù)位方式可分為自動復(fù)位和非自動復(fù)位；按其觸點性質(zhì)可分為觸點式和無觸點式。行程開關(guān)的圖形符號和文字符號如圖213所示。圖213行程開關(guān)的圖形符號和文字符號(1)直動式行程開關(guān)直動式行程開關(guān)

50、如圖2-14所示，其結(jié)構(gòu)與按鈕相似，只是它用運動部件上的擋塊來碰撞行程開關(guān)的推桿。直動式行程開關(guān)觸點的分合速度取決于擋塊的移動速度，當(dāng)擋塊移動速度低于04 mmin時，觸點斷開較慢，電弧易燒壞觸點，不宜采用這類行程開關(guān)。圖2-14直動式行程開關(guān)的結(jié)構(gòu) 圖2-15擺動式行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)1-推桿；2-凹形輪；3-小輪； 1-滾輪；2-連桿；3-開口彈簧；4-支桿；5-轉(zhuǎn)軸；6-彈簧片(動觸點)； 4、11-復(fù)位彈簧；5-丁字桿；7、8-靜觸點；9-彈簧 6、9-扣板；7-常閉觸點；8-常開觸點；10-鋼球；12-推桿(2)擺動式行程開關(guān) lx2系列擺動式行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖217所示。當(dāng)裝在運動部件上

51、的擋塊作用在滾輪1上時，連桿2轉(zhuǎn)動，通過開口彈簧3轉(zhuǎn)動推桿12，鋼球10沿丁字桿5向右滑動并壓緊鋼球彈簧；當(dāng)推桿使扣板6解脫時，在儲能鋼球彈簧的作用下，丁字桿帶動觸點轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生觸點的快速換接。同時左邊的扣板9也在彈簧的作用下轉(zhuǎn)動，以限制丁字桿的轉(zhuǎn)角，也限制觸點的行程；當(dāng)滾輪上的壓力消失后，彈簧使開關(guān)復(fù)位。(3)微動式行程開關(guān) 微動式行程開關(guān)具有彎片式彈簧瞬動機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖218所示。當(dāng)推桿被壓下時，彈簧變形，儲存能量；當(dāng)達(dá)到頂點位置時，彈簧連同動觸點產(chǎn)生瞬時跳躍，實現(xiàn)電路的切換；當(dāng)操作力變小時，彈簧釋放能量，反向跳躍，觸點分合速度不受推桿壓下速度影響，克服了直動式行程開關(guān)的缺點。這種行程開關(guān)

52、不僅動作靈敏而且體積小，適用于小型機構(gòu)。圖216微動式行程開關(guān)的結(jié)構(gòu) 1-推桿；2-彈簧；3-動合觸點； 4-動斷觸點；5-復(fù)位彈簧行程開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、觸點換接時間、動作力、動作角度或工作行程、觸點數(shù)量、結(jié)構(gòu)形式和操作頻率等。常用的行程開關(guān)有l(wèi)xl9、lxw11、jixki、lwz、lx5和lxl0等系列。2.3.3接近開關(guān) 接近開關(guān)又稱無觸點行程開關(guān)，它除可以完成行程控制和限位保護外，還是一種非接觸型的檢測裝置，常常用來檢測零件的尺寸或測速等，也可用于變頻計數(shù)器、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制和加工程序的自動銜接等，它具有工作可靠、壽命長、功耗低、復(fù)定位精度高、操作頻率高以

53、及能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境等特點。常用的接近開關(guān)有電感式和電容式2種。接近開關(guān)的圖形符號及文字符號如圖2-17。圖2-17接近開關(guān)的圖形符號電感式接近開關(guān)的工作原理如圖218所示。電感式接近開關(guān)由一個高頻振蕩器和一個整形放大器組成，振蕩器振蕩后，在開關(guān)的檢測面產(chǎn)生交變磁場。當(dāng)金屬體接近檢測面時，金屬體產(chǎn)生渦流，吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以致停振?！罢袷帯焙汀巴Ｕ瘛边@2種狀態(tài)由整形放大器分別轉(zhuǎn)換成“高”和“低”2種不同的電平，從而分別起到“開”和“關(guān)”的控制作用。目前常用的電感式接近開關(guān)有l(wèi)j1和lj2等系列。圖2-18電感式接近開關(guān)的工作原理 電容式接近開關(guān)的感應(yīng)頭只是一個圓形平板電極，既能檢

54、測金屬，又能檢測非金屬及液體，因而應(yīng)用十分廣泛，常用的有l(wèi)15系列和tc系列。2.3.4其他開關(guān)1.萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多檔式且能對電路進行多種轉(zhuǎn)換的電器，它用于各種控制電路的轉(zhuǎn)換、電氣測量儀表的轉(zhuǎn)換以及配電設(shè)備的遠(yuǎn)距離控制，也可用于小容量電動機的起動、制動、調(diào)速和換向控制。 萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)由凸輪機構(gòu)、觸點系統(tǒng)和定位裝置等部分組成，它依靠操作手柄帶動轉(zhuǎn)軸和凸輪轉(zhuǎn)動，使觸點動作或復(fù)位，從而按預(yù)定的順序接通或分?jǐn)嚯娐?，同時由定位機構(gòu)確保其動作的準(zhǔn)確可靠。操作時，手柄帶動轉(zhuǎn)軸和凸輪一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)手柄轉(zhuǎn)到不同的位置時，可使每層的各觸點按設(shè)置的規(guī)律接通或斷開，因而這種開關(guān)可以組成多種接線方案。萬能

55、轉(zhuǎn)換開關(guān)的圖形及文字符號如圖219所示。圖219a中的虛線表示操作位置，若在其相應(yīng)觸點下涂黑圓點，即表示該觸點在此操作位置是接通的，沒有涂黑圓點則表示斷開狀態(tài)；另一種方法是用通斷狀態(tài)表來表示，表中以“+”(或“×”)表示觸點閉合，以“一”(或無記號)表示觸點分?jǐn)?。圖219b是轉(zhuǎn)換開關(guān)的另一種表示方式(也可用qs表示)。目前，國內(nèi)常用的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)有l(wèi)w5和lw6等系列。lw5系列萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)如圖220所示。圖219萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的圖形及文字符號(a)圖形符號和文字符號；(b)通斷表圖220 lw5系列萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)a)外形b)凸輪通斷觸頭示意圖2.光電開關(guān) 光電開關(guān)一般由投光器和受光器組

56、成。它是一種把光照強弱的變化轉(zhuǎn)換為電信號的傳感元件。它利用物質(zhì)對光束的遮蔽、吸收或反射等作用，對物體的位置、形狀、標(biāo)志、符號等進行檢測。 光電開關(guān)能非接觸、無損傷地檢測各種固體、液體、透明體、煙霧等。它具有體積小、功能多、壽命長、功耗低、精度高、響應(yīng)速度快、檢測距離遠(yuǎn)和抗光、電、磁干擾性能好等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)設(shè)備中作物體檢測、液位檢測、行程控制、產(chǎn)品計數(shù)、速度監(jiān)測、產(chǎn)品精度檢測、尺寸控制、寬度鑒別、色斑與標(biāo)記識別、人體接近開關(guān)和防盜警戒等，已成為自動控制系統(tǒng)和自動化生產(chǎn)線中的重要器件。 3.主令控制器 主令控制器一般由觸頭、凸輪、定位機構(gòu)、轉(zhuǎn)軸、面板及其支承件等部分組成。根據(jù)每塊凸輪塊的形狀特點，可使觸