二、相关知识

（一）万用表的使用

数控机床维修涉及弱电和强电领域，最好配备指针式万用表和数字式万用表各一块，如图1-2所示。指针式万用表的最大优点是反应速度快，可以很方便地用于监视电压和电流的瞬间变化及电容器的充放电过程等。数字式万用表可以快速测量电压、电流、电阻值，还可以测量晶体管的放大倍数和电容值等。这两种表的短路测量蜂鸣器可方便测量电路通断，也可以利用其精确的显示测量电动机三相绕组阻值的差异，从而判断电动机的好坏，在数控机床维修中经常使用。

1. 用万用表测量直流电压

（1）测量电路如图1-3所示。

（2）测量直流和电压时，红表笔接高电位，黑表笔接低电位。

（3）将万用表与被测电路并联连接。

2. 用万用表测量交流电压

（1）测量电路如图1-4所示。

（2）测量时两表笔可任意接入。

（3）万用表与被测电路并联连接。

3. 用万用表测量直流电流

（1）测量电路如图1-5所示。应将电路相应部分断开后，将万用表两表笔接在断点的两端。

（2）测量时红表笔接高电位，黑表笔接低电位。

（3）万用表与被测电路串联连接。

4. 用万用表测量交流电流

（1）测量电路如图1-6所示。应将电路相应部分断开后，将万用表两表笔接在断点的两端。

（2）测量时两表笔可任意接入。

（3）万用表与被测电路串联连接。

5. 用万用表测量电阻

（1）万用表欧姆调零。即把红、黑表笔短接，同时调节欧姆调零旋钮，使表针对准电阻刻度线零位置，如图1-7（a）所示。

（2）测量倍率R× 1、R× 10、R× 100、R× 1k挡由1.5V电池供电，测量倍率R× 10k挡由9V电池供电。黑表笔接的是万用表内电池正极。红表笔接的是万用表内电池负极。

（3）用R× 1k挡测量R=1kΩ的电阻器阻值，如图1-7（b）所示，指针指在1格处；用R× 100挡时，指针指在10格处；用R× 10挡时，指针指在100格处；用R× 1挡时，指针指在1k格处，由此确定电阻值读数。选择合适的挡位，使指针尽量处于右顶端偏左1/3处。

6. 用万用表测量二极管（用R×1k挡）

二极管具有单向导电特性，在数控机床中应用较多，特别是发光二极管，其是重要的输出状态显示元件，可以根据它快速判断出电气线路的通断等。

（1）当万用表内电池正极即黑表笔加在二极管阴极（负极），内电池负极即红表笔加在二极管阳极（正极）时，如图1-8（a）所示，反向电阻很大，二极管没有导通。

（2）当万用表内电池正极即黑表笔加在二极管的阳极（正极）上，内电池负极即红表笔加在二极管的阴极（负极）上时，如图1-8（b）所示，二极管的正向电阻较小（5kΩ左右），二极管导通；若是发光二极管，则会发光。

（二）示波器的使用

示波器主要用于测量模拟电路的信号，双频示波器还可以比较信号的相位关系，可以测量测速发电机的输出信号，调整光栅编码器的前置信号处理电路，维修CRT显示器的电路。数控系统修理通常使用频带范围为（10～100）MHz的双通道示波器，它不仅可以测量电平、脉冲上下沿、脉宽、周期、频率等参数，还可以比较两信号的相位和电平幅度，常用来观察主开关电源的振荡波形，直流电源的波动，测速发电机输出的波形，伺服系统的超调、振荡波形，编码器和光栅尺的脉冲等。示波器的面板如图1-9所示。

1. 分辨率的调整

当示波器已经选定时，尽量减小光点的直径是提高分辨率的主要途径。在使用示波器时，应尽量将亮度调暗一些，再调节“聚焦”旋钮，使光点成为一个直径不大于1mm的小圆点，配合调节“辅助调焦”旋钮，使图像清晰，亮度适宜。

2. 探头的使用

在观测电平幅度和脉冲的相位、频率等参数及波形时，合理使用探头可以减小示波器输入阻抗对被测电路的影响。因此必须根据测试的要求选用探头。

3. 避免波形失真

由于示波器的偏转灵敏度有一定的限制，在使用过程中荧光屏上双颤幅度不得大于8cm，以免波形失真。为此，在使用前应将“Y轴衰减”置为最大，然后视显示的波形和观测需要，适当调节衰减挡。如果信号不需要增幅，可将信号由后插孔直接输入，但应在其间加隔离电容。

（三）数控电气元件认知与检测

1. 低压断路器

低压断路器过去叫作自动空气开关，现采用IEC标准称为低压断路器。它是将控制电器和保护电器的功能合为一体的电器，有效保护串接在它后面的电气设备。电气元件符号有“QF”、“QM”和“QS”，分别指断路器、电动机保护开关和隔离开关。数控机床中常用的是小型低压断路器。

（1）小型断路器。小型断路器（以下简称断路器）适用于交流50Hz或60Hz、额定电压为230～380V的线路中做过载、短路保护，也可以在正常情况下作为线路的不频繁转换之用，尤其适用于工业和商业的照明配电系统。数控机床中断电器常用于过载、短路保护，也可以在正常情况下不频繁地通断电器装置和照明线路，如图1-10所示。

（2）断路器型号及分类。目前家庭使用DZ系列的断路器，下面以DZ47-60系列为例说明小型断路器的型号含义，如图1-11所示。

① 按额定电流分有1A、2A、3A、4A、5（6）A、10A、15（16）A、20A、25A、32A、40A、50A、60A。

② 按极数分有单极、二极、三极、四极或叫1匹、2匹、3匹、4匹等。

1匹=735W≈750W，2匹=2×750W=1 500W，此计算法以此类推。

【例1-1】3匹空调，应选择多少安的断路器？（220V电压）

750W×3（匹）× 3倍（冲击电流）= 6 750W

6 750W÷220V≈30.68A（功率÷ 电压 = 电流）

故应选择32A的断路器。

【例1-2】5匹空调，应选择多少安的断路器？（380V电压）

750W × 5（匹）× 3倍（冲击电流）= 11 250W

11 250W÷380V≈29.61A

故应选择32A的断路器。

③ 按断路器瞬时脱扣器的型式分为C型和D型。C型常见的型号/规格有C16、C25、C32、C40、C60、C80、C100、C120等，其中C表示脱扣电流，即起跳电流，如C32表示起跳电流为32A。

2. 接触器

接触器主要用于频繁接通或分断交、直流电路，其控制容量大，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（电）压及欠（电）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，也可用于控制其他电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。

（1）组成。接触器由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其他部件组成。

（2）工作原理。当线圈通电后，静铁芯产生电磁吸力将动铁芯衔铁吸合。由于触点系统是与动铁芯联动的，因此动铁芯带动三条动触片同时运行，使常闭触点断开，常开触点闭合。当线圈断电时，电磁吸力消失，动铁芯衔铁在反作用弹簧力的作用下分离释放，触点系统随之复位。

数控机床上应用最多的自动控制元件是交流接触器。交流接触器的外形及电气符号如图1-12所示。接触器常利用主触点来开闭电路，用辅助触点来执行控制指令。主触点一般只有常开触点，而辅助触点常有两对具有常开NO和常闭NC（可用万用表检测）功能的触点。小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。接触器的电气元件符号为KM。

（3）分类。按接触器主触点通过电流的种类不同，分为直流、交流接触器两种。电磁式交流接触器型号为CJ，真空式交流接触器型号为CZ。

（4）交流接触器的选择。

① 主触点的额定电压和额定电流、辅助触点的数量与种类、吸引线圈的电压等级、操作频率等符合数控机床的需要，交流接触器的额定电压（指触点的额定电压）应大于或等于负载回路的电压。

② 接触器线圈的电流种类（交流和直流两种）和电压等级应与控制电路相同。

③ 触点数量和种类应满足主电路和控制线路的要求。

3. 继电器

继电器是具有隔离功能的自动开关元件。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离、功能处理和驱动输出部分的中间机构（驱动部分）。

（1）组成。继电器由电磁机构、触点系统和释放弹簧等部分组成。

（2）工作原理。根据外来信号（电压或电流），利用电磁原理使衔铁产生闭合动作，从而带动触点动作，使控制电路接通或断开，改变控制电路的状态。

（3）中间继电器。中间继电器实质上是电压继电器的一种，电气元件符号为KA，其外形和电气符号如图1-13所示。过电压继电器在电压为额定电压的110%以上时动作；欠电压继电器在电压为额定电压的40%～70%时有保护动作。数控机床中使用最多的是小型中间继电器，常用的型号有J27系列交流中间继电器和J28系列交直流两用中间继电器。其特点是触点多（多至6对或更多）、触点电流容量大（额定电流5～10A）、动作灵敏（动作时间不大于0.05s）。

（4）中间继电器的选择。中间继电器主要依据被控制电路的电压等级，触点的数量、种类及容量来选用。要求线圈的电流种类和电压等级应与控制电路一致；按控制电路的要求选择触点的类型（是常开还是常闭，可用万用表检测）；继电器的触点额定电压应大于或等于被控制回路的电压；继电器的触点电流应大于或等于被控制回路的额定电流。

4. 变压器及直流稳压电源

（1）机床控制变压器。机床控制变压器适用于交流50～60Hz、输入电压不超过660V的电路，作为各类机床、机械设备等一般电器的控制电源和步进电动机驱动器、局部照明及指示灯的电源，如图1-14所示。其电气元件符号为TC。

（2）直流稳压电源。直流稳压电源的功能是将非稳定交流电源变成稳定直流电源。数控机床中主要使用开关电源和一体化电源，控制对象为驱动器、控制单元、小直流继电器、信号指示灯等。开关电源被称作高效节能电源，电气元件符号为VC，如图1-15所示。因为其内部电路工作在高频开关状态，所以自身消耗的能量很低，电源效率可达80%左右，比普通线性稳压电源提高近一倍。数控机床中的开关电源主要用于给DC 24V设备供电。

5. 剩余电流动作断路器

剩余电流动作断路器适用于交流50Hz、额定电压至400V、额定电流至32A的电路中，作剩余电流保护之用。当有人触电或电路泄漏电流超过规定值时，剩余电流动作断路器能在极短的时间内自动切断电源，保障人身安全和防止设备因漏电造成的事故。其外形及电气符号如图1-16所示。在数控机床中经常用在外接三相五线电源线的引入端。

6. 电源切断开关

数控机床中常有HZ12系列组合开关，用于交流50Hz或60Hz、额定工作电压至500V的电路中做切断和接通电源之用，也可直接开闭电动机及高电感负载。电源切断开关的电气元件符号为SA，如图1-17所示。

7. 行程开关

数控机床行程开关安装在X、Y、Z轴机械工作台行程的极限位置处，限制其行程，也称为限位开关或终端开关，如图1-18（a）所示。

8. 接近开关

接近开关是一种常用传感器件，用在数控雕铣机、数控机床、对刀装置等机械设备上。其重复定位精度很高，稳定性好。接近开关是非接触式的监测装置，当运动着的物体接近它到一定距离范围内时，就发出信号，以控制运动物体的位置或计数，如图1-18（b）所示。

9. 熔断器

熔断器是一种广泛应用的简单有效的保护电器。它由熔体和熔座组成，如图1-19所示。熔体由熔点低、易于熔断、导电性良好的合金材料制成。选择熔断器主要是选择熔断器的类型、额定电压、额定电流及熔体的额定电流。熔断器的额定电压、额定电流应大于或等于线路的工作电压、工作电流。

10. 导线和电缆

（1）导线种类。数控机床上主要有3种导线：动力线、控制线和信号线。

（2）导线和电缆铺设。所有连接，尤其是保护接地电路的连接应牢固，没有意外松脱的危险。

连接方法应与被连接导线的截面积及导线的性质相适应，铜导线的最小截面积如表1-1所示。只有专门设计的端子，才允许一个端子连接两根或多根导线。但一个端子只能连接一根保护接地电路导线。导线和电缆的铺设应使两端子之间无接头或拼接点。为满足连接和拆卸电缆和电缆束的需要，应提供足够的附加长度。

（3）导线的标识。数控机床中的导线应在每个端部做出标记。保护导线的标识在导线全长上采用黄/绿双色组合。保护导线的色标是绝对专用的。绝缘单芯导线应使用下列颜色标识。

① 黑色：交流和直流动力线。

② 红色：交流控制线。

③ 蓝色：直流控制线。

④ 黄/绿双色：零线或地线。