数控铣床电气图分析

模块6 XD-40数控铣床电气图分析一、学习目标终极目标：会读数控机床电气图册，利用电气图维修机床。

促成目标：1）掌握读图的方法。

2）掌握根据电气图查找机床电气故障的方法。

二、工作任务分析XD-40 802D数控铣床的电气图。

三、相关实践知识数控机床的电气册由数控机床厂商提供，电气原理图一般包括主电路、控制电路、进给伺服驱动电路、主轴驱动电路、CNC接口电路和PLC输入输出电路。

除此之外还提供电气元件安装位置图等，便于维修。

机床厂在设计电气图册时一般考虑多种不同情况，如不同的主轴变频器，全闭环或半闭环系统等，因此电气图上会用虚线框标示出来一些选件，这些选件在实际机床电气配置不一定都有，因此在利用电气图进行维修时首先应清楚机床实际的电气配置。

（一）主电路数控机床主电路主要包括电源的进线，总开关，冷却、润滑、排屑、散热风扇等辅助功能的电机连接，如果因伺服动力电不是380V，还需要动力变压器和控制变压器的变压电路。

图3-6-1 主电路图一由图3-6-1可以看到，该机床采用三相五线制供电，电网三相380V电L1，L2，L3经总开关QF1输入至电气柜，给各支路供电，QF1带有分离脱扣，当机床执行指令M30时，中间继电器KA11得电，QF1断开，实现了机床关机。

机床排屑、冷却及主轴风扇电动机都配有过载保护开关QM，QM的作用相当于QF 和FR的作用。

FV为限压保护器件，在电动机频繁起停时起干扰作用。

在图纸上标注的3/E4表示此处与第3页E4区标有320和0线号的地方连接，2/B1表示与第2页B1区是相同的三条线。

XB0是地线的接线排，此外在图纸上还标明了连接线的线径和QM的型号及电流设定值。

图3-6-2 主电路图二在第2张主电路图当中，通过一个两相的QF2接到单相变压器上，变压器有24V和220V两个抽头，其中24V用于机床照明灯EL1，EL2；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Q6.0~Q7.7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701~716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，现在很多继电器已经内置。

图3-6-6为X111接口中I9.0~I11.2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I9.0~I9.4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I9.0~I9.2和倍率选择信号I9.3~I9.4输入是否正确，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901~919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，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Q9.3~Q9.5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200mm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；5．611UE 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。