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型数控系统及其在型数控系统及其在CJK0630A车床上的应用车床上的应用7.3 FAGOR 8025/8030数控系统及数控系统及其在其在CK6150数控车床上的应用数控车床上的应用 7.4 数控系统中数控系统中PLC的信息交换及的信息交换及M、S、T功能的实现功能的实现7.5 数控机床电气图的绘制方法数控机床电气图的绘制方法小结小结习题习题 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
2、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。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
3、，一般要加阻容吸收电路。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24V+5VR24702.7KR151010KR3R4C1104至内部电
4、路外部开关VD1-+至被控负载VD1+24VVD2V1V2-+（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 数控机床电气控制系统数控机床电气控制系统7.1.2数控辅助功能数控辅助功能 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
5、，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
6、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、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
7、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
8、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数控系统中的可编程控制器（数控系统中的可编程控制器（PLC）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
9、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DI/DO电路PLCCPU电路DI/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
10、轴电动机进给单元主轴单元第第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
11、 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PLCDI/DO电路CNC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7.3 内装
12、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，可靠性高
13、，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CPU(CNC/PLC)PLCEPROM内部总线输出输入(a)PLC和CNC共用CPUCPU(CNC)PLCEPROM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型数控系统简介型数控系统简介 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
14、.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）后面板结构 图7.5 JBK-30型数控系统外部结构 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
15、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132电源PE220VC1765432ABCBAZ电机C1765432ABC
16、BAX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17161514182019222125242311098674111235213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
17、+24V地T.功能17654321200 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数控车床传动结构和控制要求数控车床传动结构和控制要求 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，
18、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
19、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、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 控制电路工作原理控制电路工作原理 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380V AC 50HzL
20、1L2L3电源开关NKM2FR1W1V1U1PEKM130AQF110AQF22930r/min3KWM3M1主轴电机FR2W2V2U2KM35AQF31450r/min0.5KWM3M2冷却电机KM5W3V3U3KM43AQF4720r/min90WM3M3刀架电机电源指示灯HL1KM1KM2KM3KA3SA1FR1FR25AQF5KA1KM1KA2KM2KM1KM2KM4KM5KA4KA5FV1阻容吸收主轴控制电路刀架控制电路冷却控制电路1FV2阻容吸收图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KA1KA2KA3NCNC装置TGG
21、1主轴编码器12345+5VABGNDZ螺纹MM4X轴步进电机ABCABC123567X电机MM5Z轴步进电机ABCABC123567Z电机JBK-30型电源LNPE+24V刀架正转刀架反转+24VT10T20T30T40GND2,15141418619717T功能+24VM3M4M5S,M功能KA4KA5T1T2T3T4SQ1SQ3SQ4SQ22210正超程负超程1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
22、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
23、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
24、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
25、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（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
26、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
27、，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数控系统简介数控系统简介 FAGOR 8025/8030数控系统是由西班牙FAGOR公司生产的数控系统产品。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
28、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
29、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统数控机床电气控制系统ZSPABCDEFXRMGYSHIFTCAPSHISNLKJQVPUOTWNINSCL=789/654302-1+.
30、*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（a）不带PLC型 第第7 7章章 数控机床电气
31、控制系统数控机床电气控制系统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气控制系统（1）I/O连接器 I/O连接器I/O1
32、、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4th axis home swithX axis home swith3th axis
33、home swithZ axis home swithDROCycle ONResetX EnableFeed HoldStopStartBlock SkipEmergency StopZ EnableThreading ONEmergencyM StrobeT StrobeS Strobe0V10V10Vfor thespindle drivefor Z axisservo drive10Vfor live tool10Vfor X axisservo driveCHASSIS+24VMST01MST80MST40MST20MST10MST08MST04MST020V0V0V0V110986
34、74111235213171615141820192221272625242330292834333231373635（a）I/O1 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0VM10VCHASSIS+24V+24VJOGM12/第三轴使能11098674111235213171615141820192221252423M5M3M4M6M7M8M9M10M11/第四轴使能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
35、/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ABA18674113521514正弦波AI0I0正弦波BBNCShield1091213+5VNC0VNC-5VABA18674113521514I11/I41I0I0NCBNC1091213NC0VNC-5V+5VShieldBA1
36、8674352I090VProbe 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（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 C
37、K6150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/min，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
38、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-5064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主轴电机伺服电
39、机Z轴X+限位X轴伺服电机X-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润滑电机M5卡盘松开卡盘夹紧套筒退回套筒伸出YV3Y
40、V1YV1YV2YV4图7.16 CK6150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急停手轮SB1SB8点动左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
41、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、T
42、3、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电气控制系统7.3.3 控制电路工作原理控制电路工作原理 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
43、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。KM
44、8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380V AC 50HzL1L2L3电源开关NKM3FR2W1V1U1PEKM22930r/min7.5KWFR3W4V4U4KM40.5KWM3M3冷却电机KM7W3V3U3KM6120WM3M4刀架电机FV1阻容吸收FV
45、2阻容吸收M3主轴电机M2KM5FR1W21V21U214KWM3M1油泵电机KM1W5V5U590WM3M5润滑电机KM8FV3阻容吸收FV4阻容吸收FV5阻容吸收FV6阻容吸收W22V22U22L11L12L1340AQF1QF215AQF325AQF45AQF53AQF65A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，
46、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U1V1W1PE747273.173.2535152639964R19Pulse enableEN+EN+Drive enableRESETEN-,reference ground,enable voltageI t/motor temp2Ready/fault112
47、948NS1NS215Setting-up/standardEN+contactor controlCoil contact for line-,pre-charging contactorMoperation213111Line contactorSignaling contactorX121BX121AX141AX141BX161X1X151P600M600UE moduleint.5/10kwA1M3TGM6 1FT5064X轴伺服电机M3TGM7 1FT5064Z轴伺服电机L+L+I2.0I2.1X轴速度反馈Z轴速度反馈伺服电源KM9KA1KA2KA1KA2伺服Ready电机过热CNC
48、装置FAGOR-8025型电源LNPEI/O1I/O1AS19663AS21456659229X151LT moduleU1V1W1PEPEPEU1V1W1M600P600X311X3131456659229X321X331X332611A伺服单TGG1主轴编码器电子手轮MST01MST02MST04MST08MST10MST20M选通S选通T选通NC急停输出NC复位输出手动JOG方式0V+24V+24V0V222324252627292345811514进给保持外部急停1,219,20210V0V-10+10V-10+10VX轴速度给定Z轴速度给定303134359710VX轴使能Z轴使能K
49、M9220VAC24VDC开关电源24V 10AL+M电源指示灯HL1KM1KM9KM9T1380V110VSB1急停SB2SB4SB3SB5FR1KM1液压启动CNC启动KM1FV8FV7L11L12L13NNL21QF725AQF810AQF95AQF105A来自PLC去PLC去PLC12345678109去PLC12SQ3SQ610X参考点Z参考点L+A1A3A5A6I/O2L+L+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
50、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，FAGOR 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
