[原创]FANUC 0i-MA维修讲义4加工中心维修电路基础

第四讲加工中心维修的电路基础
第一节电路的基础知识
一、电工原理
1、欧姆定律（Ohm’s Law）E=IR
E:(V,伏特)I:电流(A,安培)R:电阻(Ω,欧姆)
2、瓦特定律（Watt’s Law）:
P=EI=I2R=E2/R [电功率(W,瓦特)E:(V,伏特)I:电流(A,安培)R: 电阻(Ω,欧姆)]
3、交流电功率
单相电功率：P=EIcosθ
三相电功率：P=√3EIcosθ
E:(V,伏特)I:电流(A,安培) cosθ :功率因子4、电阻串联与并联
电阻串联：R=R1+R2+…+R n
二电阻并联：1/R=1/R1+1/R2 R=R1R2/(R1+R2)
5、变压器
V1/V2=N1/N2=I1/I2
V:端电压 N:绕线匝数 I:电流
二、基本元件原理介绍
凡是自动或手动接通和断开电路，以及能实现对电路或非电对象切换、控制、保护、检测和调节目的的元件统称电器
1、电阻（Resister）
电阻，用符号R表示。

其最基本的作用就是阻碍电流的流动。

衡量电阻器的两个最基本的参数是阻值和功率。

阻值用来表示电阻器对电流阻碍作用的大小，用欧姆表示。

除基本单位外，还有千欧和兆欧。

功率用来表示电阻器所能承受的最大电流，用瓦特表示，有1/16W，1/8W，1/4W，1/2W，1W，2W等多种，超过这一最大值，电阻器就会烧坏。

一般電阻器通常是以不同色环标记法來表示電阻值，每種顏色分別代表1至9不同的數字，如
圖1所示；電阻器上第一與
第二條代表十位數與個位數
值，第三條為阻值的倍數值，
而最後一條則表示製造的
電阻值誤差範圍；容許誤
差的色碼是以棕色表示1%
誤差，紅色表示2%誤差等
等；例如一個電阻器如圖，
上面顏色依序為綠、棕、
紅、金，依照色碼對應數
值，可以得到其阻值為
Ω。

5.1K±5%
2、继电器（Relay）是一種電門，但與一般開關不同，繼電器並非以機械方式控制，而是一種以電
磁力來控制切換方向的電門。

繼電器的基本原理如圖所示，當線圈通電後，會使中心的軟鐵核心產生磁性，將橫向的擺臂吸下，而臂的右側則迫使電門接點相接，使兩接點形成通路。

圖是簡單的單軸單切式繼電器，一顆繼電器也可以同時切換多組電門，如圖4所示是一個雙軸雙切的繼電器，它有八支接腳，排列方式如圖上接腳編號。

另外繼電器規格除了電門接點數目不同，還要注意線圈的工作電壓是直流或是交流電，使用的電壓電流大小，切換電門耐電壓程度等，繼電器的規格有6V、9V、12V、24V、48V、100V、
110V、200V、220V⋯等，例如一般工業界
常用的繼電器接點可以耐電壓電流110VAC-10A，
線圈使用電壓為24VDC，共有二組或三組接點。

低電壓的直流繼電器可以直接用電晶體推動，
使用極為方便。

一般繼電器規格中它並不會說明繼電器需要多少電流可以驅動線圈，在使用時可以量測線圈內的電阻值，就可以利用歐姆定律換算出耗電流，如果我們量測阻值為150Ω，線圈驅動電壓24VDC，耗電Ω，這樣就可以知道電源供應器需要供應多大的電流，才能使繼電器作動。

流為24V/150=0.16A
3、电磁接触器（Contractor）接触器是一种自动化的控制电器。

接触器主要用于频繁接通或分断交、直
流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。

接触器按被控电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。

这里主要介绍常用的交流接触器。

交流接触器又可分为电磁式和真空式两种。

①电磁式交流接触器的结构
接触器主要由电磁系统、触点系统、灭弧系统及其它部分组成。

电磁系统：电磁系统包括电磁线圈和铁心，是接触器的重要组成部分，依靠它带动触点的闭合与断开。

触点系统：触点是接触器的执行部分，包括主触点和辅助触点。

主触点的作用是接通和分断主回路，控制较大的电流，而辅助触点是在控制回路中，以满足各种控制方式的要求。

灭弧系统：灭弧装置用来保证触点断开电路时，产生的电弧可靠的熄灭，减少电弧对触点的损伤。

为了迅速熄灭断开时的电弧，通常接触器都装有灭弧装置，一般采用半封式纵缝陶土灭弧罩，并配有
强磁吹弧回路。

其它部分：有绝缘外壳、弹簧、短路环、
传动机构等。

②电磁式交流接触器的工作原理
当接触器电磁线圈不通电时，弹簧的反作用力和
衔铁芯的自重使主触点保持断开位置。

当电磁线圈通
过控制回路接通控制电压(一般为额定电压)时，电磁
力克服弹簧的反作用力将衔铁吸向静铁心，带动主触
点闭合，接通电路，辅助接点随之动作。

③对接触器的维护要求
A、定期检查交流接触器的零件，要求可动部位灵
活，紧固件无松动；
B、保持触点表面的清洁，不允许粘有油污。

当触
点表面有因电弧烧烛而附有金属小珠粒时，要及
时去掉。

触点若磨损，应入时调整，以消除过大
的超程。

银和银合金触点的表面因电弧的作用而
生成黑色的氧化膜不必去掉，这种氧化膜的电阻
很低，不会造成接触不良；
C、不允许在去掉灭弧罩的情况下使用，以防发生
短路事故；
D、若接触器不能修复应立即更换。

④接触器常见的故障形式
A、线圈过热或烧坏。

因电压过高或过低或操作
频率过高而引起。

B、噪声大。

由于线圈电压低，触点弹簧压力过
大或零件卡住等因素。

C、触点不吸合。

电压过低、触点接触不良或弹簧压力过大等因素。

D、触点不释放。

触点弹簧压力过小，触点熔焊及零件卡住等因素。

4、三相断路器（Three-pole breaker）当电路发生严重过载、短路以及失压等故障时能自动切断电路，
有效地保护串接在其后的电气设备．在正常条件下，也可用于不频繁地接通和断开电路及控制电动机，是低压线路中常用的具有齐备保护功能的控制电器。

由于自动开关具有可以操作、动作值可调、分断能力较高，以及动作后一般不需要更换牢部件等优点．
5、按钮开关（Push-button switch）用于低压控制电路中，用手动发出控制信号。

有常闭触头和常开触
头，通常将按钮做成不同的颜色以示区别(绿色表示启动，红色表示停止)。

有掀钮式、紧急式、旋钮式及钥匙式
6、极限开关或位置开关（Limit switch or position switch）
是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制指令的电器，用于控制生产机械的运动方向、行程大小或位置保护。

按结构分为：直动式、滚动式、微动式。

直动式主要用于坐标轴的限位、减速或执行机构如液压缸气缸活塞的行程控制。

滚动式主要用于各类防护门的限位开关。

微动式主要用于回转工作台和托盘交换等装置的位置限止上。

7、近接开关（Proximity switch）在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件——位移
传感器。

利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。

常用的近接开关有电感式、电容式、磁感式、光电式和霍尔式等。

①电感式近接开关：电感式近接开关内部大多由一个高频振荡器和一个整形放大器组成。

振荡器振荡
后，在开关的感应面上产生交变磁场，当金属物体接近感应面时，金属体产生涡流，吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以致停止。

振荡和停振两种不同的状态，由整形放大器转换成开关信号，从而达到检测位置的目的。

在数控机床中，电感式常用于刀库、机械手及工作台的位置检测。

判断电感式近接开关的好坏最简单的方法，就是用一块金属片去接近该开关，如果开关无输出，就可以判断开关已坏或外部电源短路。

当然在实际会用中，如果感应快和开关与金属体之间的间隙变大后，就会出现近接开关的灵敏度下降或无信号输出，所以间隙的调整和检查在日常维护中是很重要的。

②电容式近接开关：与电感式相似，除对金属材料外，还可以对非金属材料进行无接触检测。

③磁感式近接开关：又称磁敏开关，主要用于对气缸内活塞位置进行检测。

④光电式近接开关：利用光电效应做成的开关叫光电开关。

将发光器件与光电器件按一定方向装在同
一个检测头内。

当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。

可用来完成行程控制、限位保护、高频计数、测速、液面控制、检测零件尺寸、加工程式的自动衔接。

⑤霍尔式近接开关：将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器和OC门等电路做在同一个芯片上
的集成电路。

8、积热电驿热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器。

它在电路中用作电动机的过载保护。

电动机在实际运行中，常遇到过载情况。

它对电路起过载保护的作用。

热继电器的测量元件通常用双金属片，它是由主动层和被动层组成。

主动层材料采用较高膨胀系数的铁铬镍合金，被动层材料采用膨胀系数很小的铁镍合金。

因此，这种膨胀系数较小的被动层一面弯曲。

9、保险丝（Fuse）保险丝也被称为熔断器，IEC127标准将它定义为"熔断体（fuse-link）"。

它是一种
安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。

作用：是一种最简单有效的保护电器，串联在所保护的电路中，主要用作过载与短路保护。

当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。

若电路中正确地安置了保险丝，那么，保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。

10、计时器在自动控制系统中，需要有瞬时动作的继电器。

也需要延时动作的继电器。

时间继电器就是
利用某种原理实现触头延时动作的自动电器，经常用于按时间原则进行控制的场合。

其种类主要有电磁阻尼式、空气阻尼式、晶体管式和电动机式。

11、二极管
几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

二极管的工作原理：晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。

当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。

当外界有反向电压偏置
时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。

当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。

12、光电编码器（有绝对式和增量式）
光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。

它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。

光电编码器的分辨率取决于光栅盘的刻线和信号输出方式。

码盘所用的码制有二进制码、循环码、十进制码等。

四位的二进制码盘和循环制码盘图案如图4-24所示。

最外圈码道代表最低位（20位）最内圈码道代表最高位（图示为23位）。

光电式码盘是以透光和不透光分别代表“1”和“0”。

由图可见，若对应每一位用光敏元件检测出光信号，就可读出转角的绝对值。

当使用的二进制码盘存在制造误差和光电元件安装位置误差时，将会造成非单值性误差，使用循环制码盘，就可使误差限制在最低位的一位数。

13、光栅
在高精度的数控机床上，使用光栅作为位置检测装置。

它是将机械位移或模拟量转变为数字脉冲，反馈给CNC装置，实现闭环控制。

从形状上来看，光栅可分为圆光栅和长光栅。

圆光栅用于测量转角位移，长光栅用于检测直线位移。

光栅由标尺光栅和光栅读数头两部分组成，标尺光栅一般固定在机床活动部件上（如工作台上），光栅读数头装在机床固定部件上。

第二节常用电器符号一、常用电器图形符号
①急停回路原理图
②急停信号流程方框图
N24 →X轴行程→Y轴行程→Z轴行程→第四轴行程
→转接板→操作面板→转接板→NC信号(X1008.4)
其中任何一元器件有故障都会一起紧急停止.第四轴行程为OPTION选择性功能一般情况被短接。

而转接板的作用就是做信号线路的转接，可以从上图看到操作面板的部分急停回路是由紧急停止按钮，过行程解除按钮组成。

当所有的轴都未过行程，拉起紧急停止按钮NC就可以得到急停信号，-K1/F1得电。

假如有其中一个轴过行程，拉紧急停止按钮NC将无法得到急停信号，按过行程按钮N24V通过过行程按钮提供给NC，NC解除急停状态，这时可以通过手动移动伺服轴解除过行程。

③急停继电器(-K1/F1)
当X1008.4的所有条件满足时,K1/F1吸合174。

175闭合
那么电源模块的内部动作，我们可以把它当作下面的图来看。

（注：下图是为了方便理解的假想线路图）当174，175闭合后，K2线圈得电，K2触点闭合，170得到110A，MCC得电吸合。

2、切削液马达控制线路介绍（FANUC控制器 VM32/40为例子）
按操作面板切削液手动键或执行M08，PLC会给出一个驱动信号Y5.3，通过转接板到继电器模组-K2/I2得电，触点动作。

-K4/K1得电线圈吸合，触点动作。

电机得电运转。

三、电路图的使用（参考电路图册）
第四节现场电路查找训练
一、利用万用表来检测电路
二、电路故障排除实例(略)
第五节常用中英文对照
ALARM LAMP 警示灯TOOL UNCLAMP 主轴松刀MAGAZINE RIGHT 刀库右靠POT DOWN 刀套下POT UP 刀套上MAGAZINE LEFT 刀库左靠UNCLAMP BLOW 松刀吹气AUTO LUBE 自动润滑系统
MAGAZINE CW 刀库正转MAGAZINE CCW 刀库反转ARM MOTOR 刀臂马达COOLANT MOTOR 切削液马达
SPINDLE OIL MIST 主轴油雾冷却
SPINDLE OIL COOLER 主轴油冷HYDRAULIC MOTOR 油压马达COOLANT 切削液WORK PIECE BLAST 工件吹气Z AXIS BRAKE Z轴刹车CYCLE STOP LAMP 程式停止灯
CYCLE START LAMP 程式启动灯
HIGH GEAR 高档LOW GEAR 低档DOOR INTERLOCK COTL门互锁SHIP CONVEYOR CW 排屑机正转出水马达
PUMP MOTOR 抽水马达
FILTER MOTOR 离心机马达
FIXTUER UNCLAMP 治具松FIXTUER CLAMP 治具夹AUTO POWER OFF 自动断电EMERGENCY CIRCNIT 急停回路
OIL COOLER ALARM 油冷报警
AIR ALARM 气压报警TOOL BROKEN 刀具破损MOTOR OVERLOAD 马达过负载SPINDLE OVERHEAT 主轴过热COOLANT LOW 水位不足COOLANT FULL 水位满LUBE ALARM 润滑油报警
Z AXIS LIMLT SWICH Z轴原点COOLANT SWITCH 水位检知PRESSURE SWTCH 油压检知LUBRICANT ALARM 润滑油检知CHUCK OPEN SENSOR 夹头张开
CHUCK CLOSE SENSOR 夹头闭合
PARITY CHECK OPEN SERLOR 奇偶刀检知。