第2章数控机床电气控制基础

1、广东省科学技术职业技术学院广东省科学技术职业技术学院 帅旗帅旗本章主要介绍数控机床的发展过程和趋势，本章主要介绍数控机床的发展过程和趋势，数控机床的基本概念，数控机床的组成、数控机床的基本概念，数控机床的组成、工作原理及分类，数控加工的特点。工作原理及分类，数控加工的特点。重点掌握数控机床的组成及工作原理；点重点掌握数控机床的组成及工作原理；点位控制、点位直线控制、轮廓控制数控机位控制、点位直线控制、轮廓控制数控机床的特点。床的特点。项目项目1 数控机床电气控制及基本回路数控机床电气控制及基本回路项目项目2 数控机床用可编程控制器数控机床用可编程控制器项目项目3 步进电机驱动装置步进电机驱动装

2、置项目项目4 直流伺服驱动装置直流伺服驱动装置项目项目5 交流伺服驱动装置交流伺服驱动装置项目项目6 数控机床主轴驱动装置数控机床主轴驱动装置项目九项目九 数控机床典型驱动装置及接口技术数控机床典型驱动装置及接口技术一、数控机床常用控制电器简介一、数控机床常用控制电器简介1主电路中常用低压电器主电路中常用低压电器（1）熔断器）熔断器 （2）低压断路器）低压断路器（3）接触器）接触器（4）热继电器）热继电器 瓷插式熔断器瓷插式熔断器熔断器有填料式熔断器有填料式熔断器第五节 熔断器熔断器系统DC24V输入电路的熔断器。(7.5A)。发那科熔断器太贵，最好自作一个采用玻璃管熔断器，从原来发那科保险焊

3、出两根线替代。万能式低压断路器结构图万能式低压断路器结构图1.天弧罩2.开关本体3.抽屉座4.合闸按钮5.分闸按钮6.智能脱扣器7.摇匀柄插入位置8. 连接/试验/分离指示1.天弧罩2.开关本体3.抽屉座4.合闸按钮5.分闸按钮6.智能脱扣器7.摇匀柄插入位置8. 连接/试验/分离指示12345671-主触头2-自由脱扣器3-过电流脱扣器4-分励脱扣器5-热脱扣器 6-失压脱扣器 7-按钮12345671-主触头2-自由脱扣器3-过电流脱扣器4-分励脱扣器5-热脱扣器 6-失压脱扣器 7-按钮塑壳式低压断路器原理图塑壳式低压断路器原理图1主触头2自由脱扣器 3过电流脱扣器 4分励脱扣器5热脱扣

4、器6失压脱扣器 7按钮一、刀开关1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）v 作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。v 结构图和符号 ： QS触头系统：主触头、辅助触头 常开触头（动合触头） 常闭触头（动断触头）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧 灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧接触器1 1结构结构 一、交流接触器一、交流接触器 接触器交流接触器结构图交流接触器结构图主触头常闭辅助触头常开辅助触头静铁心动铁心吸引线圈灭弧装置用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。结构：电磁机构、触头

5、系统和灭弧装置。工作原理：与交流接触器基本相同。工作原理：与交流接触器基本相同。二、直流接触器二、直流接触器 额定电压额定电压 交流接触器： 127、220、380、500V 直流接触器： 110、220、440V 交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A 直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A 额定电流额定电流 吸引线圈额定电压吸引线圈额定电压交流接触器：36、110（127）、220、380V 直流接触器：24、48、220、440V 四、接触器的主要技术指标四、接触器的主要技术指标 v作用：控制、放大、联锁、保护和调节v分

6、类：按用途分 ：控制和保护继电器 按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、 机械式 按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力按动作时间分：瞬时、延时继电器 v 特点：额定电流不大于5A继电器继电器热继电器结构示意图作用：电动机的过载保护利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作利用电阻值随温度变化而变化的特性制成利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作热继电器热继电器型式：双金属片式 热敏电阻式易熔合金式结构：由发热元件、双金属 片和触头及动作机构 等部分组成 。一、电流继电器一、电流继电器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。 分类：过电流继电器、欠电流继电器过流电流继电器

7、欠流电流继电器1.底座 2.反力弹簧 3、4.调节螺钉 5.非磁性垫片6.衔铁 7.铁芯 8.极靴 9.电磁线圈 10.触点系统电电磁磁式式继继电电器器结结构构图图1.底座 2.反力弹簧 3、4.调节螺钉 5.非磁性垫片6.衔铁 7.铁芯 8.极靴 9.电磁线圈 10.触点系统电电磁磁式式继继电电器器结结构构图图欠电流继电器KAI I KAKAKA一、电流继电器一、电流继电器继电器继电器如果线圈在额定电流下工作时街铁释如果线圈在额定电流下工作时街铁释放，当电流超过某个额定值时街铁吸合，放，当电流超过某个额定值时街铁吸合，这样的继电器称为这样的继电器称为过电流继电器过电流继电器。若线圈。若线圈在

8、额定条件下工作时街铁吸合，只有当电在额定条件下工作时街铁吸合，只有当电流低于某个额定值时衔铁才释放的继电器流低于某个额定值时衔铁才释放的继电器称为称为欠电流继电器欠电流继电器。正常电流时欠电流继。正常电流时欠电流继电器的衔铁是被吸合的，而过电流继电器电器的衔铁是被吸合的，而过电流继电器的衔铁则处于释放状态。的衔铁则处于释放状态。 它是在输入电路内电流的作用下，由机械部件的相对运动产生预定响应的一种继电器。包括直流电磁继电器、交流电磁继电器等、空气阻尼时间继电器空气阻尼时间继电器作用：按整定时间长短通断电路作用：按整定时间长短通断电路分类：分类：按构成原理分：电磁式按构成原理分：电磁式 电动式电

9、动式 空气阻尼式空气阻尼式 晶体管式晶体管式 数字式数字式按延时方式分：通电延时型按延时方式分：通电延时型 断电延时型断电延时型 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (a) (a) 线圈一般符号线圈一般符号 (b) (b) 通电延时线圈通电延时线圈 (c) (c) 断电延时线圈断电延时线圈 (d) (d) 通电延时闭通电延时闭合动合（常开）触点合动合（常开）触点 (e) (e) 通电延时断开动断（常闭）触点通电延时断开动断（常闭）触点 （f f）断电延时断）断电延时断开动合（常开）触点开动合（常开）触点 （g g）断电延时闭合动断（常闭）触点（）断电延时闭合动断（常

10、闭）触点（h h）瞬动触点）瞬动触点 时间继电器时间继电器符号符号v作用：发送控制命令或信号的电器 v分类：控制按钮 万能转换开关 主令控制器 行程开关 接近开关主令电器控制按钮控制按钮万能转换开关万能转换开关第六节 主令电器一、输入元件1.控制开关（按钮、） 用于主轴、冷却、润滑及换刀等控制的按钮，这些按钮往往内装有信号灯，一般绿色用于起动，红色用于停止。用于程序保护，钥匙插入方可旋转换作的旋钮式可锁开关。用于紧急停止，装有突出蘑菇形钮帽的红色紧停开关。用于坐标轴选择、工作方式选择和倍率选择等，手动旋转操作的转换开关。在数控车床中，用于控制卡盘夹紧、放松，尾架顶尖前进、后退的脚踏开关等。 行

11、程开关行程开关行程开关 行程开关又称限位开关，它将机械位移转变为电信号，以控制机械运行程开关又称限位开关，它将机械位移转变为电信号，以控制机械运动。按结构可分为直动式、滚动式和微动式。动。按结构可分为直动式、滚动式和微动式。滚动式行程开关a)结构示意图 b)外形图1一滚轮2一上转臂 3一盘形弹篱4一推扦5滚轮6擒纵件7一弹簧(1) 8一动断触点 9-动合触点 l0一动触点11一压缩 弹簧 12一弹簧(2) 这是一种在一定的距离这是一种在一定的距离(几毫米至十几毫米几毫米至十几毫米)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

12、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。具有灵负载能力，可直接驱动继电器工作。具有灵敏度高、频率响应快、重复定位精度高、工敏度高、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作稳定可靠及使用寿命长等优点 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。振时，金属体产生涡流，吸收了振荡器的能量，使

13、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。测位置的目的。 图电感式接近开关 a)外形图 b)位置检测示意图 c)接近开关图形符号 l-测头 2-纹 3螺母4指示灯 5一信号输出及电源电缆6一运动部件 7-感应块 8一电感式接近开关 9安装支架 10-轮轴感应盘电式接近开关图所示的光电式接近开关是一种遮断型的光电开关，又称光图所示的光电式接近开关是一种遮断型的光电开关，又称光电断续器。当被测物电断续器。当被测物4从发射器从发射器I和接收器和接收器3中间槽通过时，中间槽通过时，红外光

14、束红外光束2被遮断，接收器接收不到红外线，而产生一个电被遮断，接收器接收不到红外线，而产生一个电脉冲信号。脉冲信号。 图光电式接近开关a)光电断续器外形及结构 b)遮断型光电开关外形 c)反射型光电开关外形及结构 1发光二极管 2一红外光 3一光敏元件4一被测物 5一发射器 6一接收器霍尔式接近开关 霍尔式接近开关是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器和OC门等电路做在同个芯片上的集成电路，因此，有时称霍尔式接近开关为霍尔集成电路。刀位信号是靠霍尔式接近开关和磁铁的检测获得的，刀架定轴上端装有4个霍尔接近开关，分别为4个刀位的位置，当刀台旋转时，带动磁铁一起旋转，到达规定刀位时，通过霍尔

15、接近开关输出到位信号。如果某个刀位上的霍尔接近开关断路或损坏，就会造成刀台定位时不到位或过冲太大的现象。 1-罩壳 2-定轴 3-霍尔集成电路 4-磁钢 5-刀台 6-刀架座（1）机床变压器）机床变压器 （2）直流稳压电源）直流稳压电源一一.电子装置中对直流电源的要求电子装置中对直流电源的要求要求：要求：是直流电源的稳定性好是直流电源的稳定性好影响因素：影响因素：电网电压的变化电网电压的变化负载的变化负载的变化二二.直流稳压电源系统的组成直流稳压电源系统的组成.小功率直流稳压系统由电源变压器，整流电路，滤波小功率直流稳压系统由电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路组成电路，稳压电路组成一一.

16、稳压电路及稳压原理稳压电路及稳压原理1.硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路220V50Hz(c)U2V1V2V3V4RL桥式整流桥式整流C(a)CL(b)C2R(c)C1 常用滤波电路常用滤波电路(a)电容滤波；电容滤波；(b)电感电容电感电容型滤波；型滤波；(c)电阻电容电阻电容型滤波型滤波1自锁控制回路自锁控制回路2互锁控制回路互锁控制回路3顺序控制回路顺序控制回路4.自动循环控制回路自动循环控制回路5点动与长动控制回路点动与长动控制回路6联合控制与分别控制回路联合控制与分别控制回路工作原理工作原理接触器联锁正反转控制电路接触器联锁正反转控制电路工作台自动往返控制工作台自动往返控制1异步电动

17、机典型控制回路异步电动机典型控制回路（1）异步电动机降压启动控制回路）异步电动机降压启动控制回路 （2）异步电动机的正反转控制回路）异步电动机的正反转控制回路 （3）异步电动机的制动控制回路）异步电动机的制动控制回路 2直流电动机典型控制控制回路直流电动机典型控制控制回路（1）直流电动机单向运转启动控制回路）直流电动机单向运转启动控制回路（2）直流电动机正反转控制回路）直流电动机正反转控制回路（3）直流电动机制动控制回路）直流电动机制动控制回路三相异步电动机星型接法 三相异步电动机三角型接法 iBiCiNiAN AZBZCZ三相交流三相交流电动机电动机ABCAUBUCUN各负载的相电压等于电源

18、的相电压各负载的相电压等于电源的相电压iCABCiBiAiCAiBCiAB +uAB +uBC +uCAABZBCZCAZ线、相电压线、相电压对应对应相等相等负载线、相电压之间的关系负载线、相电压之间的关系pCABCABUUUUUl 异步电动机降压启动控制回路异步电动机降压启动控制回路合上电源开关合上电源开关按下按钮按下按钮SB2KM1、KT线圈通电线圈通电M串电阻降压启动串电阻降压启动KT延时延时KM2线圈通电，线圈通电，KM1、KT线圈断电线圈断电M全压运行全压运行Y降压启动控制降压启动控制1.单向反接制动的控制单向反接制动的控制反接制动控制电气原理图：电气原理图：速度继电器速度继电器 关

19、键是电动机电源相序的改变，且当转速下降接近关键是电动机电源相序的改变，且当转速下降接近于零时，能自动将电源切除。于零时，能自动将电源切除。 单向运转启动控制串二级电阻按时间原则启动控制串二级电阻按时间原则启动控制工作原理：工作原理：合上合上Q1Q1和和Q2Q2KT1KT1通电通电KT1KT1常闭常闭触点断开触点断开切断切断KM2KM2、KM3KM3电路电路按下按钮按下按钮SB2SB2KM1KM1通电通电KM1ZKM1Z主触主触点闭合点闭合M M串电阻串电阻启动启动KM1KM1常开常开触点闭合触点闭合自锁自锁KT1KT1断电断电延时延时KM2KM2通电通电短接短接R1R1KT2KT2断电断电延时

20、延时短接短接R2R2 M M全压运行全压运行直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通,不能不能让它断开让它断开,而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：的剩磁，可能产生事故：(3)如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭受严重的机械损伤，而且因电受严重的机械损伤，而且因电电流过大而将绕组电流过大而将绕组烧坏。烧坏。1、单向运转启动控制串二级电阻按时间原则启动控制串二级电阻按时间原则启动控制电气原理图：电气原理图：过电流过电流继电器继电器欠电流

21、欠电流继电器继电器电枢绕组电枢绕组励磁绕组励磁绕组断电延时时断电延时时间继电器间继电器放电电阻放电电阻启动启动接触器接触器短接电阻短接电阻接触器接触器启动电阻启动电阻改变直流电动机转动方向：改变直流电动机转动方向：直流电动机的转动方向：直流电动机的转动方向：二、直流电动机正反转控制取决于电磁转矩取决于电磁转矩M=M=CMICMI的方向的方向改变电枢两端电压的方向改变电枢两端电压的方向改变励磁电流的方向改变励磁电流的方向电气原理图电气原理图二、直流电动机正反转控制短路保护短路保护反转反转接触器接触器正转正转接触器接触器短接电阻短接电阻接触器接触器1数控铣床电气控制线路数控铣床电气控制线路X25K

22、型铣床电气控制（1）电源线路分析）电源线路分析（2）主轴及）主轴及X、Y、Z轴伺服驱轴伺服驱动控制线路分析动控制线路分析2数控车床电气控制线路数控车床电气控制线路 机床电气控制系统分析机床电气控制系统分析 C650型普通车床的电气控制系统电路如图所示。 图 C650车床控制电路1.系统上电后，系统没有反应，电源不能接通：原因： 1）外部电源没有提供，缺相或外部形成了短路 2）电源的保护装置跳闸形成了电源开路 3）PLC的地址错误或者互锁装置使电源不能正常接通 4）系统上电按钮接触不良或脱落 5）元气件的损坏引起的故障 （熔断器熔断、浪涌吸收器的短路等）2.电源模块故障分析：原因：1）整流桥损坏

23、引起电源短路2）续流二极管损坏引起的短路3）电源模块外部电源短路4）滤波电容损坏引起的故障5）供电电源功率不足使电源模块不能正常工作3.强电部分接通后，马上跳闸 原因1：机床设计时选择的空气开关容量过小，或空气开关的电流选择拨码开关选择了一个较小的电流原因2：机床上使用了较大功率的变频器或伺服驱动，并且在变频器或伺服驱动的电源进线前没有使用隔离变压器或电感器，变频器或伺服驱动在上强电时电流有较大的波动，超过了空气开关的限定电流，引起跳闸。数控机床的控制除了对坐标轴的进给进行位置伺数控机床的控制除了对坐标轴的进给进行位置伺服控制外，还需要对机床的主轴、刀具和各种开服控制外，还需要对机床的主轴、刀

24、具和各种开关信号进行控制。如主轴的正、反转，起动和停关信号进行控制。如主轴的正、反转，起动和停止，刀具交换，工件夹紧、松开，工作台交换以止，刀具交换，工件夹紧、松开，工作台交换以及切削液的开、关和润滑系统的启动等进行顺序及切削液的开、关和润滑系统的启动等进行顺序控制。顺序控制的信息主要是开关量信号，如控控制。顺序控制的信息主要是开关量信号，如控制开关、行程开关、压力开关和温度开关等输入制开关、行程开关、压力开关和温度开关等输入元件输入的信号和继电器、接触器、电磁阀等输元件输入的信号和继电器、接触器、电磁阀等输出元件所需要的输出信号。在数控机床上用可编出元件所需要的输出信号。在数控机床上用可编程

25、控制器完成这一控制任务。程控制器完成这一控制任务。 FANUC Oi系统系统PMC的性能和规格的性能和规格1基本结构基本结构可编程控制器种类繁多，但基本结构结构可编程控制器种类繁多，但基本结构结构和工作原理基本相同。如图和工作原理基本相同。如图2-33所示，可所示，可编程控制器编程控制器PLC的基本结构有中央处理单的基本结构有中央处理单元元(CPU)，存储器、，存储器、IO接口，电源，扩接口，电源，扩展接口，通信接口，编程工具，智能展接口，通信接口，编程工具，智能IO接口等组成。接口等组成。图 2-33用户程序通过编程器输入到用户存储器，用户程序通过编程器输入到用户存储器，CPU对用户程对用户

26、程序循环扫描并顺序执行，这是序循环扫描并顺序执行，这是PLC的基本工作原理。的基本工作原理。所谓扫描与顺序执行是指，只要所谓扫描与顺序执行是指，只要PLC接通接通电源，电源，CPU就对用户存储器的程序进行扫就对用户存储器的程序进行扫描，即从第一条用户程序开始顺序执行，描，即从第一条用户程序开始顺序执行，直到用户程序最后一条，形成一个扫描周直到用户程序最后一条，形成一个扫描周期，周而复始。用梯形图形象地说就是从期，周而复始。用梯形图形象地说就是从上至下，从左至右，逐行扫描执行梯形图上至下，从左至右，逐行扫描执行梯形图所描述的逻辑功能。所描述的逻辑功能。PLC对用户程序的扫描执行过程可分为三个阶段

27、，即输对用户程序的扫描执行过程可分为三个阶段，即输入采样、程序执行和输出刷新，如图入采样、程序执行和输出刷新，如图2-36所示。所示。图 2-361类型类型数控机床中所用的数控机床中所用的PLC可分为两类：可分为两类：一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制造一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制造的内装型的内装型PLC；另一类是那些输入输出技术规范，输入输出点另一类是那些输入输出技术规范，输入输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床控制要求的独立型满足数控机床控制要求的独立型PLC。 （1）内装型）内装型PLC 内装型内装型PLC从属于

28、从属于CNC装置，装置，PLC与与CNC之间之间信号传送在信号传送在CNC装置内部就可完成，而装置内部就可完成，而PLC与机床侧的信息传送则与机床侧的信息传送则要通过输入输出接口来完成。要通过输入输出接口来完成。（2）独立型）独立型PLC 独立型独立型PLC又称通用型又称通用型PLC。独立型。独立型PLC独立于独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件，能独立完成规定控制任务的装装置，具有完备的硬件和软件，能独立完成规定控制任务的装置。置。图为内装式图为内装式PLC输入输入/输出信息示意图输出信息示意图 项目四 可编程控制器及接口技术2. 2. 独立型独立型PLC PLC CNC输输入入/输输出出

29、电电路路输输入入/输输出出电电路路PLC输输入入/输输出出电电路路PLC装置装置CNC装置装置机床电器柜机床电器柜位置检测位置检测CRT/MDI面板面板机床操作面板机床操作面板强电、气动、强电、气动、液压控制电路液压控制电路刀库伺服单元刀库伺服单元主轴伺服单元主轴伺服单元进给伺服单元进给伺服单元CNC 机床I/O接口PLCCNC 接口 机床CNC PLCI/O接口PLCn根线m根线m根线m+n个点一根电缆线 M个点，易于维护，成本低 CNC系统数 控 装 置可编程控制器操作面板主轴控制辅助动作换刀动作冷却排屑.二、数控机床PLC的功能1.机床操作面板控制 将机床操作面板上的控制信号直接送入PL

30、C，以控制数控系统的运行。 2.机床外部开关输入信号控制 将机床侧的开关信号送人PLC，经逻辑运算后，输出给控制对象。这些控制开关包括各类控制开关、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输出的信号经强电柜中的继电器、接触器，通过机床侧的液压或气动电磁阎，对刀库、机械手和回转工作台等装置进行控制，另外还对冷却来电动机、润滑泵电动机及电磁制动器等进行控制。4.伺服控制（主轴和伺服驱动装置的使能控制） 控制主轴和伺服进给驱动装置的使能信号，以满足伺服驱动的条件，通过驱动装置，驱动主轴电动机、伺服进给电动机和刀库电动机等。5.报警处理控制 PLC收集强电柜、机床测和伺服驱动

31、装置的故障信号，将报警标志区中的相应报答标志位置位，数控系统便显示报警号及报警文本以方便故障诊断。6.转换控制 有些加工中心的主轴可以立/卧转换，当进行立/卧转换时，PLC完成下述工作：切换主轴控制接触器。通过PLC的内部功能，在线自动修改有关机床数据位。切换伺服系统进给模块，并切换用于坐标轴控制的各种开关、按键等。如图如图2-40所示为所示为FANUC系统系统PLC与外部的信息交与外部的信息交换流程图。换流程图。X信号为机床到信号为机床到PLC的信号；的信号；Y为为PLC到机床的信号；到机床的信号；G为为PLC到到CNC系统的信号；系统的信号；F为为CNC系统到系统到PLC的信号。的信号。（

32、1）机床至）机床至PLC（MTPLC） （2）PLC至机床（至机床（PLCMT） （3）CNC至至PLC（CNCPLC） （4）PLC至至CNC （PLCCNC） PLC是最基本的逻辑控制，机床叫的是最基本的逻辑控制，机床叫的PLC叫叫PMC，M就是就是MACHINE，他体现出了区别，首先，他体现出了区别，首先PLC 对外只有对外只有INPUT,OUTPUT的概念，而的概念，而PMC增加了与数控系统的专增加了与数控系统的专用接口用接口,FANUC用用F和和G地址来区分，地址来区分，SIEMENS用用DB来来区分，比如主轴旋转指令，区分，比如主轴旋转指令，PLC处理时先有主轴旋转指处理时先有主轴

33、旋转指令输入信号，然后根据逻辑要求处理完后直接输出由外令输入信号，然后根据逻辑要求处理完后直接输出由外围设备直接执行，而围设备直接执行，而PMC有输入信号后，有可能要先传有输入信号后，有可能要先传送到送到PMC处理互锁信号（如卡盘夹紧，刀具锁紧，防护处理互锁信号（如卡盘夹紧，刀具锁紧，防护门关闭）然后门关闭）然后PMC再将处理结果传送到数控系统专用地再将处理结果传送到数控系统专用地址，然后数控系统将指令发给伺服系统执行，数控系统址，然后数控系统将指令发给伺服系统执行，数控系统如果执行或没有执行都要将信号在传送给如果执行或没有执行都要将信号在传送给PMC，PMC再再处理相应输出。处理相应输出。F

34、ANUC的的PMC是属于专用的是属于专用的PLC，地址，地址有详细的划分，不能独立出来使用。有详细的划分，不能独立出来使用。SIEMENS的的PLC是是以标准以标准S7-300为基础的，他将一些必要的动作已经编辑为基础的，他将一些必要的动作已经编辑好了标准功能块，如好了标准功能块，如FC8是刀具管理，是刀具管理，FC9同步子程序控同步子程序控制。制。FC13手轮单元控制，手轮单元控制，FC15是是PMC控制轴定位等等控制轴定位等等功能。功能。 FANUC的报警可以分成两大类。一类我们可以称之为的报警可以分成两大类。一类我们可以称之为内部报警。它主要是内部报警。它主要是 FANUC 系统根据它所

35、控制的对系统根据它所控制的对象，如：伺服放大器、串行主轴放大器、象，如：伺服放大器、串行主轴放大器、NC本体等的本体等的运行状态来产生相应的报警文本。这类报警是系统本运行状态来产生相应的报警文本。这类报警是系统本身所固有的。另一类我们可以称之为外部报警，它主身所固有的。另一类我们可以称之为外部报警，它主要机床厂针对所设计的机床外围的不减的运行状态通要机床厂针对所设计的机床外围的不减的运行状态通过过I/O单元来产生相应的报警文本。单元来产生相应的报警文本。 外部报警根据报警序号的排列可以分三种外部报警根据报警序号的排列可以分三种., 1)10001999：此类报警会中断当前的操作，同时将报：此类

36、报警会中断当前的操作，同时将报警文本显示在系统的报警画面。警文本显示在系统的报警画面。 2)20002999：此类报警不会中断当前操作，同时将报：此类报警不会中断当前操作，同时将报警文本显示在系统的操作信息画面。此类报警可以用警文本显示在系统的操作信息画面。此类报警可以用来做机床的相关的警告和操作提示。来做机床的相关的警告和操作提示。 3)30003200：宏程序报警。机床厂可以根据一些加工：宏程序报警。机床厂可以根据一些加工中产生的机床状态，在执行专用宏程序当中通过专用中产生的机床状态，在执行专用宏程序当中通过专用语句产生相应的报警提示，同时中断当前的操作。语句产生相应的报警提示，同时中断当

37、前的操作。对于前两种的报警信息是通过对于前两种的报警信息是通过PMC中报警寄存器中报警寄存器A来来启动的，因此在维修过程中如果发生相应的报警，我启动的，因此在维修过程中如果发生相应的报警，我们可以通过查找具体的报警寄存器回路来分析故障原们可以通过查找具体的报警寄存器回路来分析故障原因。因。 X1000.2为过载常闭开关（如热保护等） 发生过载时，X1000.2断开，则X1000.2常闭点为 延时5秒仍断开，此时R50.0得电，则A0.1得电为1，显示A0.1对应的报警信息。功能指令都是一些子程序，应用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。就是调用相应的子程序。FAN

38、UC-PLC的的功能指令数目视型号不同而不同，其中功能指令数目视型号不同而不同，其中PMC-L为为35条，条，PMC-SA3为为66条。条。功能指令的格式如图功能指令的格式如图2-46所示。包括控制所示。包括控制条件、指令标号、参数和输出几个部分。条件、指令标号、参数和输出几个部分。No指令处 理 内 容1RD读出给定信号状态，并写入ST0 位。在梯级开始编码的接点是 时使用。2RD. NOT将信号的“非”状态读出，送入ST0 位，在梯级开始编码的接点是 时使用。3WRT将运算结果（ST0的状态）写入（输出）到指定的地址单元。4WRT. NOT将运算结果（ST0的状态）的“非”状态写入（输出）

39、到指定的地址单元。5AND执行逻辑“与”6AND NOT以指定地址信号的“非”状态执行逻辑“与”7OR执行逻辑“或”8OR. NOT以指定地址信号的“非”状态执行逻辑“或”9RD. STKST0的内容左移到ST1，并将指定地址信号写入ST0，当接点是 时使用10RD.NOT.STK处理内容同上，只是指定信号为“非”状态，即当接点是 时使用11AND. STK将ST0 和ST1 的内容相“与”，结果存于ST0，堆栈寄存器的内容右移一位12OR. STK处理内容同上，只是执行的是“非”操作 FANUC系统系统 PMC的功能指令的功能指令 定时器指令（定时器指令（TMRTMR、TMRBTMRB） 可

40、变定时器可变定时器TMR:TMR指令的定时时间可通过指令的定时时间可通过PMC参数进参数进行更改。行更改。 固定定时器固定定时器TMR:TMRB的设定时间编在梯形图中，在指令的设定时间编在梯形图中，在指令和定时器号的后面加上一项参数预设定时间，与顺序程序和定时器号的后面加上一项参数预设定时间，与顺序程序一起被写入一起被写入FROM中，所以定时器的时间不能用中，所以定时器的时间不能用PMC参数参数改写。改写。 FANUC系统系统 PMC的功能指令的功能指令 3.3.计数器指令（计数器指令（CTR） 计数器主要功能是进行计数，可以是加计数，也可以是减计数。计数器主要功能是进行计数，可以是加计数，也

41、可以是减计数。计数器的预置值形式是计数器的预置值形式是BCDBCD代码还是二进制代码形式由代码还是二进制代码形式由PMCPMC的参的参数设定（一般为二进制代码）。数设定（一般为二进制代码）。 FANUC系统系统 PMC的功能指令的功能指令 8.8.旋转指令（旋转指令（ROT、ROTB） 此指令用来判别回转体的下一步旋转方向。此指令用来判别回转体的下一步旋转方向。 计算出回转体从当前位置到目标位置的步数。计算出回转体从当前位置到目标位置的步数。 计算出回转体从当前位置到计算出回转体从当前位置到(目前刀库上处于换刀位置的刀套号目前刀库上处于换刀位置的刀套号)目标位置目标位置(在加工程在加工程序中要

42、换的刀具所在的刀套号序中要换的刀具所在的刀套号 )前一位置的位置数。前一位置的位置数。指定起始位置数：指定起始位置数： RNO=0,旋转起始位置为旋转起始位置为0 RNO=1, 旋转起始位置为旋转起始位置为1指定要处理数据的位数：指定要处理数据的位数：BYT=0,指定两位指定两位BCD码码 BYT=1,指定四位指定四位BCD码码选择最短路径的选择方向：选择最短路径的选择方向：DIR=0,不选择按正向不选择按正向 DIR=1，选择最短路径，选择最短路径指定操作条件：指定操作条件：POS=0,计算现在位置与目标位置的步距数计算现在位置与目标位置的步距数 POS=1,计算现在位置与目标位置的前一个位

43、置的步距数计算现在位置与目标位置的前一个位置的步距数指定位置或步距数：指定位置或步距数：INC=0, 计算目标位置号（表内号）计算目标位置号（表内号） INC=1, 计算到达目标位置步数计算到达目标位置步数控制条件：控制条件：ACT=0,不执行不执行ROT指令，指令，W1不变化不变化 ACT=1.执行执行ROT指令，并有旋转方向给出指令，并有旋转方向给出旋转方向输出旋转方向输出:选用最短路径方式中有旋转方向控制信号，该信选用最短路径方式中有旋转方向控制信号，该信号输出到号输出到W1 W1=0,旋转方向为正（旋转方向为正（FOR） W1=1,旋转方向为负（旋转方向为负（REV） 所谓正转是指转子

44、的位置数递增所谓正转是指转子的位置数递增 所谓反转是指转子的位置数递减所谓反转是指转子的位置数递减1.DSCH指令指令(找刀套或称为找刀座找刀套或称为找刀座)数据表容量应数据表容量应 数据表开头地址数据表开头地址 存放要选的刀的刀号存放要选的刀的刀号存放的要选的刀所在的刀套号存放的要选的刀所在的刀套号 1.COIN1.COIN指令（一致性检测指令）（判别指令）：此指令用来检查参考值与指令（一致性检测指令）（判别指令）：此指令用来检查参考值与比较值是否一致，可用于检查刀库，转台等旋转体是否到达目标位置等。比较值是否一致，可用于检查刀库，转台等旋转体是否到达目标位置等。如果两者相等，说明刀套已经在

45、换刀侧如果两者相等，说明刀套已经在换刀侧 宏程序中最重要的概念：宏程序中最重要的概念： 由由G设定设定#1000-#1015，称为宏程序输入信号，称为宏程序输入信号 由由#1100-#1115设定设定F ,称为宏程序输出信号称为宏程序输出信号详细讲解之：详细讲解之：宏程序输入信号宏程序输入信号 ，通常在梯形图中设定通常在梯形图中设定G54.0-G55.7的值，对应于的值，对应于#1000-#1015。变量变量#1032用于一次性读取用于一次性读取16位信号，即读取一个字。位信号，即读取一个字。在梯形图中将在梯形图中将G54.0-G54.7, G55.0-G55.7的每一位置的每一位置0或或1，

46、相当于，相当于#1000-#1007， #1008-#1015的对应位置的对应位置0或置或置1，两者是一一对应的，两者是一一对应的，是等价的，又是单向的，只能通过设定是等价的，又是单向的，只能通过设定G 代码，去控制代码，去控制#1000-#1015，不能通过不能通过#1000-#1015反过来控制反过来控制G 指令，这样就可以在宏程序中引用指令，这样就可以在宏程序中引用#1000-#1015了，即可以在宏程序引用了，即可以在宏程序引用G指令状态，将宏程序和梯形图指令状态，将宏程序和梯形图联系起来，宏程序可以读取梯形图状态。联系起来，宏程序可以读取梯形图状态。宏程序输出信号宏程序输出信号 在编

47、写宏程序中将宏变量在编写宏程序中将宏变量#1100-#1115赋值，设为赋值，设为1或或0，相当于，相当于将梯形图中将梯形图中F54.0-F55.7相对应的位触点接通或断开。两者是一一对应相对应的位触点接通或断开。两者是一一对应的，又是单向的，是通过宏变量的，又是单向的，是通过宏变量#1100-#1115去控制去控制F54.0-F54.7信号。信号。将宏程序和梯形图联系起来。将宏程序和梯形图联系起来。 斗笠式换刀过程（流程图）斗笠式换刀过程（流程图） MO6调用宏程序调用宏程序O 9001宏程序（宏程序（O 9001） #4003 为为“0”时，执行时，执行G90(绝对坐标绝对坐标) 为为“1

48、”时，执行时，执行G91(相对坐标相对坐标) #4006 为为“0”时，执行时，执行G20(英寸输入英寸输入) 为为“1”时，执行时，执行G21（毫米输入）（毫米输入）O 9001;M05; 主轴停；主轴停；G04 X0.2; 延时延时0.2秒；秒；IF(#1000 EQ1) GOTO100; 刀在主轴上（刀在主轴上（PMC中中G54.0有对应）有对应）,跳出；跳出；#23=#4003； 记录主程序中的模态，以便子程序结束时可恢复；（绝对，相记录主程序中的模态，以便子程序结束时可恢复；（绝对，相对，英制，公制）对，英制，公制）#26=#4006；G21 G91 G30 Z0 M19; 回换刀点

49、，主轴定向回换刀点，主轴定向 M81 ； 刀盘进刀盘进G4 X1; 延时延时1秒秒 M71; 主轴松刀主轴松刀G21 G91 G28 Z0; 主轴上提至原点主轴上提至原点M79; 刀盘旋转，找刀刀盘旋转，找刀G21 G91 G30 Z0; 回换刀点回换刀点M72; 主轴紧刀主轴紧刀M82; 刀盘退刀盘退G #23;G #26; 恢复主程序中模态（英制，公制，相对，绝对）恢复主程序中模态（英制，公制，相对，绝对）M05; 主轴停主轴停N100 M99; 子程序返回子程序返回 FANUC系统系统 PMC的功能指令的功能指令 译码指令（译码指令（DEC、DECB） DEC指令的功能是：当两位BCD代

50、码与给定值一致时，输出为“1”；不一致时，输出为“0”，主要用于数控机床的M码、T码的译码。一条DEC译码指令只能译一个M代码。 项目四 可编程控制器及接口技术2. 2. 操作方式选择、操作方式选择、M M代码译码代码译码HSHS M M：手动操作开关手动操作开关 ASAS M M： 自动操作开关自动操作开关 MF: MF: M M功能选通功能选通 DEC: DEC: M M功能译码功能译码系统系统PMCPMC计数器画面计数器画面 系统系统PMCPMC的定时器画面的定时器画面 3.PMC3.PMC参数画面（参数画面（PMCPRMPMCPRM） 系统系统PMCPMC保持型继电器画面（保持型继电器

51、画面（KEEPRLKEEPRL） K00K00K15K15为用户使用，机床厂家可根据机床的具体要求来设定，如为用户使用，机床厂家可根据机床的具体要求来设定，如机床是否使用第机床是否使用第4 4轴控制、机床自动排削功能的选择等控制。轴控制、机床自动排削功能的选择等控制。K16K16K19K19为系统专用区，用户不能作为他用，如为系统专用区，用户不能作为他用，如K17.0K17.0为系统梯形图显示为系统梯形图显示选择选择( (设定为设定为0 0时，表示显示系统梯形图时，表示显示系统梯形图) )，K17.1K17.1为系统内装编辑功为系统内装编辑功能是否有效能是否有效( (设定为设定为1 1时时,

52、,表示有效表示有效) )。FANUCFANUC0iB/0iC0iB/0iC系统采用系统采用SB7SB7类型类型PMCPMC时，保持型继电器时，保持型继电器K900K900以上为系统专用区以上为系统专用区 。一、电动机的连续运转一、电动机的连续运转v I/OI/O接线图接线图启动按钮启动按钮SB1X1停止按钮停止按钮SB2X2SB1KM1SB2COM1Y1COMX1X2FR运行接触器运行接触器KMY1FRX3热继电器的常闭热继电器的常闭触点可以作为输触点可以作为输入信号进行过载入信号进行过载保护，也可以在保护，也可以在输出进行保护输出进行保护热继电器热继电器电源电源KMKMSB1SB2电动机的连

53、续运转电动机的连续运转X2X1SB1SB2COM一、电动机的连续运转一、电动机的连续运转v 常闭触点输入信号的处理常闭触点输入信号的处理电气原理图电气原理图KMKMSB1SB2端子接线图端子接线图X2X1SB1SB2COM常闭触点常闭触点梯形图梯形图常开触点常开触点电动机的连续运转电动机的连续运转二、电动机的正反转控制二、电动机的正反转控制FUKM1QS正转正转接触器接触器反转接触器反转接触器L1L2L3v 主电路主电路KM2FR二、电动机的正反转控制二、电动机的正反转控制v I/OI/O接线图接线图正转启动正转启动SB2-X0反转启动反转启动SB3-X1 停止停止SB1-X2KM2SB2KM

54、1SB3SB1电源电源正转接触器正转接触器KM1-YI反转接触器反转接触器KM2-Y2正转互锁正转互锁反转互锁反转互锁Y1COMX0X1X2Y2COM1电动机的正反转控制电动机的正反转控制二、电动机的正反转控制二、电动机的正反转控制l 梯形图梯形图v 指令表指令表 0 LD X10 LD X1 1 OR Y1 1 OR Y1 2 ANI X2 2 ANI X2 3 3 ANI ANI X1X1 4 4 ANIANI Y2Y2 5 OUT Y1 5 OUT Y1 6 LD X1 6 LD X1 7 OR Y2 7 OR Y2 8 ANI X2 8 ANI X2 9 9 ANIANI X0X0 1

55、0 10 ANI ANI Y1 Y1 11 OUT Y2 11 OUT Y2 12 END 12 END正转正转反转反转X0Y1Y1X2Y2X1X1Y2Y2X2Y1X0END数控机床PLC典型应用程序一、主轴定向控制一、主轴定向控制项目四 可编程控制器及接口技术1.1. 初始状态初始状态AUTOM19M06RSTORCMORCMORARTMR 203T1T1R14.5sORCM: 主轴定向继电器ORAR:定向到位信号项目四 可编程控制器及接口技术三、润滑系统自动控制三、润滑系统自动控制1. 1. 润滑系统电气控制接线图润滑系统电气控制接线图项目四 可编程控制器及接口技术三、润滑系统自动控制三、

56、润滑系统自动控制2. 2. 梯形图梯形图步进电动机常用于开环控制系统，数控机步进电动机常用于开环控制系统，数控机床用驱动步进电机主要有两种类型：反应床用驱动步进电机主要有两种类型：反应式步进电机和混合式步进电机。式步进电机和混合式步进电机。1基本构成基本构成步进电动机的结构型式有多种，这里介绍常用的单定子反应式步进步进电动机的结构型式有多种，这里介绍常用的单定子反应式步进电动机的结构。同样是由定子和转子组成，如图电动机的结构。同样是由定子和转子组成，如图2-62所示。所示。2工作原理工作原理（1）单三拍步进电动机）单三拍步进电动机 步进电机的工作原理和一般电机的原理是步进电机的工作原理和一般电

57、机的原理是不同的。它是利用电磁铁作用的原理使步进电动机旋转的，步进电不同的。它是利用电磁铁作用的原理使步进电动机旋转的，步进电机的工作原理如图机的工作原理如图2-63所示。所示。（2）单、双六拍步进电动机）单、双六拍步进电动机 如果电机的定子绕组的通电顺序为如果电机的定子绕组的通电顺序为AABBBCCCAA即首先即首先A相通电，然后相通电，然后AB两相通两相通电，再使电，再使A相断电而使相断电而使B相保持通电状态，接着相保持通电状态，接着BC两相同时通电，两相同时通电，依此类推，每切换一次，步进电动机将逆时针方向转动依此类推，每切换一次，步进电动机将逆时针方向转动15，形成三，形成三相六拍工作

58、方式。此时电动机的步距角比三拍时小一半。步距角相六拍工作方式。此时电动机的步距角比三拍时小一半。步距角为：为：图2-63 a） b） c）1结构特点结构特点有一种反应式步进电动机是按轴向分相的，这种步进电有一种反应式步进电动机是按轴向分相的，这种步进电动机也称为多段反应式步进电动机。动机也称为多段反应式步进电动机。如图如图2-64所示的是多段反应式步进电动机的剖面图。多所示的是多段反应式步进电动机的剖面图。多段反应式步进电动机沿着它的轴向长度分成磁性能上独段反应式步进电动机沿着它的轴向长度分成磁性能上独立的几段，每一段都用一组绕组励磁，形成一相。因此，立的几段，每一段都用一组绕组励磁，形成一相

59、。因此，三相电动机有三段。三相电动机有三段。图图2-64 三段反应式步进电动机剖面图三段反应式步进电动机剖面图电动机的每一段都有一个定子，它们固定在外壳上。转电动机的每一段都有一个定子，它们固定在外壳上。转子制成一体，由电动机两端的轴承支承。每段定子上都子制成一体，由电动机两端的轴承支承。每段定子上都有许多磁极，相绕组绕在这些极上。有许多磁极，相绕组绕在这些极上。沿电动机的轴向长度看，每段的转子齿都是排齐沿电动机的轴向长度看，每段的转子齿都是排齐的，但不同段所对应的定子齿之间有不同的相对的，但不同段所对应的定子齿之间有不同的相对位置，因此，位置，因此，A段定子齿和转子齿是对齐的，段定子齿和转子

60、齿是对齐的，B段和段和C段里的定子齿和转子齿则对不齐。若从段里的定子齿和转子齿则对不齐。若从A相通电变化到相通电变化到B相通电，则为了使相通电，则为了使B段里的定子段里的定子齿和转子齿对齐，转子需要转动一步。齿和转子齿对齐，转子需要转动一步。B相断开，相断开，C相通电，则电动机转子以同一方向再走一步。相通电，则电动机转子以同一方向再走一步。再使再使A相单独通电，则转子再走一步，相单独通电，则转子再走一步，A段里的段里的定子齿和转子齿再一次完全对齐。通电状态的三定子齿和转子齿再一次完全对齐。通电状态的三次变化使转子转动三步或一个齿距：不断按序改次变化使转子转动三步或一个齿距：不断按序改变通电状态