XD40数控铣床电气图分析Word文档格式.docx

1、220V用于给其它设备供电，包括热交换器，机床润滑泵，以及两个开关电源。此处开关电源VC1用于系统和PLC输出继电器供电，开关电源VC2用于电磁阀和三色灯供电。在图中320，0，306，307，308，309，310，311，312，0N，+24A，0D，+24D等都表示线号，在接线或查找机床故障时，应该对应找标有这些线号的线去测试。4/E4，7/E1，8/E1，4/B4等表示该线连接到的电气图页码和区域。（二）控制电气图数控机床控制电气图主要完成数控系统上下电的控制，主电路接触器和电磁阀控制，以及三色灯的控制等。在图3-6-3控制电路中，有些机床急停电路是将X轴Y轴Z轴等轴的正、负向超程限位

2、开关和急停开关的常闭触点串联在一起, 任意一个常闭触点断开都会造成急停线圈失电, 从而断开伺服的输入电源, 系统停止。要使系统退出保护，需压下超裎解除开关，使伺服系统恢复供电。再通过机床面板选择手动方式，选择相应的轴，向超程急停的反方向移动即可退出超程急停，然后复位。这种方案维修和操作者无法区分急停故障的原因是急停按下，还是哪个轴的哪个方向出现硬限位超程图中SQ23、SQ24、SQ25是X、Y、Z轴的硬限位开关信号，SB3是急停按钮输入，KA14是超程释放信号。图3-6-3 控制电路图一上图中，中间继电器的常开触点实现了警示灯的控制，系统的起/停电路的控制，按下SB2按钮KA2线圈得电，KA2

3、触点闭合且自锁，系统完成上电。图3-6-4 控制电路图二图3-6-4中，依靠PLC输出继电器KA9和KA10实现了排屑电机正反转的控制，正反转KM1Z和KM1F线圈互锁。依靠PLC输出继电器KA8完成冷却控制，在接触器线圈旁并联阻容吸收器FV，防止干扰。（三）PLC输入/输出电气图802D系统内集成S7-200电路PLC，由PP72/48输入/输出模块扩展I/O，每一个模块上有X111、X222、X333三个接口，通过端子转换器连接到各接线端子或输出继电器上，I/O点的多少与系统的功能相关。图3-6-5为X111接口中Q6.0Q7.7输出信号电气图，输出接口功能在图中上方已经标明，维修时根据其

4、功能来查找所对应的输出继电器。例如如果机床冷却功能故障，分析时首先依据电气图，找到冷却输出的地址为Q6.5，输出的继电器为KA8，然后利用PLC I/O状态或梯形图查看PLC是否已经输出，或利用万用表检测继电器KA8线圈是否已经闭合，触点是否已经接通。图3-6-5 X111接口PLC输入电气图图中701716为输出信号在端子转换器上的线号，利用万用表查找故障时，利用线号来找到该线。图中5/C7、4/C3分别表示PLC输出继电器的常开触点在第5页C7区使用、在第4页C3区使用。可根据标明的电气图页码和区域找到输出继电器所控制的控制电路。输出继电器旁边并接续流二极管，起到抗干扰作用，现在很多继电器

5、已经内置。图3-6-6为X111接口中I9.0I11.2输入信号电气图，该输入接口的功能在电气图的上方已经标明，与输出接口类似，在进行电气维修时，首先根据电气图查找该功能对应的输入点，然后再利用PLC I/O状态或梯形图查看PLC是否有信号输入，或利用万用表检测开关或传感器是否有信号输入。以手持单元故障维修为例，手持单元对应的输入地址为I9.0I9.4共5个输入点，首先要找到该手持单元的接线说明书，知道给PLC输入信号的L1、L2、L3为轴选择信号，R1、R2为倍率选择信号，按二进制编码。然后利用PLC状态表或梯形图分别观察轴选择信号I9.0I9.2和倍率选择信号I9.3I9.4输入是否正确，

6、如果信号有误，则利用万用表来检查手持单元与PLC输入点以及电源的接线是否正确。图3-6-6 X111接口PLC输出电气图图中901919为输入信号在端子转换器上的线号，利用万用表查找故障时，利用线号来找到该线。图中SB4、SQ2、BQ1、KA1等为输入的按钮、开关、传感器或继电器等，这些器件接通时将24V信号输入或断开，从而给PLC输入“1”或“0”。图3-6-7是X222模块上的输入和输出接口，该模块上的接口并没有完全使用，有的电气图上会将所有X222上的输入和输出接口全部画出，以方便功能的扩展，但此处只根据实际连接给出了部分接口。输入部分只使用了I12.7、I14.6、I14.7三个接口，

7、其中I14.6和I14.7连接在611Ue电源模块上，用于检测T52超温信号和T72就绪信号。输出部分通过Q9.3Q9.5连接至电源模块上，完成上下电时序的控制。图3-6-7 X222接口PLC输入输出电气图（四）611Ue伺服电气图图3-6-8 611Ue伺服电气图图3-6-8为611Ue的伺服电气图，此部分在前边已经介绍，不再赘述分析。（五）Siemens 802D系统电气图图3-6-9 Siemens 802D系统电气图图3-6-9为802D系统电气图，在该图上标明了系统各接口的连接关系，包括系统与伺服的连接，系统与主轴的连接，系统与PLC 输入/输出模块的连接，以及与MDI键盘的连接关

8、系。此处在系统图上将802D MCP上六个自定义功能键的功能以及PROFIBUS的连接关方法作了标示。（六）机床元件安装位置图图3-6-10为机床上元件安装位置示意图，因为机床有导轨防护罩等各种保护措施，所以在机床电气故障维修时需要根所此图找到在机床床身或其它部件上安装的行程开关、传感器等实际安装位置，而不用将所有护罩的拆下来。利如在上述PLC输入/输出电气图中输入的各行程开关SQ、电磁阀YV等都需要在该图上来实际定位。此外在图中还标明了线缆通道中的连接线缆、带有线号的接线的位置、电机的实际安装位置、冷却排屑等辅助功能部件的安装位置等。图3-6-10 机床元件安装位置图四、相关理论知识数控机床

9、很大部分故障是电气控制系统故障，作为维修人员，熟悉机床电气控制系统原理，对数控机床维修有很大帮助，根据电气控制系统的连接框图，我们可以了解所用的数控系统和伺服系统的类型、I/O接口板的方式，位置和速度反馈的形式；根据电源控制和辅助功能电路图，结合CNC中的PLC的I/O接口信号比较容易的分析辅助电路的电气控制原理。（一）电气识图的方法1掌握理论知识要想看懂电气原理图，必须具备一定的电工、电子技术理论知识。如三相电动机的正反转控制是利用电动机的旋转磁场方向由三相交流电的相序决定的原理，采用倒顺开关或两个接触器实现切换，从而改变接人电动机的三相交流电相序，实现电动机正反转的。2熟悉电气元器件结构电

10、路是由各种电气设备、元器件组成的，如电力供配电系统中的变压器、各种开关、接触器、继电器、熔断器、传感器等，电子电路中的电阻器、电感器、电容器、二极管、三极管、晶闸管及各种集成电路等。冈此熟悉这些电气设备、装置和控制元件、元器件的结构、动作工作原理、用途和它们与周围元器件的关系以及在整个电路中的地位和作用，熟悉具体机械设备、装置或控制系统的工作状态，有利于电气原理图的识读。3结合典型电路识读图所谓典型电路。就是常用的基本电路。如三相感应电动机的启动、制动、正反转、过载保护、联锁电路等。供配电系统中电气主接线常用的单母线主接线-电子电路中三极管放大电路、整流电路、振荡电路等，都是典型电路。无论多么

11、复杂的电路图都是由若干典型电路所组成的。因此熟悉各种典型电路，对于看懂复杂的电路图有很大帮助，不仅看图时能很快分清主次环节、信号流向，抓住主要矛盾，而且不易搞错。4根据电气制图要求识读图电气图的绘制有一定的基本规则和要求，按照这些规则和要求画出的图，具有规范性、通用性和示意性。例如，电气图的图形符号和文字符号的含义、图线的种类、主辅电路的位置、表达形式和方法等，都是电气制图的基本规则和要求。掌握熟悉这些内容对识读图有很大的帮助。5分清控制线路的主辅电路分析主电路的关键是弄清楚主电路中用电器的工作状态是由哪些控制元件控制。将控制与被控制关系弄清楚，可以说电气原理图基本也就读懂了。分析控制电路就是

12、弄清楚控制电路中各个控制元件之间的关系，弄清楚控制电路中哪些控制元件控制主电路中用电负载状态的改变。分析控制电路时最好是按照每条支路中串联的控制元件的相互制约关系去分析，然后再看该支路控制元件动作对其他支路中的控制元件有什么影响。采取逐渐推进法分析是比较好的方法。控制电路比较复杂时，最好是将控制电路分为若干个单元电路，然后将各个单元电路分开分析，以便抓住核心环节，使复杂问题简化。（二）电气柜设计的基本要求1电气柜应具有 IP54防护等级； 2各部件应安装在没有涂漆的镀锌板上；3驱动器，变频器和其他强电电气应尽可能与弱电部件（如 PCU、PP72/48）等分开安装；在安装位置上应保证大于 200

13、mm的间距；4电源电缆（主电源和主电源到驱动器或变频器的电缆）、电机电缆，特别是变频器到主轴电机的电缆应与信号电缆分开走线，且在电气柜中的长度尽可能短；变频器到主轴电机的电缆最好采用屏蔽电缆，且需两端接地；5611UE 为变频器提供的模拟给定信号应采用屏蔽电缆与变频器连接，且屏蔽网应在变频器一端接地；6电机动力电缆的屏蔽联接喉箍应与屏蔽连接架连接；7若数控系统需要与计算机通讯，应在电气柜中提供计算机所需的单相交流电源，以保证计算机与数控系统共地。建议选用 RS232接口隔离器以保护通讯接口；8用于 PCU和 PP72/48的 24VDC电源的共地与浮地连接：共地：电源的“0V”与保护地“PE”

14、连通 浮地：电源的“0V”与保护地“PE”断开 系统可以采用浮地连接，但推荐采用共地连接。共地可以保证系统稳定可靠运行，但前提条件是具有良好的“地”。良好的接地是系统稳定可靠运行的保证。下图是802D电气系统的接地图，要求只有接地良好时才能连接0V与PE，如果不能确定 PE是否良好，禁止连接，部件到接地排接地线截面积必须6mm，接地排接地线截面积必须10mm。图3-6-11 802D电气系统的接地图（三）数控机床中常用电气元件1控制按钮控制按钮主要用于起动、关机以及功能指令的实现，开关按钮常有红、绿、黑白、白色、黑色、蓝色等各种颜色，一般启动功能选择绿色按钮，停止功能选择红色按钮，复位功能选择

15、蓝色按钮，带有停止功能的复位按钮选择红色，点动功能一般选择黑色按钮。按钮常见故障是由于长时间使用，机械动作不灵活，触点接触不良等，如发生此故障，需要更换同型号新的按钮。2行程开关行程开关主要用于检测机械位置，如机床工作台硬件限位，刀库机械手运动到位等信号。常见故障有固定安装松动，操作杆失灵，触头接触不良等，根据行程开关的种类，可以调整挡块或调整行程开关。如果行程开关弹簧失效，则需要更换行程开关。3接近开关接近开关用于近距离（几毫米到几十毫米）内检测物体有无的传感器，用于检测数控机床位置或刀具的机械位置。根据其检测原理不同，主要有电感式，电容式，磁感应式，光电式，霍耳式等类型。电感式接近开关在数

16、控机床上应用最为广泛，用于刀库，机械手及工作台的到位检测检测。在测试其好坏时，可用金属物体移动至接近开关上，观察其指示灯是否亮，如果亮则表明其有信号输出。电容式接近开关除了可以对金属材料的无接触式检测外，还可以对非导电性材料进行检测，在使用过程中应该注意间隙调整。磁感应式接近开关也称磁敏开关，主要对气缸内活塞位置进行非接触式检测。光电式接近开关有反射型和遮断型两种，在数控机床上可用于刀架刀位检测和柔性制造系统中物料传送位置的检测。霍耳式接近开关检测磁信号，常用于电动刀架上刀位的检测和主轴准停位置的检测。4压力开关压力开关在数控机床中多用于检测液压，气压系统的压力，是一种通过被控介质压力的变化，

17、控制机械机构带动触点动作的开关。在使用时，应注意微动开关的安装与顶杆间的位置间隙。5温控开关利用温度敏感元件的电阻值随温度变化的原理制成的一种开关，常用于伺服驱动器或电机中，当超温后切断电源实现过热保护。6接触器可以频繁地接通和分断交流、直流电路。在使用时应注意控制交流选交流接触器，控制直流选直流接触器。主触头的额定工作电压应大于或等于负载电路电压，主触头的额定工作电流应大于或等于负载电路电流。线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，当接触器线圈电压达到额定电压的85%或更高时，触点机构动作可靠。接触器常见的故障是触头电磨损，另外还易出现线圈烧毁和辅助触头因剩磁而不释放等故障。7继电器是一种根据

18、输入信号来控制电路中电流“通”与“断”的自动切换电器，通过继电器可以实现弱电控制强电。与接触器动作原理相同，但其结构简单，体积小，没有灭弧装置，触点的种类和数量也较多，线圈电压常为24V或12V直流。8空气断路器也称作空气开关、低压断路器或自动断路器。一般应用于启动不频繁的电路中。在主轴或进给轴伺服配电系统中用作配电线路中过载和短路保护。当电源电压欠压、无压、干扰、过流/过载/短路、异常温升、漏电等可使断路器分励脱扣。常见的断路器失效原因，多是由于本身机构如弹簧、线圈、传动机构失效或触点烧蚀等，需重新更换。（三）数控机床的电磁干扰机床数控系统中既包含高电压、大电流的强电设备，又包含低电压、小电

19、流的控制与信号处理设备和传感器，即弱电设备。强电设备产生的强烈电磁骚扰对弱电设备的正常工作构成极大的威胁。此外，系统所在的生产现场的电磁环境较恶劣，系统外各种动力负载的骚扰、供电系统的骚扰和大气中的骚扰等都会对系统内的弱电设备产生严重影响，由于弱电设备是控制强电设备的，所以，一旦弱电设备受到干扰，加工精度就会降低或引起误动作，进而可能导致事故发生或整个系统的瘫痪。大量实际和统计数字表明，数控装置和计算机等的故障，90来自电源噪声和电源本身的故障。强电设备会使供电系统污染，产生强脉冲噪声，通过传输线影响微电子设备，特别是数字控制装置的安全稳定运行。因此，数控机床的预防干扰，不仅要对微电子电路采取

20、抑制措施，还要对其电源系统采取抑制干扰措施。1干扰的来源干扰是影响数控机床正常运行的一个重要因素，常见的干扰有电磁波干扰、供电线路干扰和信号传输干扰等。（1）电磁波干扰各种大功率高频、中频发生装置和电火花高频电源等使用的过程中都会产生强烈的电磁波，这种高频辐射能量通过空间向外传播，被附近的干扰对象所吸收。如被附近的数控系统所吸收并且能量足够的话，就会影响数控机床的正常工作。（2）供电线路干扰数控系统对输入电压的变化范围都有一定的要求，过电压或欠电压都会引起电源电压监控报警，从而导致停机。如果线路受到干扰，就会产生谐波失真，频率与相位漂移。动力电网的另一种干扰是由大电感负载所引起的。大电感在断电

21、时要把存储的能量释放出来，在电网中形成高峰尖脉冲，它的产生是随机的，由于这种电感负载产生的干扰脉冲频域宽，特别是高频窄脉冲，峰值高，能量大，干扰严重但变化迅速，不会引起电源监控的反应，如果通过电线路窜入数控系统，引起的错误信息会导致CPU停止运行，系统数据丢失。（3）信号传输干扰数控机床电气控制的信号在传递过程中若受到外界干扰，常会产生串模干扰和共模干扰。串模干扰的表现形式如下：1）通过泄漏电阻的干扰。最常见的现象是元件支架、检测元件、接线柱、印制线路以及电容绝缘不良，使噪声源得以通过这些漏电阻作用于有关电路而造成干扰。2）通过共阻抗耦合的干扰。最常见的例子是通过接地线阻抗的共阻耦合干扰。3）

22、经电源配电回路引入的干扰。当干扰电压对两根信号线的干扰大小相等、相位相同时属于共模干扰，由于接收装置的共模抑制比一般均较高，所以对系统的影响不大。但当接收装置的两个输入端出现很难避免的不平衡时，共模干扰的一部分将转换为串模干扰。2干扰故障诊断与维修方法电磁干扰的抑制方法有许多种，屏蔽、隔离、滤波、接地和设备的合理布局等都是诊断、控制或消除干扰的基本方法和有效措施。此外，利用软件抗干扰技术，也能收到良好效果。下面主要通过介绍几种常用的抗干扰的措施，培养认识干扰、初步具备诊断及排除干扰故障的能力。（1）减少供电线路干扰数控机床的安置要远离中频、高频的电气设备，要避免大功率启动、停止频繁的设备和电火

23、花设备同数控机床位于同一供电干线上，变频器控制电路配线要采用独立的动力线供电。在电网电压变化较大的地区，供电电网与数控机床之间应加自动调压器或电子稳压器，以减小电网电压的波动。动力线与信号线要分离，如各自使用各自独立的线槽等，距离尽可能保持在30cm以上，最小距离为57.5cm，同时尽量避免平行走线，不能将强电线与信号线捆扎在一起。信号线采用绞合线，以减少和防止磁场耦合和电场耦合的干扰。采用隔离变压器供电能实现电路与电路之问的电气隔离，从而解决地线环路电流带来的设备与设备之间的干扰，同时，隔离变压器对于抗共模干扰也有一定作用，对瞬变脉冲串和雷击浪涌干扰能起到很好的抑制作用，是一种应用相当广泛的

24、电源线抗干扰措施。（2）减少机床控制中的干扰1）压敏电阻保护数控系统开机运行时，分别会在交流输入电源相线之间叠加峰值为1kV的浪涌（冲击）电压；在交流输入电源相线与保护接地端（PE）间叠加峰值为2kV的浪涌（冲击）电压。为此，数控机床伺服驱动装置电源引入部分压敏电阻的保护电路。在电路中加入压敏电阻，又称浪涌吸收器，可对线路中的瞬变和尖峰等噪声起一定的抑制作用。压敏电阻是一种非线性过电压保护元件，抑制过电压能力强，反应速度快。平时漏电流很小，而放电能力异常大，可通过数干安培电流，且能重复使用。2）阻容保护如图3-6-12 a、b所示是数控机床电气控制中交流负载的阻容保护电路。交流接触器和交流电动

25、机频繁起停时，其电磁感应现象会在机床的电路中产生浪涌或尖峰等噪声，干扰数控系统和伺服系统的正常工作。在这些电器上加入阻容吸收回路，会改变电感元件的线路阻抗，使交流接触器线圈两端和交流电动机各相的电压在起停时平稳，抑制了电器产生的干扰噪声。交流接触器的阻容吸收回路，其电阻一般为220，电容一般为0.2F/380V；交流电动机各相之间的阻容吸收回路，电阻一般为300，电容一般为0.47F/380V。 a）KM线圈阻容吸收器 b）交流电机阻容吸收器 c）续流二极管图3-6-12 机床电路中的抗干扰措施目前，有些交流接触器配备有标准的阻容吸收器件，如TE公司的D2系列接触器，其交流接触器中的LA4线圈

26、抑制模块，可直接插入接触器规定的部位，安装方便。三相灭弧器用于三相负载的阻容吸收。3）续流二极管保护如图3-6-12 c所示是数控机床电气控制中直流继电器、直流电磁阀续流二极管保护的电路。直流电感元件在断电时线圈中将产生较大的感应电动势，例如，直流6V继电器线圈断电时有时会出现300600V的浪涌电压，在电感元件两端反向并联一个续流二极管，释放线圈断电时产生的感应电动势，可减小线圈感应电动势对控制电路的干扰噪声。目前，有些直流继电器已将续流二极管做成一体，如FUJI中间继电器DC24VHH153P-FL在其线圈两端并有二极管，给使用安装带来了方便。（3）屏蔽技术利用导电或导磁材料制成容器，将需

27、要防护的电路或线路包在其中，割断或削弱干扰场的空间耦合通道，可以防止电场或磁场的耦合干扰，此方法称为屏蔽。屏蔽可以分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频磁屏蔽等几种。其中静电屏蔽主要是为了消除两个或几个电路之间由于分电容耦合而产生的干扰，如变压器初次级之间接地的屏蔽层就属于此类；电磁屏蔽对于高频电磁干扰的屏蔽，是通过反射或吸收的方法来承受或排除电磁能量。在几千赫兹以下，钢是电磁干扰的良好吸收材料，而在几兆赫兹以上，任何结构适当的金属都是良好的电磁干扰吸收材料。增加屏蔽物厚度，可增加电磁干扰的吸收量；低频磁场屏蔽对于恒定磁场和低频磁场，利用高磁导率的铁磁材料可实现屏蔽。它将磁力线限制在磁阻很小的屏蔽导体内

28、。此外，利用双绞线也可消除这类干扰。通常使用的铜质网状屏蔽电缆能同时起到电磁屏蔽和静电屏蔽的作用；将屏蔽线穿在铁质蛇皮管或普通铁管内，达到电磁屏蔽和低频磁屏蔽的目的；仪器的铁皮外壳接地能同时起到静电屏蔽和电磁屏蔽的作用。（4）保证“接地”良好将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点（或面）实现低阻抗的连接，称为接地。接地的目的有两个，一是为了安全，例如，把电子设备的机壳和机座等与大地相接，当设备中存在漏电时，不致影响人身安全，称为安全接地；二是为了给系统提供一个基准电位，如脉冲数字电路的零电位点等，或为了抑制干扰，如屏蔽接地等，称为工作接地。接地目的不同，其“地”的概念也不同。安全接地一

29、般是与大地相接，而工作接地，其“地”可以是大地，也可以是系统中其他电位参考点，如电源的某一个极。接地是电磁兼容设计的一个重要内容。接地不当会引起电磁干扰，甚至造成损伤人、机的事故，而正确的接地方式则会消除干扰。机电一体化系统常用的接地方式有以下几种：1）单点接地单点接地是指一个电路或设备中，只有一个物理点被定义为接地参考点，而其他凡是需要接地的点都被接到这一点上。如果一个系统包含许多设备，则每个设备的“地”都是独立的，设备内电路采用自己的单点接地，然后整个系统的各个设备的“地”都连到系统唯一指定的参考点上。设备内部电路的单点接地有串联、并联、串一并联混合接地3种方式。如图3-6-13所示，从防止噪声角度看，图（a）所示的串联接地方式是最不适用的。由于接地电阻是串联的，所以各电路间相互发生干扰。虽然这种接地方式很不合理，但由于比较简单，很多场合下仍在使用。这种接地方式当各电路的电平相差不大时还可勉强使用，但当各电路的电平相差很大时就不能使用了，因为高电平将会产生很大的