中职 电气控制与PLC技术（三菱机型）项目5任务3电子课件 （）

中职电气控制与PLC技术（三菱机型）项目5任务3电子课件（高教版）※任务三

数控车床的电气控制

【任务描述】随着计算机技术的发展及社会生产的多样化、小批量、高精度的要求，使机床控制发生了根本性的变化。数控机床的应用正在各行各业中扩展开来。数控车床分别由数控装置（CNC），机床控制电器，X、Z轴进给驱动电动主轴变频器，刀架电动机控制，冷却控制及其他信号控制【任务分析】本项目研究数控车床的数控系统认识及各个重要部分与数控系统的连接，并且通过数控机床综合实验台进行项目整体安装连接。即数控系统与变频器的接线；数控系统与步进驱动器的接线；数控系统对电动刀架的连接；数控机床与其他信号连接；最后按照图5.3.19所示，对西门子数控车床802SBaseline系统进行具体安装接线。【夯实基础】一、

数控车床的结构1．数控机床的结构在图5-5中，数控装置是整个数控机床的核心，机床的操作要求均由数控装置发出。驱动装置位于数控装置和机床之间，包括进给驱动和主轴驱动装置。驱动装置根据控制的电动机不同，其控制电路形式也不同。步进电动机有步进驱动装置，直流电动机有直流驱动装置，交流伺服电动机有交流伺服驱动装置等。数控机床的组成结构框图如图5.3.1所示。普通机床与数控机床的区别主要是数控机床的主轴调速、刀架的进给全部自动完成，即根据编程指令按要求执行。图5-5数控机床的组成结构框图数控装置驱动控制装置机床电气控制装置机床（CNC）输入/输出装置2．数控机床的主要工作情况二、

数控车床电气控制线路数控机床的机械部分比同规格的普通机床更为紧凑和简洁。主轴传动为一级传动，去掉了普通机床主轴变速齿轮箱，采用变频器实现主轴无级调速。进给移动装置采用滚珠丝杠，传动效率好，精度高、摩擦力小。一般经济型数控车床的进给均采用步进电动机。进给电动机的运动由数控装置实现信号控制。现以CK0630型数控车床为例说明普通数控车床的电气控制原理。图5-6数控车床电气控制框图数控装置（CNC）数控车床电气控制M1M2M3M4M5X轴进给驱动执行/传感器主轴变频器Z轴进给驱动刀架电机控制冷却控制其他信号控制3．电气控制电路分析

（1）主电路分析主轴电动机M1：由自动开关QF2提供电源，利用接触器KM1实现频繁接通和断开M1，变频器与步进驱动电源。采用变频器实现无级调速。刀架电动机M4：由自动开关QF3提供电源，KM2为正转接触器、KM3为反转接触器，实现刀架的进给和退出。冷却泵电动机M5：自动开关QF4提供电源，用KM4实现接通和断开。（2）控制电路分析控制电路通过控制变压器提供220V控制电源，采用开关电源提供24V安全电压。用转换开关控制继电器KA0来实现主轴电动机M1进给控制，SB3实现停止进给控制。继电器KA3、KA4、KA5分别实现刀架的正转、反转和冷却控制，同时采用RC进行阻容吸收，实现主轴电动机、刀架电动机、冷却电动机的启动保护。下面简要介绍数控系统、变频器、步进驱动、刀架控制等电路。3．数控系统（1）主轴编码器反馈信号接口P1数控系统9芯连接器引脚的定义如图5-9所示。Z为主轴编码器的头脉冲，A、B为主轴编码器的码道脉冲。A、B两信号有90°的相位差。从主轴编码器反馈回来的信号必须是TTL电平方波。这几个信号应采用屏蔽电缆连接，屏蔽层应通过一点接地，可与系统GND端相连（可选6、7、8脚中任意一个）。P1口的5V、GND引脚可作为编码器的电源使用。数控系统（又称数控装置）根外界输入、输出信号的交换都要经过处理，其中输入、输出信号采取光电隔离措施，如图5-8所示为数控系统输入、输出接口原理图。R1R224V5VCPUUDC（a）开关量输入UOUT5V24V/5V0VR1R2R3R0（b）开关量输出“1”图5-8数控系统输入、输出接口原理图（2）轴控制信号接口P2轴控制信号接口P2可用来控制X轴、Z轴步进电动机的运动和主轴的转速。其引脚定义如图5-10所示。（3）开关量输入/输出信号接口P3P3口的各类信号如图5-12所示。其中P3口的O1~O9输出端输出信号均为低电平有效。GNDGNDGND5Vextemal5Vextemal5Vextemal5Vextemal0V0VD1D2D3D4D5D6V+图5-9数控系统编码器接口P1AGNDFRAMEFRAMEZAB1234512345678678991011121314155Vinternal5Vinternal图5-10轴控制信号接口P24．数控系统与变频器的接线数控系统模拟量输出P2.8和P2.7可以直接连接到变频器的模拟量输入端2、5端，接线图如图5-13所示。数控系统输出开关量是不能直接连接变频器的对应功能输入端。这是因为数控系统输出是集电极开路输出，是有源输出，而变频器输入是触点开关。为了解决以上问题，中间要增加中间继电器。因输出是集电极开路，所以输出低电平有效。即采用数控系统控制中间继电器，继电器触点控制变频器输入端。图5-13数控系统与变频器的接线HN—100T数控系统三菱变频器UVWM13～报警输出ＢＣ２５SDSTRSTF正转KA1KA2KA2KA1反转RST10P2.8P2.7P3.10P3.11～380V5．数控系统与步进驱动器的接线数控系统与步进驱动器的接线图如图5-14所示。从数控系统P2口的输出信号可以看出，控制进给驱动的信号共有XCP、XDIR、ZCP、ZDIR，其中XCP、XDIR控制X轴，ZCP、ZDIR控制Z轴。输出信号低电平有效。从步进驱动接口来看，需要接收CP脉冲信号、DIR方向信号，接口信号高低电平都可以。图5-14数控系统与步进驱动器接线HN—100T数控系统+M2X轴P2.2P2.13P2.9P2.1～220VAC80VＢACD－+－CW/CCW+HOLD－ERR1ERR2励磁使能DIR/CW+5V+5VCLKAC80VAC380VTC10V310311CP6．数控系统对电动刀架的连接电动刀架的连接有直流电动机、交流电动机电动刀架的连接。（1）直流电动机电动刀架以CK0630型数控车床为例，电动刀架选用的是力矩式直流电动机，额定电压为27V，额定电流为2A，转速为800r/min。由于换刀的精度和可靠性要求，设计中通过蜗轮蜗杆机构进行减速，从而使带动的刀盘减速。在刀架结构上还装有格雷码凸轮，凸轮上方装有三个微动开关，以反映所换刀的刀位号，三个微动开关通、断组合与刀号的关系如表5.3.2所示。微动开关的组合格雷码编码。AC220VDC27VAC23V+24V27V0VFU3

FU4

KA3KA4M4C1C2+~－~－+图5-15数控系统与直流电动机电动刀架的接线刀架正转刀架反转KA4KA3NH—100TSQ1

SQ2

SQ3

刀号T1

刀号T2刀号T3

数控系统P3.1

P3.6

P3.7

P3.21P3.22P3.23P3.37（a）系统接口电路（b）整流电路（c）直流刀架电动机电路（2）三相异步电动机电动刀架在CK0630型数控车床中，还有规格的数控车床，电动刀架选用三相异步电动机。由于换刀的精度和可靠性要求，设计中通过蜗轮蜗杆机构进行减速，从而使带动的刀盘减速。在每个刀位上都安装了一个传感器，当刀架旋转到某刀位时，该传感器发出信号给数控系统，以反映所在的刀位。+24V0V图5-16数控系统与交流电动机电动刀架的接线刀架正转刀架反转KA4KA3NH—100TSQ2

SQ3

刀号T1

刀号T2刀号T3

数控系统P3.1

P3.6

P3.7

P3.21P3.22P3.23P3.37（a）系统接口电路（b）接口电路（c）交流电动机刀架控制电路P3.24SQ1

SQ4

刀号T4KA3KA3KA4KA4KM2KM3LNKM2KM3QF3

～380VＭ43～刀架电动机7．数控机床其他信号连接（1）回零信号根据数控机床控制要求，数控机床要建立坐标系，一般都要回参考点，把参考点位置送给数控系统，一般每个轴有两个信号：一个用于回零减速，一个用于回零到位。根据数控系统接口要求，信号低电平有效，它们与数控系统的接线图如图5-17所示。（2）超程信号用于数控系统只提供一个外部超程信号输入口，低电平有效。用户在连接时，应将X、Z两个轴的超程信号都连接到这一接口上。这样无论哪个方向方式超程，数控系统都能及时报警，并切断进给运动。同时，线路中还应接入一个按钮，以便解除超程信号，在手动方式下脱离超程位置。数控系统超程信号接线示意图如图5-18所示。0VNH—100TSQ5

SQ6

数控系统P3.1P3.33P3.34P3.37图5-17数控系统回零信号的接线图5-18数控系统超程信号的接线P3.35SQ4

SQ7

P3.36+24VX轴减速X轴到位Z轴减速Z轴到位0VNH—100TSQ9

SQ10

数控系统P3.1P3.13P3.37SQ8

SQ11

+24VX轴正超程X轴负超程Z轴正超程Z轴负超程SB1（3）冷却信号如电源输入为380V，则冷却泵选择三相异步电动机作为冷却电动机。由数控系统输出接口可知，P3口的O1（P3.3）输出作为冷却控制信号。数控系统控制冷却泵电动机的原理图如图5-19所示。O1（P3.3）输出信号控制KA5中间继电器，由KA5继电器的触点控制KM4交流接触器，KM4的主触点控制冷却泵的通断。（c）冷却泵电动机控制电路+24V0V图5-19数控系统控制冷却泵电动机连接图NH—100T数控系统P3.1

P3.3

P3.19（a）系统接口电路（b）接口电路KA5KM4LNKM4QF4

～380VＭ43～L1L2L3KA5VD1

【任务实施】1．任务实施实训装置NNC-R1A数控机床综合实验台由八块控制演示板和一台CK0628S数控车床组成。其控制演示板布置如图5-20所示，控制演示板各部分的组成如下：（1）电器模块；（2）系统模块；（3）主轴模块；（4）换刀模块；（5）I/O模块；（6）进给模块；（7）进给模块；（8）电源模块。2．实训步骤具体步骤：(1)将系统演示板下方的X7接至进给演示板的X7；将系统演示板上的X6和X20插头插上。(2)将I/O模块演示板左下方的X100插头插上。(3)将电器模块演示板的RDY1与RDY2用接插件分别连接到系统演示板X20的RDY1与RDY2上。电器模块演示板的上方有以下器件组成：4个空气开关（QS1~QS4）；1个接触器（KM0）；1个直流24V小型继电器（KA0）；24V开关电源:AC220/DC24V。(4)连接并检查系统模块演示板与主轴演示板的连接：虚线为连接线。系统模块主轴模块25+/–10VG

(5)连接并检查I/O模块演示板与主轴模块演示板的连接：I/O模块主轴模块I/O模块主轴模块Q0.0Q0.1STFSTFSDSD

为了给I/O模块提供24V电源，将电源模块演示板上的24V电源连接至I/O模块演示板的相应端子。(6)检查I/O模块演示板与换刀模块演示板的连接：虚线为连接线。(7)将电源总开关合上后，交流220V电源进入实验台，电压表和电流表将有显示，插座上有220V电压,可供外部测试仪器通电使用.(8)将电器模块演示板上的QS1、QS2、QS3、QS4合上(9)合上直流24V电源开关。数控