数控原理与系统数控机床电气控制系统学习教案

1、会计学1数控原理与系统数控机床数控原理与系统数控机床(sh kn j chun)电气控制系统电气控制系统第一页，共155页。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(d y din q)元件、机床电气控制技术和数控系统接口等知识。元件、机床电气控制技术和数控系统接口等知识。第1页/共155页第二页，共155页。第2页/共155页第三页，共155页。第3页/共155页第四页，共155页。24V+5VR24702.7KR15101

2、0KR3R4C1104至内部电路外部开关VD1-+至被控负载VD1+24VVD2V1V2-+（a）直流输入(shr)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(shr)/输出接口第4页/共155页第五页，共155页。第5页/共155页第六页，共155页。表7.1 基本(jbn)辅助功能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6页/共155页第七页，

3、共155页。第7页/共155页第八页，共155页。理方法也将不同。第8页/共155页第九页，共155页。第9页/共155页第十页，共155页。第10页/共155页第十一页，共155页。比较复杂，如果仍使用继电器比较复杂，如果仍使用继电器实现，则电路的设计实现，则电路的设计(shj)和和调试将比较困难，可靠性也差。调试将比较困难，可靠性也差。因此，多数数控机床都采用可因此，多数数控机床都采用可编程控制器（编程控制器（PLC）来完成辅）来完成辅助运动的控制。助运动的控制。第11页/共155页第十二页，共155页。7.2所示。第12页/共155页第十三页，共155页。DI/DO电路PLCCPU电路D

4、I/DO电路DI/DO电路CNC装置PLC装置操作面板强电电路MDI/CRT面板辅助动作换刀动作冷却开关图7.2 独立型PLC与CNC、数控机床之间的关系框图CNC计算机进给电动机主轴电动机进给单元主轴单元第13页/共155页第十四页，共155页。在64点以上，这时选用微型或小型PLC上即可。而对于大型数控生产线，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14页/共155页第十五页，共155页。第15页/共155页第十六页，共155页。PLCDI/DO电路CNC装置操

5、作面板强电电路MDI/CRT面板辅助动作换刀动作冷却开关图7.3 内装型PLC的CNC系统框图CNC计算机进给电动机主轴电动机进给单元主轴单元第16页/共155页第十七页，共155页。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，可靠性高，整体造价较低，具有较高的性能/价格比。第17页/共155页第十八页，共155页。CPU(CNC/PLC)PLCEPROM内部总线输出输入(a) PLC和CNC共用CPUCPU(CNC)PL

6、CEPROM内部总线输出输入CPU图7.4 内装型PLC逻辑结构图(b) PLC专用CPU第18页/共155页第十九页，共155页。第19页/共155页第二十页，共155页。MDI手动3手动2手动1回零编辑自动急停JBK-30型数控系统JBK-30T急停速度倍率功放连续暂停点动电源单段-Z+Z+X-X（a） 外观(wigun)结构 第20页/共155页第二十一页，共155页。电源Z电机X电机其它功能S、M功能T收信功能螺纹功能（b）后面(hu mian)板结构 图7.5 JBK-30型数控系统外部(wib)结构 第21页/共155页第二十二页，共155页。第22页/共155页第二十三页，共15

7、5页。第23页/共155页第二十四页，共155页。132电源PE220VC1765432ABCBAZ电机C1765432ABCBAX电机S1+24V空11098674111235213S.M.功能+24V+24V地M21M23M25M22M24M26+24V地171615141819292827263031202221252423+24V空+24V地323433373635S3S5S7S9S2S4S6S8S10M27M28+24V地备用备用备用备用备用备用+24V备用备用刀架反转T10+24V空X机械原点M06收信1716151418201922212524231109867411123521

8、3刀架正转+24V空+24V地+24V地换刀应答T20T30T50T70T40T60T80负超程正超程M21收信备用Z机械原点+24V地T.功COS+5V螺纹1200 SIN+5V地零脉冲图7.6 JBK-30型数控系统接口定义 第24页/共155页第二十五页，共155页。第25页/共155页第二十六页，共155页。主轴电机步进电机Z轴X+限位Z轴步进电机X-限位Z+限位Z-限位刀架电机主轴卡盘主轴编码器手动主轴变速箱变速手柄1变速手柄2冷却电机M1M3M2M4M5刀位检测开关G1T1,T2,T3,T4SQ1SQ2SQ3SQ4图7.7 CJK0630A数控车床机械传动

9、(j xi chun dn)图 第26页/共155页第二十七页，共155页。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、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(rgu)超过正负向限位，则产生报警。第27页/共155页第二十八页，共155页。第28页/共155页第二十九页，共155页。图7.8 CJK0630A数控车床电气(dinq)原理图 第29页/共155页第三十页，共155页。图7.9 CJK0630A数控车床CNC接口(ji ku)电路 第30页/共155页第三十一页，共155页。第31页/共155页第三十二

10、页，共155页。第32页/共155页第三十三页，共155页。第33页/共155页第三十四页，共155页。第34页/共155页第三十五页，共155页。(lngqu)泵停止运转。第35页/共155页第三十六页，共155页。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36页/共155页第三十七页，共155页。第37页/共155页第三十八页，共

11、155页。第38页/共155页第三十九页，共155页。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。还具有探针输入功能。第39页/共155页第四十页，共155页。I/O1、I/O2、I/O3三个I/O连接器，如图7.11所示。下面(xi mian)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40页

12、/共155页第四十一页，共155页。ZSPABCDEFXRMGYSHIFTCAPSHISNLKJQVPUOTWNINSCL=789/654302-1+.*F1F7F6F5F4F3F2OPMODERESET/ENTERRECALLDELETEX+5-Z-Y-X-Y+Z+4+5+4-STOP-+FEED%JOGX -0854.000Y 0123.550Z -0025.630V 5817.351FAGOR编辑键盘显示屏功能按键点动按键工作方式旋钮主轴控制按钮循环启停按钮图7.10 FAGOR 8025/8030数控系统外形(wi xn)结构第41页/共155页第四十二页，共155页。A6RS 232

13、RS 485A2A5A4A3A1I/O1I/O2电源插座接地端子锂电池模拟输出调节电位器I/O连接口3A保险管（a）不带PLC型 第42页/共155页第四十三页，共155页。A6RS 232RS 485A2A5A4A3A1I/O1I/O2电源插座接地端子锂电池模拟输出调节电位器I/O连接口3A保险管I/O3(b)内装PLC型 图7.11 FAGOR 8025/8030数控系统后面板(min bn)布局 第43页/共155页第四十四页，共155页。第44页/共155页第四十五页，共155页。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

14、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45页/共155页第四十六页，共155页。4th axis home swithX axis home swith3th axis home swithZ axis home swithDROCycle ONResetX EnableFeed HoldStopStartBlock SkipEmergency StopZ EnableThreading ONEmergencyM StrobeT StrobeS Strobe0V10V10Vfor thespindle drivefor Z axisservo

15、 drive10Vfor live tool10Vfor X axisservo driveCHASSIS+24VMST01MST80MST40MST20MST10MST08MST04MST020V0V0V0V11098674111235213171615141820192221272625242330292834333231373635（a） I/O1 第46页/共155页第四十七页，共155页。0VM10VCHASSIS+24V+24VJOGM12/第三轴使能11098674111235213171615141820192221252423M5M3M4M6M7M8M9M10M11/第四轴使

16、能M2M13/刀架旋转M14/G00M15/C轴使能10Vfor 3th axisservo drive0V10Vfor 4th axisservo drive0V(b) I/O2 图7.12 FAGOR 8025/8030数控系统I/O连接器 第47页/共155页第四十八页，共155页。第48页/共155页第四十九页，共155页。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ABA18674113521514正弦波AI0I0正弦波BBNCShield1091213+5VNC0VNC-5VABA18674113521514I11/I41I0I0NCBNC1091213NC0VNC-5

17、V+5VShieldBA18674352I090VProbe input5V TTL+5VShieldProbe input0VProbe input24V d.c.（a）A1A4插针排列 (b) A5插针排列 (c) A6插针排列 图7.13 编码(bin m)输入信号连接器第49页/共155页第五十页，共155页。列如图7.13(c)所示。第50页/共155页第五十一页，共155页。第51页/共155页第五十二页，共155页。图7.14 6150数控车床外形结构第52页/共155页第五十三页，共155页。第53页/共155页第五十四页，共155页。主轴电机伺服电机Z轴X+限位X轴伺服电机X

18、-限位X参考点Z+限位Z-限位Z参考点刀架电机液压卡盘主轴编码器液压顶尖变速手柄1冷却电机M2M4M3M6M7刀位检测开关G1T1,T2,T3,T4SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6YA2YA1YA3润滑电机M5图7.15 CK6150型数控车床传动系统示意图 第54页/共155页第五十五页，共155页。第55页/共155页第五十六页，共155页。润滑电机M5卡盘松开卡盘夹紧套筒退回套筒伸出YV3YV1YV1YV2YV4图7.16 CK6150型数控车床液压系统(xtng)原理图第56页/共155页第五十七页，共155页。第57页/共155页第五十八页，共155页。急停手轮SB1SB8点动左

19、连续左连续右液压停止液压启动NC停止NC启动冷却液开关超程解除SB8SB7SB3SB2SB6SB5SB4照明开关SA1SA2图7.17 CK6150型数控车床控制面板图 第58页/共155页第五十九页，共155页。第59页/共155页第六十页，共155页。第60页/共155页第六十一页，共155页。第61页/共155页第六十二页，共155页。第62页/共155页第六十三页，共155页。第63页/共155页第六十四页，共155页。第64页/共155页第六十五页，共155页。图7.18 CK6150型数控车床主电路(dinl)原理图第65页/共155页第六十六页，共155页。第66页/共155页第

20、六十七页，共155页。图7.19 CK6150型数控车床CNC接口(ji ku)和控制电路原理图第67页/共155页第六十八页，共155页。第68页/共155页第六十九页，共155页。第69页/共155页第七十页，共155页。第70页/共155页第七十一页，共155页。第71页/共155页第七十二页，共155页。第72页/共155页第七十三页，共155页。图7.20 CK6150型数控车床PLC控制电路原理图第73页/共155页第七十四页，共155页。第74页/共155页第七十五页，共155页。第75页/共155页第七十六页，共155页。第76页/共155页第七十七页，共155页。夹紧、X轴超

21、程、Z轴超程和尾座顶紧的指示。PLC的继电器输出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(bo jng)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77页/共155页第七十八页，共155页。第78页/共155页第七十九页，共155页。（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79页/共155页第八十页，共155页。图7.21 数控车床PLC控制(kngzh)主程

22、序梯形图 第80页/共155页第八十一页，共155页。第81页/共155页第八十二页，共155页。图7.22 数控车床液压卡盘、液压尾座控制(kngzh)PLC子程序梯形图 第82页/共155页第八十三页，共155页。时(tngsh)解除Q1.0，尾座连续退回。第83页/共155页第八十四页，共155页。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84页/共155页第八十五页，共155页。图7.23 数

23、控车床冷却(lngqu)和润滑控制PLC子程序梯形图 第85页/共155页第八十六页，共155页。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86页/共155页第八十七页，共155页。图7.24 数控车床换刀控制(kngzh)PLC子程序梯形图第87页/共155页第八十八页，共155页。第88页/共155页第八十九页，共155页。图7.25

24、 数控车床主轴(zhzhu)控制PLC子程序梯形图第89页/共155页第九十页，共155页。第90页/共155页第九十一页，共155页。图7.26 数控车床急停、进给保持(boch)控制PLC子程序梯形图 第91页/共155页第九十二页，共155页。第92页/共155页第九十三页，共155页。第93页/共155页第九十四页，共155页。第94页/共155页第九十五页，共155页。第95页/共155页第九十六页，共155页。第96页/共155页第九十七页，共155页。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(linji)如图7.27所示。其中输入信号I42I104是CNCPL

25、C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97页/共155页第九十八页，共155页。第98页/共155页第九十九页，共155页。图7.27第99页/共155页第一百页，共155页。第100页/共155页第一百零一页，共155页。第101页/共155页第一百零二页，共155页。表7.2 PLC内部开关量输入(shr)信号第102页/共155页第一百零三页，共155页。第103页/共155页第一百零四页，共155页。表7.3 PLC内部开关量输出(shch)信号 第104页/共15

26、5页第一百零五页，共155页。第105页/共155页第一百零六页，共155页。第106页/共155页第一百零七页，共155页。第107页/共155页第一百零八页，共155页。第108页/共155页第一百零九页，共155页。第109页/共155页第一百一十页，共155页。第110页/共155页第一百一十一页，共155页。第111页/共155页第一百一十二页，共155页。第112页/共155页第一百一十三页，共155页。表7.4 标志(biozh)器与寄存器之间的对应关系 第113页/共155页第一百一十四页，共155页。第114页/共155页第一百一十五页，共155页。第115页/共155页第一

27、百一十六页，共155页。表7.5 M、S、T功能与寄存器之间的对应(duyng)关系 第116页/共155页第一百一十七页，共155页。第117页/共155页第一百一十八页，共155页。第118页/共155页第一百一十九页，共155页。第119页/共155页第一百二十页，共155页。第120页/共155页第一百二十一页，共155页。第121页/共155页第一百二十二页，共155页。第122页/共155页第一百二十三页，共155页。第123页/共155页第一百二十四页，共155页。图7.28 S功能(gngnng)处理框图 CNC装置电平转换译S代码数据转换进制转换限幅处理PLC主轴控制系统D/A转换第124页/共155页第一百二十五页，共155页。第125页/共155页第一百二十六页，共155页。第126页/共155页第一百二十七页，共155页。第127页/共155页第一百二十八页，共155页。图7.29 T功能处理(chl)框图 CNC装置电平转换译T代码刀号检