数控机床的可编程控制器ppt培训课件

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1、第8章数控机床的可编程控制器,8.1 数控机床PLC8.2 FANUC指令系统8.3 PLC在数控机床控制中的应用8.4 PLC位置控制思考与练习,8.1 数控机床PLC,8.1.1 数控机床PLC的控制对象数控机床的控制可分为两大部分：一部分是坐标轴运动的位置控制； 另一部分是数控机床加工过程的顺序控制。在讨论PLC、CNC和机床各机械部件、机床辅助装置、强电线路之间的关系时，常把数控机床分为“NC侧”和“MT侧”(即机床侧)两大部分。“NC侧”包括CNC系统的硬件和软件、与CNC系统连接的外部设备。“MT侧”包括机床机械部分和其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置以及机床操作面板、继电器

2、线路、 机床强电线路等。PLC处于CNC和MT之间，对NC侧和MT侧的输入、 输出信号进行处理。 ,MT侧顺序控制的最终对象随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大差别。机床机构越复杂，辅助装置越多， 最终受控对象也越多。一般来说，最终受控对象的数量和顺序控制程序的复杂程度从低到高依次为CNC车床、CNC铣床、加工中心、FMC、FMS。,PLC在数控机床中有三种不同的配置方式。 （1） PLC在机床一侧，代替了传统的继电器接触器逻辑控制， PLC有m+n个I/O点，如图81(a)所示 。 （2） PLC在电气控制柜中，PLC有m个IO点，如图8 1(b)所示。 （3） PLC在电气控制

3、柜中，而IO接口在机床一侧， 如图81(c)所示。这种配置方式使CNC与机床接口的电缆大为减少。 图 8-2所示为数控机床PLC的IO信号示意图。,图8-1 PLC在数控机床中的配置方式,图 8-2 数控机床PLC的IO信号,1 机床操作面板控制将操作面板上的控制信号直接送入数控系统的接口信号区， 以控制数控系统的运行。其中，包括M、S、T功能。 (1) S功能处理。主轴转速可以用S二位代码或四位代码直接指定。 在PLC中可容易地用四位代码直接指定转速。如某数控机床主轴的最高、最低转速分别为3150 rmin和20 rmin，CNC送出S四位代码至PLC，将二十进制数转换为二进制数后送到限位器

4、，当S代码大于3150时，限制S为3150，当S代码小于20时，限制S为20此数值送到DA转换器，转换成203150 rmin相对应的输出电压，作为转速指令控制主轴的转速。,(2) T功能处理。 数控机床通过PLC可管理刀库， 进行自动刀具交换。处理的信息包括刀库选刀方式、 刀具累计使用次数、刀具剩余寿命和刀具刃磨次数等。 (3) M功能处理。M功能是辅助功能，根据不同的M代码， 可控制主轴的正、反转和停止，主轴齿轮箱的换挡变速，主轴准停，切削液的开、关，卡盘的夹紧、松开及换刀机械手的取刀、 归刀等动作。,2 机床外部开关信号的控制将机床侧的控制开关信号送入PLC经逻辑运算后输出给控制对象。这

5、些控制开关包括按钮、行程开关、接近开关、 压力开关和温控开关等。 3 输出信号控制PLC输出的信号经继电器、接触器或液压、气动电磁阀对刀库、 机械手和回转工作台等装置进行控制，另外还有冷却、 润滑和油泵电机等的控制。,4 伺服控制控制主轴、伺服进给及刀库驱动的使能信号， 以满足伺服驱动的条件。 5 报警处理控制当出现故障时，PLC收集强电柜、机床侧和伺服驱动的故障信号， 将报警标志区中的相应报警标志位置位，数控系统便显示报警号及报警文本以方便故障诊断。,8.1.2 数控机床PLC的形式,1 内装型PLC内装型PLC从属于CNC装置，PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部即可实现。 PLC与M

6、T(机床侧)则通过CNC IO接口电路实现信号传送， 如图8-3所示。,图 8-3 内装型PLC的CNC系统,内装型PLC有以下特点： (1) 内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能，一般是作为一种基本的功能提供给用户的。 (2) 内装型PLC的性能指标(如IO点数、 程序最大步数、 每步执行时间、程序扫描时间、功能指令数目等)是根据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的，其硬件和软件部分是被作为CNC系统的基本功能或附加功能与CNC系统一起统一设计制造的。因此系统硬件和软件整体结构十分紧凑， PLC所具有的功能针对性强，技术指标较合理、实用， 较适用于单台数控机床及加

7、工中心等场合。,(3) 在系统的结构上，内装型PLC可与CNC共用CPU， 也可单独使用一个CPU；内装型PLC一般单独制成一块附加板，插装到CNC主板插座上，不单独配备IO接口，而使用CNC系统本身的IO接口； PLC控制部分及部分IO电路所用电源(一般是输入口电源，而输出电源是另配的)由CNC装置提供， 不另备电源。,(4) 采用内装型PLC结构时，CNC系统具有高级控制功能， 如梯形图编辑和传送功能等。目前,世界上著名的CNC厂家在其生产的CNC系统中，大多开发了内装型PLC功能。常见的有FANUC公司的FS0 (PMCCD*2LM)、FS0 Mate(PMCCD*2LM)、 FS3 (

8、PC-D)、FS-6 (PC-A、 PC-B)、FS1011 (PMCI)、 FS15 (PMCN)； 西门子公司的SINUMERIK810820； ACD*2B公司的8200、 8400、 8500等。,2 独立型PLC独立型PLC又称通用型PLC。独立型PLC独立于CNC装置， 具有完备的硬件和软件功能， 能够独立完成规定控制任务的装置。 采用独立型PLC的CNC系统框图如图8-4所示。,图 8-4 独立型PLC的CNC系统,独立型PLC有以下特点： (1) 独立型PLC的基本功能结构与前所述的通用型PLC完全相同。 (2) 数控机床应用的独立型PLC一般采用中型或大型PLC， IO点数一

9、般在200点以上，所以多采用积木式模块化结构， 具有安装方便、 功能易于扩展和变换等优点。 (3) 独立型PLC的IO点数可以通过IO模块的增减灵活配置。有的独立型PLC还可通过多个远程终端连接器构成有大量I/O点的网络， 以实现大范围的集中控制。 ,8.1.3 数控机床常用I/O元件1 控制开关在数控机床的操作面板上，常见的控制开关有： （1） 用于主轴、冷却、润滑及换刀等控制的按钮， 这些按钮内部往往装有信号灯，一般绿色用于启动， 红色用于停止。 （2） 用于程序保护， 钥匙插入方可旋转操作的旋钮式可锁开关。 ,（3） 用于紧急停止， 装有突出蘑菇形钮帽的红色紧停开关。 （4） 用于坐标轴

10、选择、 工作方式选择和倍率选择等， 手动旋转操作的转换开关。 （5） 在数控车床中， 用于控制卡盘夹紧、 放松， 尾座顶尖前进、 后退的脚踏开关等。,2 行程开关行程开关在机床上主要用于坐标轴限位、 执行机构如液压缸、 气缸活塞的行程控制。,3 接近开关接近是一种在一定的距离(几毫米至十几毫米)内检测物体有无的传感器。它给出的是高电平或低电平的开关信号， 有的还具有较大的负载能力，可直接驱动继电器工作。接近开关具有灵敏度高、频率响应快、重复定位精度高、工作稳定可靠及使用寿命长等优点。许多接近开关将检测头与测量转换电路及信号处理电路做在一个壳体内，壳体上带有螺纹，以便安装和调整距离。 同时在外部

11、有指示灯，以指示传感器的通断状态。 在数控机床中常用的接近开关有电感式、 磁感应式、光电式及霍尔式等。,图 8 - 5 电感式接近开关 (a) 外形图; (b) 位置检测图,电感式接近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，使振荡减弱以致停振。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。在数控机床上，电感式接近开关常用于刀库、机械手及工作台的位置检测。 磁感应式接近开关又称磁敏开关， 主要对气缸内活塞位置进行非接触式检测。图8 - 6 为用于气缸

12、活塞控制的磁感应式接近开关示意图。,图 8 - 6 磁感应式接近开关,气缸缸体多用非导磁的铝合金制成，磁感应式接近开关固定在缸体外部。当活塞移动到磁感应式接近开关部位时， 固定在活塞上的永久磁铁(磁性环)由于其磁场的作用， 使磁感应式接近开关振荡线圈中的电流发生变化，内部放大器将电流转换成输出开关信号， 达到控制活塞行程的目的。 根据气缸形式的不同，磁感应式接近开关有绑带式安装和支架式安装等类型。,4 继电器在数控机床中，有各类指示灯、液压和气动系统中的电磁阀、 伺服电动机的电磁制动器等为PLC输出开关量的控制。 需要指出的是，内装式PLC的I/O采用 24 V 直流电源， 由于受到输出容量的

13、限制，直流开关输出量信号一般用于机床强电箱中的中间继电器线圈和指示灯等，每个24 V中间继电器的典型驱动电流为数 10 mA。在开关量输出电路中，当被控制的对象是电磁阀、电磁离合器等交流负载，或虽是直流负载， 工作电压或电流超过PLC输出信号的最大允许值时， 应首先注意，中间继电器线圈上要并联续流二极管，以便当线圈断电时，为感应电流提供放电回路，否则极易损坏驱动电路。图8- 7所示为内装式PLC的输出控制。,图 8 - 7 内装式PLC的输出控制,8.2 FANUC PLC指令系统,8.2.1 概述数控机床用FANUC PLC有PMC-A、PMC-B、PMC-C、PMC-D、 PMC-G和PM

14、C-L等多种型号，它们分别适用于不同的FANUC数控系统， 组成内装式的PLC。PLC编程使用惯用的继电器符号和简单的逻辑指令、功能指令来编制梯形图，其读写存储器RAM主要用于存放随机变化的数据、表格等，接有锂电池能实现断电自保， 输出负载能力一般小于5 VA，最大可达25 VA。 FANUC PLC的输入信号是来自机床侧的直流信号，规格为30 V， 16 mA。 直流输出信号有两类：,在FANUC系列的PLC中，有基本指令和功能指令两种指令， 型号不同时，只是功能指令的数目有所不同，除此以外，指令系统是完全一样的。 在基本指令和功能指令执行中，用一个堆栈寄存器暂存逻辑操作的中间结果，堆栈寄存

15、器有9位， 如图8-8 所示，按先进后出、后进先出的原理工作。“写”操作结果压入时，堆栈各原状态全部左移一位；相反地，“取”操作结果时，堆栈全部右移一位， 最后压入的信号首先恢复读出。,图 8-8 堆栈寄存器操作顺序,8.2.2 基本指令,表 8-1 基本指令和处理内容,基本指令格式如下：,如RD100.6，其中，RD为操作指令码，100.6为操作数据， 即指令操作对象。它实际上是PLC内部数据存储器某一个单元中的一位。100.6表示第100号存储单元中的第6位。RD 100.6执行的结果，就是把100.6这一位的数据状态“1”或“0”读出并写入结果寄存器ST0中。图 8-9 所示为梯形图的例

16、子及用编程器向PLC输入的程序语句表。,图 8-9 梯形图及语句表,值得说明的是，本例一部分是“块”操作形式。信号1.0、 1.1是一组， 1.4、 1.5又是一组，每一组中的两信号是“与”操作， 两组间又是“或”操作，组成一大块；信号1.2、1.3、 1.6、1.7又是类似的情况，组成另一大块，两大块之间再进行“与”操作。,8.2.3 功能指令数控机床用的PLC指令必须满足数控机床信息处理和动作控制的特殊要求，例如,CNC输出的M、S、T二进制代码信号的译码(DEC)；机械运动状态或液压系统动作状态的延时(TMR)确认；加工零件的计数(CTR)；刀库、分度工作台沿最短路径旋转和现在位置至目标位置步数的计算(ROT)； 换刀时数据检索(DSCH)和数据变址传送指令(XMOV)等。对于上述的译码、定时、计数、 最短路径选择，以及比较、检索、转移、代码转换、四则运算、 信息显示等控制功能，仅用一位操作的基本指令编程，实现起来将会十分困难，因此要增加一些具有专门控制功能的指令， 这些专门指令就是功能指令。功能指令都是一些子程序，应用功能指令就是调用相应的子程序。FANUC PLC的功能指令数目视型号不同而有所不同，其中PMC-A、C、D为22条，PMC-B、G为23条， PMC-L为35条。表8-2所示为PMC-L功能指令和处理内容。,