主令电器及其控制器件详解

主令电器是以发布命令的形式通断控制回路的控制器件，它包括按钮、限位开关、转换开关、微动开关、脚踏开关、接近开关等。按钮、限位开关、接近开关是数控机床常用的主令电器。

1.按钮

按钮的形式众多、形状各异，质量、价格的区别较大。数控机床是一种高效、自动加工设备，对电气控制系统的可靠性要求高，设计时应使用质量好的控制器件，图3.4-6所示的几种按钮是数控机床广泛使用的产品。

图3.4-6 数控机床常用的按钮

a）普通 b）带灯 c）小型

普通按钮一般由图3.4-7所示的安装座、触点、头3部分组成。触点的数量、形式（常开/常闭）可根据需要选配；按钮头一般可以选配普通平头、旋钮头、带钥匙旋钮头或急停蘑菇头等几类。普通平头按钮也可和指示灯组合，组成图3.4-6b所示的带指示灯按钮。

图3.4-7 按钮的组成

普通按钮（包括带灯按钮）的安装孔尺寸一般为ϕ22mm，触点的额定电压通常可达AC/DC600V，对于使用类别AC-15，其触点容量一般为AC600V/1.2A或AC230V/3A；在使用类别DC-13时，触点容量一般为DC220V/0.3A或DC24V/3A。

图3.4-6c所示的小型按钮用于低电压、小电流操作，它也可根据需要选择普通平头、旋钮头、带钥匙旋钮头或带指示灯结构。小型按钮的安装孔一般为ϕ16mm，触点的额定电压通常为AC/DC250V，对于使用类别AC-15，其触点容量一般为AC230V/0.5A；在使用类别DC-13时，触点容量一般为DC24V/0.7A。

数控机床的按钮颜色需要按照标准要求选择，有关内容可参见第2章2.2节。按钮的图形符号需要区别操作方式，有关内容可参见第2章2.4节。

2.行程开关

行程开关（Position Switches）又称限位开关（Limit Switches），这是一种用来检测机械位置的开关器件，机电设备上需要进行动作控制、状态检查的机械运动部件一般都需要安装行程开关。

数控机床常用的行程开关有图3.4-8所示的3类。

图3.4-8a为普通行程开关，它带有防护良好的外壳、可直接在机床上安装，其操作杆一般有滚轮摆动式、滚轮直压式、屋脊直压式3种。

图3.4-8b所示的小型行程开关又称微动开关，其动作行程较小、防护性能较差，故一般用作安装空间所限制的控制装置内部位置检测器件，独立使用的情况相对较少。

图3.4-8c为组合式限位开关（Multiple Limit Switches），简称组合开关，它实际上是多个普通行程开关的组合形式，它可用于需要对同一运动部件、进行多个位置检测的场合，如数控机床的坐标轴行程检测等，其操作杆有滚轮直压式、屋脊直压式2种。

行程开关一般只能提供1常开、1常闭触点，微动开关通常使用公共端。普通行程开关、组合开关的触点额定电压通常为AC/DC 250V，对于使用类别AC-15，其触点容量一般为AC230V/6A；对于使用类别DC-13，容量一般为DC24V/6A。微动开关的额定电压通常也为AC/DC 250V，但其触点容量较小，对于使用类别AC-15，其容量一般只有AC230V/1.5A；对于使用类别DC-13，容量一般为DC24V/1.5A。这些都是选择行程开关时需要引起注意的基本问题。

行程开关具有触点容量大、结构简单、使用方便、维修容易等优点，但其体积大、密封困难、检测精度低，也不宜用于高速运动。

图3.4-8 常用的行程开关

a）行程开关 b）微动开关 c）组合开关

3.接近开关

接近开关（Proximity Switches）是通过感应方式来检测机械位置的开关器件，它具有体积小、密封性好、检测精度高、无接触等一系列优点，故在高速、高精度控制的机电设备上得到了广泛的应用。(www.xing528.com)

从原理上说，数控机床常用的接近开关有高频振荡式（电感式）、静电电容式（电容式）、霍尔开关3类，以电感式为常用。电感式接近开关的发信体必须为金属导磁材料；电容式接近开关的发信体可以为金属或木、纸、树脂、玻璃等非金属材料；霍尔开关的检测体必须为永久磁铁。

（1）电感式接近开关

电感式接近开关的外形有3.4-9所示的几种，单一位置检测一般用圆柱型和方形开关；多位置检测可使用组合式接近开关。

图3.4-9 接近开关的常见结构

a）圆柱型 b）方型 c）组合式

接近开关的工作原理如图3.4-10a所示，开关内部集成有电子振荡线路、振荡线圈、检测线圈、信号放大等电路，振荡线圈中利用高频振荡电流产生高频磁场，当导磁的金属检测体接近振荡线圈时，其内部将产生涡流并使得高频磁场产生变化，从而在检测线圈中产生感应信号，这一感应信号经放大后，一般被转换为晶体管通断信号输出。

接近开关的检测体可如图3.4-10b所示从水平或垂直方向接近，垂直接近时的动作位置称为开关的“动作距离”，其值与检测体的材料、体积有关，但体积到达一定值后动作距离不再变化。当检测体为厚度1mm、边长与开关直径或边长一致的标准铁质材料时，ϕ12mm以下的圆柱型开关动作距离一般为1～5mm，ϕ18～30mm的开关为5～20mm。接近开关的动作特性具有磁滞性，即开关一旦动作，需要退出到离动作点一定距离的位置输出信号才能复位，这一区间称为信号的回归区间。

接近开关一般有2线、3线与4线3种；输出形式有晶体管集电极开路输出（NPN或PNP）、电压输出和交流或直流通断输出等，以3线式晶体管集电极开路输出为常用。

接近开关的图形符号目前尚未有统一的标准，图3.4-11是几种常见的画法。3线式NPN或PNP晶体管集电极开路输出型接近开关的连接要求如图3.4-11所示。接近开关的输出驱动能力一般在DC30V/100mA以下，故一般只能作为PLC、CNC、伺服驱动器、变频器等控制装置的输入信号。

图3.4-10 接近开关的原理与特性

a）原理 b）特性

图3.4-11 接近开关符号及连接

a）PNP输出 b）NPN输出

（2）霍尔式接近开关

电感式接近开关具有使用寿命长、驱动能力强、使用方便等优点，但内部需要有振荡线路、振荡线圈、检测线圈、信号放大等电路，其体积相对较大、价格也较高，为此，在经济型数控车床的电动刀架等功能部件上，经常使用霍尔式接近开关（简称霍尔开关）。

霍尔开关的原理如图3.4-12a所示。实验证明，如果将通电的半导体（或金属）薄片置于的磁场中，由于洛仑磁力的作用，可以在垂直于电流和磁场的方向上产生电动势（称霍尔电压U_H），这一物理现象称为霍尔效应。利用这一霍尔电压，便可控制外部负载的电流，并将其转换为开关信号。

霍尔开关的外形如图3.4-12b所示，它类似于晶体管，其体积可以做得很小（边长达到2mm以下）。霍尔开关的连接要求如图2-1.6c所示，电源与输出的公共端也可共用。霍尔开关的价格十分低廉，但其输出驱动电流一般在10mA以内，检测体必须为永久磁铁。

图3.4-12 霍尔开关

a）原理 b）外形 c）连接