工学数控原理与系统第7章数控机床电气控制系统课件

《工学数控原理与系统第7章数控机床电气控制系统课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工学数控原理与系统第7章数控机床电气控制系统课件（155页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统第7章数控机床电气控制系统7.1 概述概述 7.2 JBK-30型数控系型数控系统及其在及其在CJK0630A车床上的床上的应用用7.3 FAGOR 8025/8030数控系数控系统及及其在其在CK6150数控数控车床上的床上的应用用 7.4 数控系数控系统中中PLC的信息交的信息交换及及M、S、T功能的功能的实现7.5 数控机床数控机床电气气图的的绘制方法制方法小小结习题 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.1 概述 数控机床是典型的机电一体化产品，除了计算机数控装置和伺服驱动装置之外，还必须有配套的电气控制电路

2、和辅助功能控制逻辑。7.1.1数控机床电气控制电路数控机床电气控制电路 数控机床的电气控制电路包括主电路、控制电路、数控系统接口电路等几个部分，涉及低压电器元件、机床电气控制技术和数控系统接口等知识。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 机床主电路主要用来实现电能的分配和短路保护、欠压保护、过载保护等功能。在控制要求较高的数控机床总电源回路中，为了保证数控系统的可靠运行，一般要通过隔离变压器供电；对于电网电压波动较大的应用场合，还要在总电源回路中加装稳压器；对于主回路中容量较大、频繁通/断的交流电动机电源回路，为了防止其对数控系统产生干扰，一般要加阻容吸收电路。第第7 7章

3、章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 机床控制电路主要用来实现对机床的液压、冷却、润滑、照明等进行控制，该电路的控制原则与普通机床相同，但有些开关信号来自数控系统，而且在交流接触器、继电器线圈的两端要加阻容吸收。 数控系统接口电路用来完成信号的变换和连接。由于在数控系统内部是直流弱电信号，而机床电气控制电路是交流强电信号，为防止电磁场干扰或工频电压串入计算机数控系统中，一般采用光电耦合器进行隔离。常见的接口电路如图7.1所示。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（a）直流输入接口 (b) 达林顿晶体管输出接口图7.1 数控系统开关量输入/输出接口第第7 7章章 数控

4、机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.1.2数控数控辅助功能助功能数控系统除了用于进给位置控制的准备功能（G功能）之外，还有用于零件装卸、冷却液开关、主轴启停等控制的辅助功能(M功能),以及用于指定主轴转速的S功能、用于刀具更换的T功能。这些辅助动作控制功能通称为数控辅助功能。1.辅助功能M 辅助功能M，用来控制主轴的正反转及停止，主轴齿轮箱的变速，冷却液的开关，卡盘的夹紧和松开，以及自动换刀装置的取刀和还刀等。在零件程序中，用字母“M”后跟2位十进制数字构成的M代码编程。表7.1所示，为某数控系统的基本辅助功能。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统表7.1 基本辅助功能

5、动作类型辅助功能代码功 能类型辅助功能代码功 能类型M00M01M02M03M04M05M06程序停选择停程序结束主轴顺时针旋转主轴逆时针旋转主轴停换刀准备AAAIIACM07M08M09M10M11M30液状冷却开雾状冷却开冷却液关夹紧松开程序结束并倒带IIAHHA第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 各辅助功能的执行条件是不完全相同的，从而可以分为4种动作类型。有的辅助功能在它所在程序段开始执行时就立即起作用，这类辅助功能称为段前辅助功能，记为I，例如M03、M04等。有些辅助功能要等到它所在程序段中的坐标轴运动完成之后才起作用，故称为段后辅助功能，记为A，例如M05、

6、M09等。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 有些辅助功能只在本程序段内起作用，当后续程序段到来时便失效，称为当前辅助功能，记为C类，例如M06等。还有一些辅助功能一旦被执行便一直有效，直至被注消或被取代为止，称为保持类辅助功能，记为H类，例如M10、M11等。对于不同动作类型的辅助功能，在用逻辑电路或编写PLC程序实现时，其处理方法也将不同。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统2S功能S功能主要完成主轴转速的控制，有S2位代码和S4位代码两种编程形式。S2位代码用字母“S”后跟2位十进制数的形式来指定主轴转速，S00S99共100级，主要用于分档调速

7、的主轴。S4位代码用字母“S”后跟4位十进制数的形式来指定主轴转速，例如，S1500就直接表示主轴转速为1500r/min。S4位代码表示的转速范围为09999r/min，用于带专用主轴驱动单元的连续或分段无级主轴调速。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统3T功能T功能即刀具功能，T代码后跟随25位数字表示要求的刀具号和刀具补偿号。数控机床根据T代码，通过PLC可以管理刀库，自动更换刀具，也就是说根据刀具和刀具座的编号，可以简便、可靠地进行选刀和换刀控制。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.1.3数控系数控系统中的可中的可编程控制器（程控制器（PLC

8、）数控系统辅助控制功能以开关量顺序控制为主，可采用继电器控制逻辑或可编程序逻辑控制器（PLC）实现。在一些经济型的数控车床和辅助动作比较简单的数控机床上，为了简单起见，其辅助动作的控制常用继电器逻辑实现。而在功能比较完善的数控机床上，其辅助动作的控制逻辑一般都比较复杂，如果仍使用继电器实现，则电路的设计和调试将比较困难，可靠性也差。因此，多数数控机床都采用可编程控制器（PLC）来完成辅助运动的控制。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 根据所用PLC与CNC装置之间的关系不同，数控系统中的PLC分为内装型PLC和独立型PLC两种配置形式。1独立型PLC 所谓独立型PLC实际

9、上也就是一个通用型PLC，它完全独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件，能够独立完成逻辑顺序控制任务。它与CNC装置、数控机床之间的关系如图7.2所示。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 独立型PLC不但要进行机床侧的I/O连接，还要进行CNC装置侧的I/O连接。CNC和PLC都有自己的开关量I/O接口电路，PLC的I/O点数和功能可根据被控机床辅助动作的复杂程度而定。数控车床、数控铣床等单台数控设备，所需PLC的I/O点数大多在64点以下，加工中心等复杂设备在64点以上，这时选用微型或小型PLC上即可。而对于大型数

10、控生产线，如FMC、FMS、CIMS等，则需要选用中型或大型PLC。独立型PLC配置灵活，不受CNC的限制。但是其连线复杂，与CNC之间的联系不紧密，造价较高，性能/价格比较低。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统2内装型PLC 内装型PLC也叫内置型PLC，内装型PLC的全部功能包含在CNC装置内，从属于CNC装置，与CNC装置集成于一体，如图7.3所示。在内含PLC的数控系统中，其PLC的硬件和软件作为CNC装置的基本功能统一设计，并且其性能指标也由CNC系统来确定。内置型PLC与所从属CNC装置之间的信号传送均在其内部进行，无需另外连线。与被控机床开关量信号的传送通过

11、CNC装置的I/O电路完。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 内置型PLC既可以与CNC共用一个CPU，也可以设置专用的CPU，其逻辑电路结构如图7.4所示。与CNC 共用CPU可以进一步更充分地利用CNC装置中微处理器的余力来完成PLC的功能，并且使用元器件较少，但I/O点数不可能太多，功能也有限，一般用于中低档数控系统。后者由于有自己的CPU来处理PLC的功能，功能较强，速度较快；用于规模较大，逻辑复杂，动作速度要求高的数控系统中。由于内置型PLC与CNC一体化设计，与CNC内部直接处理数据的能力强，外部接线简单

12、，可靠性高，整体造价较低，具有较高的性能/价格比。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.2 JBK-30型数控系统及其在CJK0630A车床上的应用7.2.1 JBK-30型数控系型数控系统简介介JBK-30型数控系统是一种经济（简易）型数控系统，主要用于经济型和教学型数控车床的控制，也可以用作普通车床的数控改造，其外部结构如图7.5所示。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（a） 外观结构 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（b）后面板结构 图7.5 JBK-30型数控系统

13、外部结构 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 该数控系统采用一体化结构，操作面板、电源、CNC控制电路以及步进电机的驱动电路全部安装在一个控制箱中。在操作面板上装有4排LED数码管显示器；在显示器右边有40个编辑键，8个状态键，8个控制键。在控制箱后面板上，装有交流220V电源插座、螺纹插座、T功能插座、M.S功能插座、X电机插座和Z电机插座。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 系统采用交流220V电源供电，螺纹插座用来连接主轴编码器，T功能插座用于刀架电机的控制和接收刀位开关信号，S.M功能插座用来控制主轴换档和主轴启动/停止等辅助控制，X电机插座

14、和Z电机插座为步进电动机驱动电源的输出，用来驱动X轴和Z轴步进电机。各插座的接口定义如图7.6所示。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.6 JBK-30型数控系统接口定义 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.2.2 CJK0630A数控数控车床床传动结构和控制要求构和控制要求CJK0630A数控车床是具有两轴联动功能的教学型数控车床，其结构比较简单，传动系统如图7.7所示。该数控车床的主轴由3KW交流异步电动机M1驱动，手动分档变速；在主轴的尾端装有主轴编码器G1，用于实现螺纹加工。进给运动采用步进电机M4、M5驱动，SQ1SQ4分别为X轴和Y

15、轴的正负向限位开关。该机床采用四工位刀架，M3为刀架电机，T1T4为四个刀位检测开关。M2为冷却液水泵电机。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.7 CJK0630A数控车床机械传动图 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 CJK0630A数控车床主轴的正转、反转、停止分别由JBK-30型数控系统的M03、M04、M05指令控制，主轴转速采用手动机械换档控制。通过主轴编码器反馈，同步进给，实现螺纹加工。冷却液的开关由旋钮SA1控制，当SA1闭合时，主轴启动则冷却液开，主轴停止则冷却液关；当SA1断开时，关闭冷却液。刀架的位置由程序中的T1、T2、T3

16、、T4指令指定。进给运动可点动进给，也可连续自动进给，由JBK-30型数控系统控制。如果超过正负向限位，则产生报警。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.2.3 控制控制电路工作原理路工作原理机床控制电路如图7.8、图7.9所示，共有三台交流异步电动机，两台步进电动机。由于该机床的辅助动作比较简单，其辅助动作的控制采用继电器逻辑实现。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.8 CJK0630A数控车床电气原理图 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.9 CJK0630A数控车床CNC接口电路 第第7 7章章 数控机床电气控制系

17、统数控机床电气控制系统 在图7.8中，主回路三相交流电源通过自动空气开关QF1引入，经过自动空气开关QF2、QF3、QF4分配给M1、M2、M3交流异步电动机回路。自动空气开关具有短路保护功能，并能够起到一定的过载保护功能。KM1、KM2为主轴电动机M1的正传和反转接触器，KM3为冷却电动机M2的启动和停止接触器，KM4、KM5为刀架电动机M3的正传和反转接触器。FR1、FR2为M1和M3电动机的过载保护热继电器，由于刀架电机工作时间很短，所以不需要加过载保护。为了提高系统的抗干扰能力，在总电源回路和主轴电动机回路中设置了阻容吸收电路FV1、FV2。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床

18、电气控制系统 控制回路采用交流220V电源供电，控制回路电源通过单相自动空气开关QF5引入，分别向交流接触器控制回路和CNC装置供电，并具有短路保护和过载保护作用。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 接触器KM1、KM2的线圈分别受小型继电器KA1、KA2的常开点控制，当执行到含有M3指令的程序段时，CNC装置发出信号，使继电器KA1吸合，KA1常开点闭合使接触器KM1线圈得电吸合并自锁，接通主轴电动机M1的三相交流电源，主轴正转启动；当执行到含有M4指令的程序段时，CNC装置发出信号使继电器KA2吸合，KA2常开点闭合使接触器KM2线圈得电吸合并自锁，接通主轴电动机M1

19、的三相交流电源，主轴反转启动。当执行到含有M5指令的程序段时，CNC装置发出信号，使继电器KA3吸合，KA3常闭点断开使接触器KM1或KM2线圈断电释放，切断主轴电动机M1的三相交流电源，主轴停止运转；第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 接触器KM3、KM4的线圈分别受小型继电器KA4、KA5的常开点控制，当需要更换刀具时，CNC装置发出信号，首先使继电器KA4吸合，KA4常开点闭合使接触器KM3线圈得电吸合，接通刀架电动机M3的三相交流电源，刀架电机正转，使刀架抬起旋转；当刀架旋转到预定的刀具位置时，CNC装置发出信号使继电器KA4释放、KA5吸合，接触器KM3线圈断电

20、释放、接触器KM4线圈得电吸合，刀架电机开始反转，使刀架落下并锁紧；延时12秒后，继电器KA5释放，接触器KM4线圈断电释放，刀架电机停止转动，换刀结束。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 SA1为冷却液手动开关。SA1闭合后，主轴启动（KM1或KM2吸合）时，接触器KM5得电吸合，接通冷却泵电机电源，冷却泵开始工作；主轴停止（KM1和KM2均断开）时，接触器KM5断电，冷却泵停止工作。SA1断开时，接触器KM5线圈回路切断，冷却电机不工作，冷却泵停止运转。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 在图7.9中，T1、T2、T3、T4是四个刀具位置检测开关

21、（或霍尔传感器），分别接CNC装置T功能插座的刀位信号输入端T10、T20、T30、T40。两个坐标的正向限位开关SQ1、SQ3串联后接CNC装置的正限位输入端；两个坐标的负向限位开关SQ2、SQ4串联后接CNC装置的负限位输入端。主轴旋转编码器的5根信号线与CNC装置的螺纹输入相连接，CNC装置的步进驱动输出与X轴、Z轴步进电动机相连接。CNC装置的M功能M3、M4、M5和T功能刀架正转、刀架反转分别经过小型继电器KA1KA5转接后，去控制交流接触器线圈，从而实现了CNC直流24V弱信号到交流220V强信号的转接接口。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 通过上述分析可以

22、看出，对于辅助动作比较简单的数控机床，只需要用少量的接触器、继电器元件，配合数控系统接口逻辑，即可实现辅助动作的控制。在CJK0630A数控机床中，辅助M功能M03、M04、M05通过接触器逻辑实现，没有使用S功能，T功能由数控系统完成，当执行换刀指令时，在JBK-30型数控系统内部进行逻辑处理，控制刀架电机完成换刀动作。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.3 FAGOR 8025/8030数控系统及其在CK6150数控车床上的应用7.3.1 FAGOR 8025/8030数控系数控系统简介介FAGOR 8025/8030数控系统是由西班牙FAGOR公司生产的数控系统产

23、品。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统它有T、TG、TS三个系列，其中T系列为车床系列，TG系列为带有图形功能的车床数控系统，TS为具有刀具自旋转功能的车床数控系统。系统最多可驱动六个坐标轴，也可接受六个轴的反馈输入，可以实现三轴联动直线插补，两轴直线或圆弧插补。系统分辨率为1um，机床定位精度接近2um。系统中G00的最大进给速度可达到65.535m/min，可控最大主轴转速为9999r/min。刀库容量可达99把刀具。8吋单色CRT显示器可进行静、动态图形显示。经RS232和RS485通信接口可以很容易地实现通讯和联网。具有完备的刀具补偿功能。有较强的错误诊断能力。还

24、具有探针输入功能。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统1. 外形结构FAGOR 8025/8030车床数控系统外形结构如图7.10所示，其操作面板、CRT显示器和系统主板采用一体化集成安装结构。该数控系统分为不带PLC型和内装PLC型两种形式，其前面板及外形结构相同，后面板I/O连接器数量不同，不带PLC型只有I/O1、I/O2两个I/O连接器，而内装PLC型有I/O1、I/O2、I/O3三个I/O连接器，如图7.11所示。下面以不带PLC型FAGOR 8025/8030车床数控系统（图7.11a）为例，介绍在CK6150数控车床上的应用。第第7 7章章 数控机床电气控制系

25、统数控机床电气控制系统图7.10 FAGOR 8025/8030数控系统外形结构第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（a）不带PLC型 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统(b)内装PLC型 图7.11 FAGOR 8025/8030数控系统后面板布局 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统2. I/O连接器配置FAGOR 8025/8030数控系统采用交流220V电源供电，靠后备锂电池保存机床参数等信息。该系统有两个I/O连接器，5个编码器输入插座，1个电子手轮输入插座，两个串行通信接口。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电

26、气控制系统（1）I/O连接器I/O连接器I/O1、I/O2用来向伺服驱动装置提供模拟电压给定信号，向外部独立型PLC输出辅助功能信号，接受外部PLC送来的同步信号等，配置如图7.12所示。其中M1M15为M功能译码输出；MST01MST80为M、S、T功能BCD编码输出，与三个选通信号M Strobe、S Strobe、T Strobe配合，实现辅助功能输出控制；Emergency Stop为外部输入到CNC的急停信号，Feed Hold为外部输入到CNC的进给保持信号，这两个信号均为低电平有效。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（a） I/O1 第第7 7章章 数控机床

27、电气控制系统数控机床电气控制系统(b) I/O2 图7.12 FAGOR 8025/8030数控系统I/O连接器 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（2）位置反馈编码器输入A1、A2、A3、A4 A1A4为4个位置反馈旋转编码器输入15针插座，其中A1用于X轴反馈，A2用于刀具或第4轴反馈，A3用于Z轴反馈，A4用于C轴或第3轴反馈。插针排列如图7.13(a)所示。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（a）A1A4插针排列 (b) A5插针排列 (c) A6插针排列 图7.13 编码输入信号连接器第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统

28、（3）主轴编码器输入A5 A5为主轴编码器输入插座，用于主轴转速反馈和螺纹加工，插针排列如图7.13(b)所示。（4）电子手轮输入A6 A6为电子手轮输入插座，15号插针用于手轮输入，68号插针用于探针输入，插针排列如图7.13(c)所示。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.3.2 CK6150数控机床结构及控制要求1. 机床结构CK6150数控车床外形结构如图7.14所示，床身最大回转直径500 mm，刀架最大回转直径300 mm，主轴转速范围361600rpm(12 档)，横向X轴进给速度02 m/min，纵向Z轴进给速度04 m/min，横向X轴快移速度3 m/m

29、in，纵向Z轴快移速度6 m/min，公制螺纹范围0.0148 mm，英制螺纹范围1200 t/in，刀具容量4 把，主轴电机功率7.5 kw，纵向Z最小设定单位0.001 mm，横向X最小设定单位0.001 mm。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 图7.14 6150数控车床外形结构第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 机床传动系统如图7.15所示。该数控车床的主轴由7.5KW双速交流异步电动机M2驱动，手动三档变速，电磁离合器YA1、YA2自动两档变速，共有12档速度；在主轴的尾端装有主轴编码器G1，用于速度测量和螺纹加工。进给运动采用1FT-5

30、064型交流伺服电机M6、M7驱动，SQ1SQ6分别为X轴和Y轴的正负向限位开关和参考点开关。该机床采用四工位刀架，M4为刀架电机，T1T4为四个刀位检测开关。M1为油泵电机，M3为冷却液水泵电机，M5为润滑泵电机。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.15 CK6150型数控车床传动系统示意图 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 此外，CK6150型数控车床卡盘的卡紧与松开，尾座套筒的伸出与退回都是由液压系统驱动的。图7.16所示是CK6150数控车床得液压系统原理图。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.16 CK615

31、0型数控车床液压系统原理图第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统2. 控制要求液压启动/停止由按钮SB3、SB2控制，NC启动/停止由按钮SB5、SB4控制。SA1为照明开关，SB1位外部急停按钮。当有紧急情况发生时，按下急停按钮SB1，切断控制回路电源。机床控制面板如图7.17所示。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.17 CK6150型数控车床控制面板图 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 CK6150数控车床的主轴采用分档变速，三个手动档与四个自动档组成12档变速，四个自动档由MDI按键或零件程序中的S1、S2、S3、S4

32、指令指定，主轴启动/停止受M03/M05指令控制。液压卡盘的松开、夹紧由脚踏开关SQ1控制。液压尾座可点动伸出（点动左SB7）、连续伸出（连续左SB6）、连续退回（连续右SB8）。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 冷却液的开关由旋钮SA2和程序中的M08（开）、M09（关）共同控制。导轨润滑采用定时控制，每30分钟一次，每次10秒钟。刀架的位置由MDI按键或程序中的T1、T2、T3、T4指令指定。进给运动可点动进给，也可连续自动进给，由CNC装置控制。如果超过正负向限位，则产生急停报警，按住超程解除按钮SB9后才可再进行点动。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床

33、电气控制系统7.3.3 控制控制电路工作原理路工作原理由于CK6150数控车床采用不含PLC的FAGOR 8025数控系统，因此需要独立配置可编程控制器来完成辅助功能的控制。机床控制电路如图7.18、图7.19、图7.20所示，系统采用了西门子S7-200型可编程控制器和西门子611A伺服驱动,其基本工作原理如下。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统1.主电路在图7.18所示的主回路中，三相交流电源通过自动空气开关QF1引入，经过自动空气开关QF2QF6分配给M1M5交流异步电动机回路。自动空气开关具有短路保护功能，并能够起到一定的过载保护功能。第第7 7章章 数控机床电气

34、控制系统数控机床电气控制系统 KM1液压电动机M1的启动和停止控制接触器。KM2、KM3、KM4为主轴电动机M2的高速、低速控制接触器；当KM2吸合KM3、KM4断开时，电动机M2定子绕组三角形接法，4极低速运行；当KM3、KM4吸合KM2断开时，电动机M2定子绕组呈双星形接法，2极高速运行。KM5为冷却泵电动机M3的启动和停止控制接触器。KM6、KM7为刀架电动机M4的正传和反转控制接触器。KM8为润滑泵电动机M5的启动和停止控制接触器。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 FR1、FR2、FR3分别为M1、M2、和M3电动机的过载保护热继电器，由于刀架电机和润滑电机的工

35、作时间很短，所以不需要加过载保护。为了提高系统的抗干扰能力，在总电源回路和主轴电动机回路中设置了阻容吸收电路FV1FV。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.18 CK6150型数控车床主电路原理图第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统2.CNC接口和控制电路在图7.19所示的伺服驱动接口、CNC接口和控制回路中，伺服驱动器采用三相交流380V电源供电，三相电源经过自动空气开关QF7引入；FAGOR 8025数控系统采用单相交流220V电源供电，电源经过自动空气开关QF8引入；控制回路采用单相交流110V电源供电，380V电源经过自动空气开关QF9引入

36、后，经过变压器T1和自动空气开关QF10向控制回路供电。KM9为伺服驱动器、FAGOR 8025数控系统、S7-200可编程控制器和直流24V开关电源的电源控制接触器。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.19 CK6150型数控车床CNC接口和控制电路原理图第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 在系统上电后，按下液压启动按钮SB3，接触器KM1吸合并自锁，液压泵电动机得电运转，液压泵开始工作。这时，按下NC启动按钮SB5，接触器KM9吸合并自锁，伺服驱动器、FAGOR 8025数控系统、S7-200可编程控制器和直流24V开关电源同时得电，FAGO

37、R 8025数控系统开始自检。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 FAGOR 8025数控系统自检结束后，在没有外部急停报警的情况下，从I/O1口输出X轴、Z轴伺服使能信号，通过继电器KA1、KA2转接后，分别接通611A伺服驱动电源的X331、X332的65、9端，伺服驱动器开始工作。当手动方式点动或者自动执行程序进给时，如果来自PLC的进给保持信号无效，则数控系统通过I/O1口输出010V模拟给定信号到611A伺服驱动器的X331、X332的56、14端，伺服驱动器开始工作，驱动伺服电动机M6、M7运转。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 在伺服

38、电动机上，同轴安装这两个传感器，一个是转子位置和速度测量传感器T，另一个是用于位置测量反馈的旋转编码器G。两个伺服电机的转子位置和速度反馈信号分别接到伺服驱动器的X311、X313上，旋转编码器输出的位置测量反馈信号接到FAGOR 8025数控系统的A1、A3接口。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 在伺服驱动器上电后，也要进行自检，如果自检正常，则输出一个伺服准备好开关信号给PLC的I2.0。在工作过程中，611A具有电机过热、过载保护功能，一旦检测到电机过热，过热保护继电器动作，向PLC的2.1发出伺服热保护信号，产生急停报警。其他象主轴启/停、换档，换刀等辅助动作，

39、由FAGOR 8025数控系统通过I/O1、I/O2接口将工作方式、辅助控制命令等信号送到PLC处理控制。有些辅助动作的处理控制结果还要由PLC送回数控系统的I/O1接口，通过进给保持信号同步程序的执行。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统3.PLC控制电路在图7.20所示的PLC控制电路中，由西门子S7-200系列CPU 226（24V直流入/16继电器出）主单元和EM221（8入）直流24V输入扩展单元、EM222（8处）继电器输出扩展单元组成56点可编程控制器。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.20 CK6150型数控车床PLC控制电路原理

40、图第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 冷却液开关SA2、尾座操作按钮SB6SB8、超程解除按钮SB9分别接至PLC的I0.0I0.4输入端，用于手动操作。液压电机控制接触器辅助触点KM1、主轴电机控制接触器辅助触点KM2、KM3分别接至PLC的I0.5I0.7输入端，用于连锁控制。四个刀位检测开关T1T4分别接至PLC的I1.0I0.3输入端，用于换刀控制。X轴、Z轴正负向限位开关SQ1、SQ2、SQ4、SQ5分别接至PLC的I1.4、I1.5输入端，用于超程报警。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 “伺服准备好”信号和“电机过热”信号分别接至PLC

41、的I2.0、I2.1输入端，用于急停报警。来自FAGOR 8025数控系统的MST选通信号、工作方式(JOG)信号、NC急停信号和复位信号、辅助功能编码(MST01MST20)信号分别接至PLC的I2.2I2.7、I3.0I3.5输入端，用于辅助功能控制。各输入接点的公共端1M4M均与24V开关电源的输出负极M相连。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 可编程控制器的继电器输出Q0.0Q0.7的公共端COM1与控制电路的6号线相连，当油泵电机启动后，控制回路的交流110V电源加到COM1端，通过PLC的继电器输出Q0.0Q0.5分别控制接触器线圈KM2KM8的通电/断电，从

42、而控制主轴电机高速/低速、冷却电机启动/停止、刀加正转/反转、润滑电机启动/停止。PLC的继电器输出Q1.0Q1.7的公共端COM2和Q2.0Q2.7的公共端COM3与24V开关电源的正极输出L+相连。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 PLC的继电器输出Q1.0Q1.6分别控制24V直流电磁阀YV1YV4和电磁铁YA1YA3的通电/断电，从而控制卡盘的夹紧/松开、位座的伸出/退回、主轴高速档/低速档和主轴的刹车制动。PLC的继电器输出Q2.0Q2.4分别控制24V指示灯HL2HL6的通电/断电，分别用于急停报警、卡盘夹紧、X轴超程、Z轴超程和尾座顶紧的指示。PLC的继电

43、器输出Q2.5与FAGOR 8025数控系统I/O1口的14端相连，用于将外部急停报警信号送给数控系统。PLC的继电器输出Q2.6与FAGOR 8025数控系统I/O1口的15端相连，用于将进给保持信号送给数控系统，同步零件程序的执行。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.3.4 PLC程序分析程序分析由于CK6150数控机床的辅助控制逻辑较为复杂，单纯用接触器继电器控制逻辑实现比较困难，因此，采用了独立于CNC之外的S7-200可编程控制器来完成辅助控制功能。遵循结构化程序设计原则，PLC程序采用“主程序子程序”结构，以方便PLC程序的设计和调试。第第7 7章章 数控机

44、床电气控制系统数控机床电气控制系统1PLC主程序如图7.21所示，是CK6150数控车床的PLC控制主程序梯形图。在PLC主程序中，首先把CNC送到IB3口的MST代码（BCD码）与63(3FH)相与，屏蔽掉I3.6、I3.7，并在M选通、S选通、T选通信号的作用下，分别将M代码转存到MB1，S代码转存到MB2，T代码转存到MB3；然后，无条件（SM0.0）调用主轴控制子程序、液压卡盘和液压尾座控制子程序、冷却和润滑控制子程序、换刀控制子程序、急停和进给保持控制子程序。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 图7.21 数控车床PLC控制主程序梯形图 第第7 7章章 数控机床

45、电气控制系统数控机床电气控制系统2主要子程序（1）液压卡盘和液压尾座控制子程序如图7.22所示，是液压卡盘和液压尾座控制子程序梯形图，这两种动作的控制都是在手动JOG(I2.5)方式下进行的。液压卡盘的夹紧和松开是由一个脚踏开关SQ7控制的，第一次踩踏时夹紧，第二次踩踏时松开，因此限将这个开关的闭合信号转换成脉冲信号M0.3，然后用M0.3脉冲去置位Q1.0、复位Q1.1，或者复位Q1.0、置位Q1.1。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 图7.22 数控车床液压卡盘、液压尾座控制PLC子程序梯形图 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 液压尾座的伸出

46、和退回由按钮SB6(I0.1)、SB7(I0.2)、SB8(I0.3)控制的。按下连续左按钮I0.1，尾座伸出Q1.0有效并自锁，同时解除Q1.1，尾座连续伸出。按下点动左按钮I0.2，尾座伸出Q1.0有效，同时解除Q1.1，尾座伸出；放开I0.2后尾座伸出Q1.0解除，尾座停止。按下连续右按钮I0.3，尾座退回Q1.1有效并自锁，同时解除Q1.0，尾座连续退回。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（2）冷却和润滑控制子程序如图7.23所示，是冷却和润滑控制子程序梯形图。冷却液的开/关由手动旋钮SA2(I0.0)和M功能指令M08、M09共同控制。自动方式（I2.5=0）时

47、，在M选通信号的作用下，判断MB1的值，如果等于08则置位M0.2，如果等于09则复位M0.2；手动旋钮SA2闭合(I0.0=1)或者M0.2=1时，开启冷却Q0.2。润滑泵的启动/停止由定时器T37（10秒钟）、T38（30分钟）控制，在无急停报警的情况下，每30分钟润滑一次，每次10秒钟。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 图7.23 数控车床冷却和润滑控制PLC子程序梯形图 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（3）换刀控制子程序如图7.24所示，是自动换刀控制子程序梯形图。在这个梯形图中，用字节传送指令将当前刀位开关信号(I1.0I1.3)转换

48、成当前刀号代码()存放到MB4中；当执行换刀指令时，在T选通信号的作用下，将指令刀号MB5与当前刀号MB4进行比较，如果不相等则置位Q0.3、复位Q0.4，刀架电机正转，刀架开始旋转；当转到预定的刀位时，当前刀号MB4与指令刀号MB3相等，复位Q0.3，刀架停止正转，在Q0.3闭合脉冲的作用下，置位Q0.4，刀架电机开始反转，刀架下降锁紧，定时器T40延时4秒钟后，复位Q0.4，换刀动作结束。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 图7.24 数控车床换刀控制PLC子程序梯形图第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（4）主轴控制子程序如图7.25所示，是主轴

49、启动/停止和换档变速控制子程序梯形图。首先执行S指令，指定速度档，然后执行M03指令，置位M0.1，根据S指令代码MB2不同，产生相应的输出组合（Q0.0、Q0.1、Q1.4、Q1.5），从而启动主轴按预定的转速运转。当执行M05、M30（MB1=48）指令，或者NC复位急停时，复位M0.1，主轴停止并接通刹车制动电磁铁（Q1.6）制动，制动2秒钟后，定时器T41动作，释放制动电磁铁。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 图7.25 数控车床主轴控制PLC子程序梯形图第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（5）急停、进给保持控制子程序如图7.26所示，是急

50、停处理和进给保持处理子程序梯形图。急停和进给保持是PLC送给CNC的辅助控制反馈、同步信号，用来反馈辅助控制信息，同步NC程序的执行当出现X轴越限、Z轴越限、油泵过载、主轴过载或者伺服电机过热时，发出急停控制信号Q2.5，通知CNC进行急停处理。在换刀（Q0.3=1或Q0.4=1）期间，或者在自动工作方式而主轴还没有启动的情况下，向CNC发进给保持信号（Q2.6），使CNC锁定进给，保证机床安全。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.26 数控车床急停、进给保持控制PLC子程序梯形图 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 通过对上述应用实例分析，可以

51、清楚地看出独立型PLC与CNC装置之间、PLC与机床侧的开关量之间的I/O连接关系；并通过PLC程序设计，使CNC装置、PLC和数控机床三者紧密结合在了一起，形成一个有机整体，从而控制数控机床有条不紊地工作。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.4 数控系统中PLC的信息交换及M、S、T功能的实现7.4.1基本概念基本概念数控系统中PLC的信息交换，就是以PLC为中心，在CNC、PLC和机床之间的信息传递。PLC通过信息交换，接受CNC的命令信息，实现辅助功能的控制；并把逻辑控制的结果信息，送回CNC装置，以同步零件程序的执行。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床

52、电气控制系统 PLC与CNC之间交换的信息分两个方向进行，其中由CNC发给PLC的信息主要包括各种功能代码M、S、T的信息，手动/自动方式信息，各种使能信息等。而由PLC发给CNC的信息主要包括M、S、T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 同样，PLC与机床之间交换的信息也分为两部分。由PLC向机床发送的信息主要是控制机床的执行元件，如电磁阀、接触器、继电器的通/断电，以及各种状态指示和故障报警等。而由机床向PLC发送的信息，主要包括机床操作面板上各种开关、按钮等信号，以及各运动部件的限位信息。例如机床的起动/停止、主轴正转

53、/反转/停止、冷却液的开/关、倍率选择、各坐标轴点动以及刀架卡盘夹紧/松开等信息，还有各运动部件的限位开关，主轴状态监视信号和伺服系统运行准备信号等。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.4.2 内装型内装型PLC及其信息交及其信息交换对于不同数控系统，所交换的信息内容、数量各有区别，但基本思路和作用是一样的。对于不带PLC的数控系统产品，其信息交换主要以开关量为主，并通过CNC与PLC之间的硬件I/O连接来实现。对于内装PLC的数控系统产品，不仅可通过开关量交换信息，而且可以通过内部寄存器、内部标志位等交换信息，而且在CNC与PLC之间无需硬件I/O连接，数据处理能力强

54、，可靠性高，是数控系统发展的方向。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 以内部带PLC的FAGOR 8025/8030数控系统为例，其内部输入/输出点数为41/24点，其PLC信息交换情况介绍如下。1.资源配置 该系统内部与PLC有关的信号流向及与外部的连接如图7.27所示。其中输入信号I42I104是CNCPLC的内部开关量信号，O25O64是PLCCNC的内部开关量信号。另外，输入信号I1I41是机床PLC的外部开关量信号，O1O24是PLC机床的外部开关量信号。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 I/O1、I/O2、I/O3式安装在FAGOR 8

55、025/8030 CNC背部的3个连接器，用来输入/输出CNC和PLC的信号。I/O3上有CNC模拟电压输出，为主轴和6个进给轴的伺服系统提供模拟控制电压。O1O24共24个外部输出信号全部安排在I/O1上；而I1I41共41个外部输入信号分散安排在三个连接器上，其中I/O1上有8个输入信号，I/O2上有32个输入信号，I/O3上有个输入信号。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 图7.27第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 除了上述CNC与PLC之间、PLC与机床之间的开关量I/O信号之外，FAGOR 8025/8030数控系统的PLC还有以下内部资

56、源：2047个标志器(内部继电器)；255个16位寄存器；32个计时器(可选择计时范围10ms655s) 6个计数器(可逆计数范围-32768+32767或065535)。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统2.内部资源功能描述(1) PLC的内部开关量输入PLC共有104个开关量输入信号，用字母“I”后跟随数字编号表示，如I1、I16等。其中I1I41为41个外部开关量输入信号，通过三个连接器与机床上的有关开关相连。另外，还有63个内部逻辑输入信号，通过内部公共存储器单元由CNC传送给PLC，其编号对应为I42I104，其功能含义如表7.2所示。第第7 7章章 数控机床电

57、气控制系统数控机床电气控制系统 表7.2 PLC内部开关量输入信号第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统(2) PLC的内部开关量输出PLC共有64个开关量输出信号，用字母“O”后跟随数字编号表示，如O1、O16等。其中O1O24为24个外部开关量输出信号，通过连接器I/O1与机床上的执行元件（电磁阀、接触器、继电器等）相连。另外，还有40个内部逻辑输出信号，通过内部公共存储器单元由PLC传送给CNC，其编号对应为O25O64，其功能含义如表7.3所示。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 表7.3 PLC内部开关量输出信号 第第7 7章章 数控机床电气控

58、制系统数控机床电气控制系统（3）PLC的标志器标志器(内部继电器)实质上就是存储器的二进制位，共有2047个标志器，用字母“M”后跟随数字编号表示，如M1、M102等。由于PLC都配有后备电池，这样当电源关断时标志器中的逻辑状态仍然保持不变，如果希望启动时初始状态为0，则可用指令来予以清除。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 标志器分为两大类，一类是具有预定的用途的；另一类是允许用户使用的。具体分配如下：M1M512 供用户使用M1801M1964 用于与CNC进行数据交换M2001M2003 算术符号标志器M2009M2024 时钟标志器M2046M2047 预置标志器

59、第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（4）PLC的寄存器标志器(内部继电器)实质上就是存储器的二进制位，共有2047个标志器，用字母“M”后跟随数字编号表示，如M1、M102等。由于PLC都配有后备电池，这样当电源关断时标志器中的逻辑状态仍然保持不变，如果希望启动时初始状态为0，则可用指令来予以清除。标志器分为两大类，一类是具有预定的用途的，另一类是允许用户使用的。具体分配如下：第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 寄存器用于存放数据信息，其编号用字母“R”后跟随数字来表示。如R1、R105等。每个寄存器均为16位，允许存放数据范围为-32768+327

60、67(带符号)或065535(不带符号)。其中部分数据寄存器的分配如下：R1R100 可供用户使用的寄存器R101R164 用于与CNC进行数据交换R201R203 用于与CNC进行数据交换第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统4.CNC与PLC之间的信息交换PLC除了通过前面介绍的内部输入(I42I104)、内部输出(O25O64)端口与CNC之间进行信息交换外，还可以通过如下标志器、寄存器来实现与CNC交换数据的目的。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统(1)通过激活标志器，在CNC中产生报警、提示信息。PLC运行时，可通过置位标志器M1801M189

61、9，在CNC中产生199号相关的信息，并在CRT上进行显示。反之，清零标志器M1801M1899，则相应信息被取消，CRT上显示也消失。例如，假设PLC程序中编有指令：I12M1845，则表示当外部输入信号I12由低电平变为高电平(上升沿有效)时，就将相应标志器置位，即M1845=“1”，因而在CNC中产生第45号信息，并在CRT上进行显示。反之，当输入脉冲信号I12由高电平变成低电平(下降沿)时，则相应45号信息消失。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 可见，PLC中有99个标志器(M1801M1899)可与CNC中99条信息相对应。一般情况下，CNC中前面的25个信息

62、(对应标志器M1801M1825)为关键信息，它们表示了CNC执行中的致命错误，当出现一个其中的错误信息时，CNC将中断程序的执行，并进行相应的处理；而当出现其余信息(对应标志器M1826M1899)时，则不中断CNC程序的执行，仅在CRT上进行显示。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统(2)通过激活标志器，对CNC中变量进行读写或修改。PLC运行时，通过置位标志器可对CNC装置中一系列寄存器进行读写操作。PLC中寄存器R101R164用于存放CNC装置中寄存器R1R64的映像值。现通过激活相应标志器，就可对CNC中寄存器R1R64的内容进行读写或修改。标志器和寄存器之间的

63、对应关系如表7.4所示。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 表7.4 标志器与寄存器之间的对应关系 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 通过激活标志器M1901M1940，可以读出CNC中寄存器R1R40中的内容，并存储在PLC的寄存器R101R140中。通过激活标志器M1941M196，可以将PLC中寄存器R141R164的内容写入CNC中相应寄存器R41R64中。在完成上述读写过程后，将相应标志器进行复位。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统(3)执行M、S、T功能过程中，对R201R203的内容进行更新。如果PLC正在执行M

64、、S、T功能，则CNC自动将该功能对应参数传送到PLC的预定寄存器R201R203中，其对应关系如表7.5所示。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 表7.5 M、S、T功能与寄存器之间的对应关系 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 除以上介绍的数据交换途径外，在该系统中还可以通过RS485组成的局部网络对标志器M1M512中的内容进行读/写操作，以及通过PLC机器参数设置的手段来实现部分数据的交换。总之，通过上述实例可以看出，在数控系统内部CNC和PLC之间交换的数据内容很多，也很复杂，并且还必须结合机床性能、操作编程以及机床参数来进行综合设计和分析

65、，只有这样才能做到尽量合理完善。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.4.3 M、S、T功能的实现 在数控系统中，M、S、T功能贯穿了CNC、PLC、伺服、机床等几个极其重要的组成环节，而其功能的实现也是很典型和重要的。下面对其实现过程分别进行介绍。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统1.M功能的实现M功能也叫辅助功能，用来控制主轴的正反转及停止，主轴齿轮箱的变速，冷却液的开关，卡盘的夹紧和松开，以及自动换刀装置的取刀和还刀等。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 在M功能实现方式上，大致可以分为两种。一种是开关量方式，即CNC将M

66、功能代码以开关量的方式送到PLC输入接口，然后由PLC进行逻辑处理，并输出控制有关执行元件动作。另一种是寄存器方式，即CNC将M功能代码直接传送到PLC中相应寄存器中，然后由PLC进行逻辑处理，并输出控制有关执行元件动作。后一种方法多用于内装型PLC。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统2S功能的实现S功能主要完成主轴转速的控制，有S2位代码和S4位代码两种编程形式。（1）S2位代码S2位代码S00S99共100级。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 对于分档有级调速的主轴，可采用开关量方式或寄存器方式，由CNC将S代码传送到PLC，然后由PLC进行逻

67、辑处理，输出控制有关执行机构换档。对于无级调速的主轴，将整个速度范围按（S00S99）100级分度，各级按等比级数递增，其公比为，即相邻分度的后级速度比前一级速度增加约12%。这样根据主轴转速的上、下限和上述等比关系就可以获得个S2位代码与主轴转速（BCD码）的对应表格，它用于S2位代码的译码。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 如图7.28所示为S2位代码在PLC中的处理框图，图中译S代码和数据转换实际上就是针对S2位代码查出主轴转速的大小，然后将其转换成二进制数，并经上、下限幅处理后，将得到的数字量进行D/A转换，输出一个010V或05V或-10+10V的直流控制电压

68、给主轴驱动系统或主轴变频器，从而保证了主轴按要求的速度旋转。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.28 S功能处理框图 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（2）S4位代码S4位代码可直接用来指定主轴转速，例如，S1500就直接表示主轴转速为1500r/min，可见S4位代码表示的转速范围为09999r/min。显然，它的处理过程相对于S2代码形式要简单一些，也就是它不需要图7.28中“译S代码”和“数据转换”两个环节。另外，图7.22中上、下限幅处理的目的是为了保证主轴转速处于一个安全范围内，例如将其限制在20r/min3000r/min范围内，这

69、样一旦给定超过上下限时，则取相应边界值作为输出即可。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统3T功能的实现T功能即刀具功能，T代码后跟随25位数字表示要求的刀具号和刀具补偿号。根据取刀/还刀位置是否固定可将换刀功能分为随机存取换刀控制和固定存取换刀控制。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 在随机存取换刀控制中，取刀和还刀与刀具座编号无关，还刀位置是随机变动的。在执行换刀的过程中，当取出所需的刀具后，刀库不转动，而是在原地立即存入换下来的刀具。这时，取刀、换刀、存刀一次完成，缩短了换刀时间，提高了生产效率，但刀具控制和管理要复杂一些。在固定存取换刀控制中，被

70、取刀具和被还刀具的位置都是固定的，也就是说换下的刀具必须放回预先安排好的固定位置。显然，后者增加了换刀时间，但其控制要简单些。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统图7.29 T功能处理框图 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 如图7.29所示，为采用固定存取换刀控制方式的T功能处理框图。另外，数控加工程序中有关T代码的指令经译码处理后，由CNC将有关信息传送给PLC，在PLC中进一步经过译码并在刀具数据表内检索，找到T代码指定刀号对应的刀具编号（即地址），然后与目前使用的刀号相比较。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 如果相同则说

71、明T代码所指定的刀具就是目前正在使用的刀具，不必再进行换刀操作，而返回原入口处。若不相同则要求进行更换刀具操作，即首先将主轴上的现行刀具归还到它自己的固定刀座号上，然后回转刀库，直至新的刀具位置为止，最后取出所需刀具装在刀架上，至此完成整个换刀过程。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.5 数控机床电气图的绘制方法 电气控制系统的设计需要将各电气元件及其连接、布局用一定的图形表达出来，这种图就是电气图。数控机床的电气图有三类，分别是电气原理图、电气安装接线图、电器元件布置图。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统1.电气图的图形及文字符号 为了能表达电气

72、控制系统的结构、原理等设计意图，便于进行电气元件的安装、调整、使用和维修，设计人员必须将电气控制系统中各电气元件的连接用一定的图形表达出来。在绘制电气图时，电气元件的图形符号和文字符号必须符合国家标准的规定，不能采用非国标符号。我国电气制图国家标准有：GB 6988-86电气图用图形符号、GB 4728电气制图、GB 7159电气技术中的文字符号制定通则。读者在设计时应采用最新的国家标准或行业标准。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统2电气原理图的绘制 电气原理图是为了便于阅读和分析控制线路，它以简明、清晰、易懂为原则，根据电气控制线路的工作原理来绘制。在电气原理图中只包括

73、所有电气元件的导电部分和接线端子之间的相互关系，并不按照电气元件的实际布置和实际接线情况来绘制。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（1）基本规则。原理图中，所有电动机、电器等元件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号来表示。属于同一电器的线圈和触点，都要用同一文字符号表示。当使用相同类型电器时，可在文字符号后加注阿拉伯数字序号来区分。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统原理图一般分为主电路、辅助电路和CNC接口电路三个部分。主电路就是从电源到电动机绕组的大电流通过的路径。辅助电路包括控制回路、照明电路、信号电路及保护电路等，一般由继电器的线圈和触点，

74、接触器的线圈和触点，以及按钮、照明灯、信号灯、控制变压器等电气元件组成。CNC接口电路包括CNC与伺服驱动系统之间的连接接口，内置PLC输入端与各按钮开关的连接，内置PLC输出端与各种电磁阀、指示灯之间的连接接口等。一般主电路用粗实线表示，画在左边（或上部）；辅助电路、CNC接口电路用细实线表示，画在右边（或下部）。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统原理图中，各电气元件的导电部件如线圈和触点的位置，应根据便于阅读和分析的原则来安排，绘在它们完成作用的地方。同一电气元件的各个部件可以不画在一起。原理图中，所有电器触点都按没有通电或没有外力作用时的开闭状态画出。如继电器、接触

75、器的触点，按线圈未通电时的状态画出；按钮、行程开关的触点按不受外力作用时的状态画出；控制器按手柄处于零位时的状态画出。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统原理图中，有直接电联系的交叉导线的连接点，建议用黑圆点表示。无直接电联系的交叉导线，交叉处不能画黑圆点。原理图中，无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般应按动作顺序从上到下，从左到右依次排列，可水平或垂直布置。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（2）图面区域的划分。 图面分区时，竖边从上到下用拉丁字母，横边从左到右用阿拉伯数字分别编号。分区代号用该区域的字母和数字表示，如B3、C5。图中上方和下方的

76、阿拉伯数字是图区横向编号，左边和右边的拉丁字母是图区竖向编号，它们是为了便于检索电气线路，方便阅读分析而设置的。图区横向编号方向的“主轴电动机”、“刀架电动机”、“冷却电动机”等字样，表明它对应的下方元件或电路的功能，以利于理解全电路的工作原理。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（3）符号位置的索引。 在较复杂的电气原理图中，对继电器、接触器的线圈的文字符号下方要标注其触点位置的索引；而在触点文字符号下方标注其线圈位置的索引。接触器和继电器线圈与触点的从属关系，应用附图表示。即在原理图中相应线圈的下方，给出触点的图形符号，未使用的触点用“X”表明，有时也可采用省去触点图形

77、符号，而仅标注符号位置索引。符号位置的索引，用“部件代号/页次/图区编号”的组合索引法标注。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（4）电气原理图中技术数据的标注 电气元件的技术数据，除在电气元件明细表中表明外，有时也可用小号字体注明其在图形符号的旁边。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统3电器元件布置图的绘制 电器元件布置图主要是表明电气设备上所有电器元件的实际位置，为电气设备的安装及维修提供必要的资料。电器元件布置图可根据电气设备的复杂程度集中绘制或分别绘制。图中不需标注尺寸，但是各电器代号应与有关图纸和电器清单上所有的元器件代号相同，在图中往往留有1

78、0%以上的备用面积及导线管（槽）的位置，以供改进设计时用。电器元件布置图的绘制遵循以下原则。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（1）绘制电器元件布置图时，机床的轮廓线用细实线或点划线表示，电器元件均用粗实线绘制出简单的外形轮廓。（2）绘制电器元件布置图时，电动机要和被拖动的机械装置画在一起；行程开关应画在获取信息的地方；操作手柄应画在便于操作的地方。（3）绘制电器元件布置图时，各电器元件之间，上、下、左、右应保持一定的间距，并且应考虑器件的发热和散热因素，应便于布线、接线和检修。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统4电气安装接线图的绘制 电气安装接线图

79、主要用于电气设备的安装配线、线路检查、线路维修和故障处理。在图中要表示出各电气设备、电器元件之间的实际接线情况，并标注出外部接线所需的数据。在电气安装接线图中各电器元件的文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都必须与电气原理图一致。电气安装接线图的绘制应遵循以下原则。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统（1）绘制电气安装接线图时，各电器元件均按其在安装底板中的实际位置绘出。元件所占图面按实际尺寸以统一比例绘制。（2）绘制电气安装接线图时，一个元件的所有部件绘在一起，并用点划线框起来，有时将多个电器元件用点划线框起来，表示它们是安装在同一安装底板上的。第第7 7章章 数控机床电

80、气控制系统数控机床电气控制系统（3）绘制电气安装接线图时，安装底板内外的电器元件之间的连线通过接线端子板进行连接，安装底板上有几条接至外电路的引线，端子板上就应绘出几个线的接点。（4）绘制电气安装接线图时，走向相同的相邻导线可以绘成一股线。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统小结 数控机床是典型的机电一体化产品，除了CNC装置和伺服驱动装置之外，还必须有配套的电气控制电路和辅助功能控制逻辑。数控机床的电气控制电路包括主电路、控制电路、数控系统接口电路等几个部分，涉及低压电器元件、机床电气控制技术和数控系统接口等知识。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统

81、数控系统的辅助功能主要是刀具更换、冷却液开关、主轴启停、换向变速和零件装卸等以开关量顺序控制为主的动作，一般采用可编程控制器（PLC）实现。根据PLC与CNC装置之间的关系不同，分为内装型PLC和独立型PLC两种配置形式。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 数控系统中PLC的信息交换，就是以PLC为中心，在CNC、PLC和机床之间的信息传递。PLC通过信息交换，接受CNC的命令信息，实现辅助功能的控制；并把逻辑控制的结果信息，送回CNC装置，以同步零件程序的执行。CNC与PLC之间的信息交换可通过内部输入/输出端口进行，也可通过标志器、寄存器等来实现。第第7 7章章 数控

82、机床电气控制系统数控机床电气控制系统 在M、S、T功能的实现方式上，可采用开关量方式，即CNC将M、S、T代码以开关量方式送到PLC，然后由PLC进行译码、处理，控制执行元件动作；也可采用寄存器方式，即CNC将M代码送到PLC内部寄存器中，然后由PLC处理，控制有关执行元件动作。在PLC处理S功能时，需要限幅、D/A转换等；在PLC处理T功能时，需要刀号检索、刀库回转等控制。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统 当用简单的数控系统控制辅助动作比较简单的数控机床时，只需要用少量的接触器、继电器元件，配合数控系统接口逻辑，即可实现辅助动作的控制。当用功能比较完善的数控系统控制数

83、控机床时，需要在弄清CNC、PLC、机床三者之间的关系的基础上，合理设计数控机床电气控制电路，编制PLC控制程序，使CNC、PLC和数控机床三者共同构成一个有机整体，控制数控机床有条不紊地工作。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统习题77.1 数控系统中的PLC有哪几种配置形式？并简述其特点。7.2 数控系统中PLC信息交换的主要目的是什么？7.3 CNC与PLC之间、PLC和机床之间如何进行信息交换？7.4 M功能可分为几种动作类型？如何实现M功能？第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.5 简述随机换刀控制和固定换刀控制的特点。7.6 设I0.0I0

84、.3分别为4个刀位输入信号；I0.4为手动换刀按钮输入；反转夹紧时间2秒；Q0.0:刀架电机正转；Q0.1刀架电机反转；Q1.0Q1.3分别为4个刀位指示。用STEP7语言，画出4工位刀架手动换刀PLC程序梯形图。第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.7 独立型PLC外部接线如图，辅助功能M08/M09为冷却液开/停指令。用STEP7语言，画出冷却液电机控制的PLC程序梯形图。题7.7图 独立型PLC外部接线图 第第7 7章章 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.8 查阅资料，了解西门子802数控系统内置PLC资源配置情况，找出其特点，并简述在西门子802数控系统中PLC接口信息交换情况。7.9 查阅资料，了解FANUC 0i系列数控系统内置PLC资源配置情况，简述其PLC接口信息交换情况。