【正文】 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 概述 ? JBK30型數(shù)控系統(tǒng)及其在CJK0630A車床上的應(yīng)用 ? FAGOR 8025/8030數(shù)控系統(tǒng)及其在 CK6150數(shù)控車床上的應(yīng)用 ? 數(shù)控系統(tǒng)中 PLC的信息交換及 M、S、 T功能的實(shí)現(xiàn) ? 數(shù)控機(jī)床電氣圖的繪制方法 ? 小結(jié) ? 習(xí)題 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) 概 述 ? 數(shù)控 機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，除了計(jì)算機(jī)數(shù)控裝臵和伺服驅(qū)動(dòng)裝臵之外，還必須有配套的電氣控制電路和輔助功能控制邏輯 。 數(shù)控機(jī)床的電氣控制電路包括主電路、控制電路、數(shù)控系統(tǒng)接口電路等幾個(gè)部分，涉及低壓電器元件、機(jī)床電氣控制技術(shù)和數(shù)控系統(tǒng)接口等知識(shí)。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 機(jī)床主電路主要用來實(shí)現(xiàn)電能的分配和短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、過載保護(hù)等功能。在控制要求較高的數(shù)控機(jī)床總電源回路中，為了保證數(shù)控系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，一般要通過隔離變壓器供電；對(duì)于電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大的應(yīng)用場合，還要在總電源回路中加裝穩(wěn)壓器；對(duì)于主回路中容量較大、頻繁通 /斷的交流電動(dòng)機(jī)電源回路，為了防止其對(duì)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，一般要加阻容吸收電路。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 機(jī)床控制電路主要用來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的液壓、冷卻、潤滑、照明等進(jìn)行控制，該電路的控制原則與普通機(jī)床相同，但有些開關(guān)信號(hào)來自數(shù)控系統(tǒng)，而且在交流接觸器、繼電器線圈的兩端要加阻容吸收。 ? 數(shù)控系統(tǒng)接口電路用來完成信號(hào)的變換和連接。由于在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部是直流弱電信號(hào)，而機(jī)床電氣控制電路是交流強(qiáng)電信號(hào)，為防止電磁場干擾或工頻電壓串入計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中，一般采用光電耦合器進(jìn)行隔離。常見的接口電路如圖。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) 2 4V+ 5VR24 702 .7 KR15 101 0KR3R4C11 04至內(nèi)部電路外部開關(guān)V D1+至被控負(fù)載V D 1+ 2 4 VV D 2V1V2+（ a）直流輸入接口 (b) 達(dá)林頓晶體管輸出接口 圖 數(shù)控系統(tǒng)開關(guān)量輸入 /輸出接口 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? ? 數(shù)控系統(tǒng)除了用于進(jìn)給位臵控制的準(zhǔn)備功能（ G功能）之外，還有用于零件裝卸、冷卻液開關(guān)、主軸啟停等控制的輔助功能 (M功能 ),以及用于指定主軸轉(zhuǎn)速的 S功能、用于刀具更換的 T功能。這些輔助動(dòng)作控制功能通稱為數(shù)控輔助功能。 ? M ? 輔助功能 M，用來控制主軸的正反轉(zhuǎn)及停止，主軸齒輪箱的變速，冷卻液的開關(guān)，卡盤的夾緊和松開，以及自動(dòng)換刀裝臵的取刀和還刀等。在零件程序中，用字母“ M”后跟 2位十進(jìn)制數(shù)字構(gòu)成的 M代碼編程。表 ，為某數(shù)控系統(tǒng)的基本輔助功能。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) 表 基本輔助功能動(dòng)作類型 輔助功能代碼 功 能 類型 輔助功能代碼 功 能 類型 M00 M01 M02 M03 M04 M05 M06 程序停 選擇停 程序結(jié)束 主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 主軸停 換刀準(zhǔn)備 A A A I I A C M07 M08 M09 M10 M11 M30 液狀冷卻開 霧狀冷卻開 冷卻液關(guān) 夾緊 松開 程序結(jié)束并倒帶 I I A H H A 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 各輔助功能的執(zhí)行條件是不完全相同的，從而可以分為 4種動(dòng)作類型。有的輔助功能在它所在程序段開始執(zhí)行時(shí)就立即起作用，這類輔助功能稱為段前輔助功能，記為 I，例如 M0 M04等。有些輔助功能要等到它所在程序段中的坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)完成之后才起作用，故稱為段后輔助功能，記為 A，例如 M0 M09等。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 有些輔助功能只在本程序段內(nèi)起作用，當(dāng)后續(xù)程序段到來時(shí)便失效，稱為當(dāng)前輔助功能，記為 C類，例如 M06等。還有一些輔助功能一旦被執(zhí)行便一直有效，直至被注消或被取代為止，稱為保持類輔助功能，記為 H類，例如 M M11等。對(duì)于不同動(dòng)作類型的輔助功能，在用邏輯電路或編寫PLC程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)，其處理方法也將不同。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 2． S功能 ? S功能主要完成主軸轉(zhuǎn)速的控制，有S2位代碼和 S4位代碼兩種編程形式。 S2位代碼用字母“ S”后跟 2位十進(jìn)制數(shù)的形式來指定主軸轉(zhuǎn)速， S00～ S99共 100級(jí)，主要用于分檔調(diào)速的主軸。 S4位代碼用字母“ S”后跟 4位十進(jìn)制數(shù)的形式來指定主軸轉(zhuǎn)速，例如， S1500就直接表示主軸轉(zhuǎn)速為1500r/min。 S4位代碼表示的轉(zhuǎn)速范圍為0～ 9999r/min，用于帶專用主軸驅(qū)動(dòng)單元的連續(xù)或分段無級(jí)主軸調(diào)速。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 3． T功能 ? T功能即刀具功能， T代碼后跟隨 2～5位數(shù)字表示要求的刀具號(hào)和刀具補(bǔ)償號(hào)。數(shù)控機(jī)床根據(jù) T代碼，通過 PLC可以管理刀庫，自動(dòng)更換刀具，也就是說根據(jù)刀具和刀具座的編號(hào)，可以簡便、可靠地進(jìn)行選刀和換刀控制。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? （ PLC） ? 數(shù)控系統(tǒng)輔助控制功能以開關(guān)量順序控制為主，可采用繼電器控制邏輯或可編程序邏輯控制器（ PLC）實(shí)現(xiàn)。在一些經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控車床和輔助動(dòng)作比較簡單的數(shù)控機(jī)床上，為了簡單起見，其輔助動(dòng)作的控制常用繼電器邏輯實(shí)現(xiàn)。而在功能比較完善的數(shù)控機(jī)床上，其輔助動(dòng)作的控制邏輯一般都比較復(fù)雜，如果仍使用繼電器實(shí)現(xiàn)，則電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試將比較困難，可靠性也差。因此，多數(shù)數(shù)控機(jī)床都采用可編程控制器（ PLC）來完成輔助運(yùn)動(dòng)的控制。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 根據(jù)所用 PLC與 CNC裝臵之間的關(guān)系不同，數(shù)控系統(tǒng)中的 PLC分為內(nèi)裝型 PLC和獨(dú)立型 PLC兩種配臵形式。 ? 1．獨(dú)立型 PLC ? 所謂獨(dú)立型 PLC實(shí)際上也就是一個(gè)通用型 PLC，它完全獨(dú)立于 CNC裝臵，具有完備的硬件和軟件，能夠獨(dú)立完成邏輯順序控制任務(wù)。它與 CNC裝臵、數(shù)控機(jī)床之間的關(guān)系如圖 。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) D I / D O電路P L CC P U電路D I / D O電路D I / D O電路C N C 裝置P L C 裝置操作面板強(qiáng)電電路M D I / C R T 面板輔助動(dòng)作換刀動(dòng)作冷卻開關(guān)圖7 . 2 獨(dú)立型P L C 與C N C 、數(shù)控機(jī)床之間的關(guān)系框圖C N C計(jì)算機(jī)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)主軸電動(dòng)機(jī)進(jìn)給單元主軸單元第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 獨(dú)立型 PLC不但要進(jìn)行機(jī)床側(cè)的 I/O連接，還要進(jìn)行 CNC裝臵側(cè)的 I/O連接。 CNC和 PLC都有自己的開關(guān)量I/O接口電路， PLC的 I/O點(diǎn)數(shù)和功能可根據(jù)被控機(jī)床輔助動(dòng)作的復(fù)雜程度而定。數(shù)控車床、數(shù)控銑床等單臺(tái)數(shù)控設(shè)備，所需 PLC的 I/O點(diǎn)數(shù)大多在 64點(diǎn)以下，加工中心等復(fù)雜設(shè)備在 64點(diǎn)以上，這時(shí)選用微型或小型PLC上即可。而對(duì)于大型數(shù)控生產(chǎn)線，如 FMC、 FMS、CIMS等，則需要選用中型或大型 PLC。 ? 獨(dú)立型 PLC配臵靈活，不受 CNC的限制。但是其連線復(fù)雜，與 CNC之間的聯(lián)系不緊密，造價(jià)較高，性能 /價(jià)格比較低。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 2．內(nèi)裝型 PLC ? 內(nèi)裝型 PLC也叫內(nèi)臵型 PLC，內(nèi)裝型 PLC的全部功能包含在 CNC裝臵內(nèi)，從屬于 CNC裝臵，與 CNC裝臵集成于一體，如圖 。 ? 在內(nèi)含 PLC的數(shù)控系統(tǒng)中，其 PLC的硬件和軟件作為 CNC裝臵的基本功能統(tǒng)一設(shè)計(jì)，并且其性能指標(biāo)也由 CNC系統(tǒng)來確定。內(nèi)臵型 PLC與所從屬 CNC裝臵之間的信號(hào)傳送均在其內(nèi)部進(jìn)行，無需另外連線。與被控機(jī)床開關(guān)量信號(hào)的傳送通過 CNC裝臵的 I/O電路完。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) P L CD I / D O電路C N C 裝置操作面板強(qiáng)電電路M D I / C R T 面板輔助動(dòng)作換刀動(dòng)作冷卻開關(guān)圖7 . 3 內(nèi)裝型P L C 的C N C 系統(tǒng)框圖C N C計(jì)算機(jī)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)主軸電動(dòng)機(jī)進(jìn)給單元主軸單元第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 內(nèi)臵型 PLC既可以與 CNC共用一個(gè) CPU，也可以設(shè)臵專用的 CPU，其邏輯電路結(jié)構(gòu)如圖 。與 CNC 共用 CPU可以進(jìn)一步更充分地利用 CNC裝臵中微處理器的余力來完成 PLC的功能，并且使用元器件較少，但 I/O點(diǎn)數(shù)不可能太多，功能也有限，一般用于中低檔數(shù)控系統(tǒng)。后者由于有自己的 CPU來處理 PLC的功能，功能較強(qiáng)，速度較快；用于規(guī)模較大，邏輯復(fù)雜，動(dòng)作速度要求高的數(shù)控系統(tǒng)中。 ? 由于內(nèi)臵型 PLC與 CNC一體化設(shè)計(jì)，與 CNC內(nèi)部直接處理數(shù)據(jù)的能力強(qiáng)，外部接線簡單，可靠性高，整體造價(jià)較低，具有較高的性能 /價(jià)格比。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) C P U( C N C / P L C )P L CE P R O M內(nèi)部總線輸出輸入( a ) P L C 和C N C 共用C P UC P U( C N C )P L CE P R O M內(nèi)部總線輸出輸入C P U圖7 . 4 內(nèi)裝型P L C 邏輯結(jié)構(gòu)圖( b ) P L C 專用C P U第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) JBK30型數(shù)控系統(tǒng)及其在CJK0630A車床上的應(yīng)用 ? JBK30型數(shù)控系統(tǒng)簡介 ? JBK30型數(shù)控系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)（簡易）型數(shù)控系統(tǒng)，主要用于經(jīng)濟(jì)型和教學(xué)型數(shù)控車床的控制，也可以用作普通車床的數(shù)控改造，其外部結(jié)構(gòu)如圖 。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) M D I手動(dòng)3手動(dòng)2手動(dòng)1回零編輯 自動(dòng)急停J B K 3 0 型數(shù)控系統(tǒng)J B K 3 0 T急停速度倍率功放連續(xù)暫停點(diǎn)動(dòng)電源單段Z +Z+XX（ a） 外觀結(jié)構(gòu) 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) 電源Z 電機(jī)X 電機(jī)其它功能S 、M 功能T收信功能螺紋功能（ b）后面板結(jié)構(gòu) 圖 JBK30型數(shù)控系統(tǒng)外部結(jié)構(gòu) 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 該數(shù)控系統(tǒng)采用一體化結(jié)構(gòu)，操作面板、電源、 CNC控制電路以及步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路全部安裝在一個(gè)控制箱中。在操作面板上裝有 4排 LED數(shù)碼管顯示器；在顯示器右邊有 40個(gè)編輯鍵， 8個(gè)狀態(tài)鍵， 8個(gè)控制鍵。在控制箱后面板上，裝有交流 220V電源插座、螺紋插座、 T功能插座、 X電機(jī)插座和 Z電機(jī)插座。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) ? 系統(tǒng)采用交流 220V電源供電，螺紋插座用來連接主軸編碼器， T功能插座用于刀架電機(jī)的控制和接收刀位開關(guān)信號(hào)， 制主軸換檔和主軸啟動(dòng) /停止等輔助控制， X電機(jī)插座和 Z電機(jī)插座為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的輸出，用來驅(qū)動(dòng) X軸和 Z軸步進(jìn)電機(jī)。各插座的接口定義如圖 。 第 7章 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng) 132電源PE～2 2 0 VC39。17 65 4 32ABCB39。 A39。Z 電機(jī)C39。17 65 4 32ABCB39。 A39。X 電機(jī)S1+ 2 4 V空11098674111235213S . M . 功能+ 2 4 V+ 2 4 V 地M 2 1M 2 3M 2 5M 2 2M 2 4M 2 6+ 2 4 V 地171615141819292827263031202221252423+ 2 4 V空+ 2 4 V 地323433373635S3S5S7S9S2S4S6S8S 1 0M 2 7M 2 8+ 2 4 V 地備用備用備用備用備用備用+ 2 4 V備用備用