数控机床电气基础知识.pdf

机床设计研究院电气控制研发部 2013-09 数控机床电气基础知识 机床设计研究院电气控制研发部 一 数控机床控制部分组成 二 数控系统 三 伺服驱动系统 四 FANUC PMC介绍 五 常用控制电气元器件 六 简单控制回路介绍 机床设计研究院电气控制研发部 第一章 数控机床控制部分组成 计算机数控系统组成框图 机床设计研究院电气控制研发部 1 机床操作面板 配置西门子系统操作面板 机床设计研究院电气控制研发部 配置FANUC系统操作面板 机床设计研究院电气控制研发部 1 操作面板完成操作人员与机床数控系统进行信息交流的工具 配置西门子系统操作面板 机床设计研究院电气控制研发部 MDI键盘 发那科系统 西门子系统 机床设计研究院电气控制研发部 2 输入输出装置向数控系统中输入程序代码参数等（1）串行通信RS232 (2)CF卡 （3）U盘（4）网线 机床设计研究院电气控制研发部 3 计算机数控装置 机床设计研究院电气控制研发部 第二章 数控系统 1 日本FANUC 系统 0系列 0-A 0-B 0-C 0-D 0I系列 0I-A 0I-B 0I-C 0I-D OI-F 18I 21I 31I 2 德国西门子 802D 802DSL 828D 840D 840DSL 810D 3日本的三菱 M600 M64/M65 M700 系列 M70 机床设计研究院电气控制研发部 4 国产的华中 广数 大森等 机床设计研究院电气控制研发部 828D 840D 机床设计研究院电气控制研发部 第三章 伺服驱动系统 PSM电源模块 SPM主轴模块 SVM3这个是带3个轴的进给模块 PSM电源模块 SPM主轴模块 SVM3这个是带3个轴的进给模块 伺服驱动单元和进给伺服电动机 机床设计研究院电气控制研发部 主轴驱动单元和主轴电动机 机床设计研究院电气控制研发部 1PH7 数字主轴数字主轴 书本型驱动器书本型驱动器 模块型驱动器模块型驱动器 1FT6 系列伺服电机系列伺服电机 1FK7 系列伺服电机系列伺服电机 电抗器电抗器 机床设计研究院电气控制研发部 1.伺服系统的结构类型伺服系统分为开环和闭环两种结构。开环：所谓开环，就是没有位置反馈的伺服系统。这种结构的电气系统都用步进电动机驱动，如下图所示。由于没有速度和位置的反馈，所以跟随精度差，响应性差，因此加工精度差，效率低。机床设计研究院电气控制研发部 全闭环：闭环是有被控元件的位置反馈的伺服系统。系统的构成包括：执行元件-伺服电动机（一般与滚珠丝杠直接连接）；速度控制器和位置控制器，位置控制器接收CNC 插补器的输出指令（如下面的图所示）。根据使用的位置反馈元件的种类：回转式还是直线式以及位置反馈元件的机械安装部位，闭环系统从机械使用角度又可分为半闭环、闭环和混合式闭环，如下图。闭环控制系统的特点：1）系统输出量对控制作用有直接影响。2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。4）低精度元件可组成高精度系统。机床设计研究院电气控制研发部 机床设计研究院电气控制研发部 2 主轴的驱动控制主轴的驱动控制 主轴控制主要是速度及电动机的转速控制。在程序中用指令：S 及五位数值指令主轴的转数。例如：S1200;表示要求主轴以1200 转转动。正反转的指令为M03(正转)；M04（反转）。为了检测主轴的转速，在主轴或主轴电动机上安装了速度传感器。机床设计研究院电气控制研发部 主轴速度传感器与位置传感器主轴速度传感器与位置传感器 速度控制时无位置反馈回路。主轴电动机的速度测量与反馈用装在主轴电动机轴上的磁性传感器。如下图所示。随着主轴电动机的转动，传感器转一转发出128，256，384 或512 个脉冲（取决于电动机的型号），计算出主轴电动机的转数。若电动机与主轴间不是1：1 耦合，则必须在主轴上安装位置编码器，用编码器发出的一转信号测量主轴的转数。通常这种编码器是光电式的，转一转发出1024 个脉冲，此外还发出一个一转信号。用这种编码器可实现螺纹加工和刚性攻丝及加工中心机床换刀时的主轴定向。机床设计研究院电气控制研发部 机床设计研究院电气控制研发部 机床设计研究院电气控制研发部 第四 章 FAUC PMC介绍 机床的开机、停机；主轴的起动、停止；加工的开始、结束、中停；润滑、冷却的开、关；工件的装、卸控制；找刀、换刀；工作台交换；辅机的起、停等这些机床动作，都是由接触器、继电器、阀执行的。指令这些动作的控制信号相互间都有一定的顺序或时序，相互之间是互锁的。普通机床因动作简单，由电气元、部件（按钮，按键，触点，线圈等）按继电逻辑的原理图硬接线实现的，运行起来不可靠。CNC 机床采用PMC 逻辑控制。PMC 其实就是PLC（可编程逻辑控制器。）但是因为FANUC 的机床控制PLC 是专门用于控制机床的，其中有多条专用指令，故而叫做PMC-可编程机床控制器。而且，PMC 的程序格式FANUC 采用的是梯形图。梯形图的显示格式非常类似于机床的继电逻辑图，直观易懂，易编，易操作。机床设计研究院电气控制研发部 CNC 一启动，PMC 程序即运行。在CNC 执行加工程序时，PMC 与加工程序并行运行。PMC 时刻扫描机床或机床操作者的输入信号和强电柜控制信号的执行结果。执行上述机床上的各种动作，在加工程序中需要编制控制指令：M（辅助功能），T（换刀），B（第二辅助功能）。1.信号及其地址 PMC 把信号根据其作用部位及作用方向分为4 种，如下图：机床设计研究院电气控制研发部 PMC控制框图 机床设计研究院电气控制研发部 X：由机床输入至PMC。如：操作员由机床操作面板上输入的按钮、按键、开关信号。Y：由PMC 输出至机床的使机床强电动作的信号。如：主轴的正、反向；润滑、冷却的开/关信号。PMC 处理梯形图程序输出这些信号使机床动作。G：PMC 输出至CNC 的信号（CNC 输入）。这些信号中有些是启动CNC 的一个子程序。这些子程序是CNC 控制软件的一部分：根据机床的实际动作设计好的机床的强电控制功能。如：急停（G8.4）；自动加工程序启动(G7.2)；工作方式选择（G43.02）。另外一些信号是PMC 通知CNC，使CNC 改变或执行某一种运行。如：FIN（G4.3）-是PMC 通知CNC 辅助功能M 或换刀功能T 已经结束执行。CNC 接受到该信号后即可启动下个加工程序段的执行；*SSTP（G29.6）：CNC 停止主轴电机的控制信号。机床设计研究院电气控制研发部 F：CNC 输出至PMC 的信号。其中的一些信号是反映CNC 运行状态的标志，表明CNC 正处于某一状态。如：AL（F1.0）：报警状态。MV（F102）：进给轴移动中。另一些信号是CNC 响应X（经过G）后，执行某一运行的结果，用以通知PMC。PMC 收到该信号，视其具体情况，再做适当处理。还有一些信号是加工程序指令的译码输出。如：M 代码（F10F13）；T 代码（F26F29）。CNC 将这些信号输出给PMC 进行处理。机床设计研究院电气控制研发部 第 五章 常用控制电气元器件 伺服变压器 机床设计研究院电气控制研发部 继电器模块 机床设计研究院电气控制研发部 分线器FX 机床设计研究院电气控制研发部 继电器 机床设计研究院电气控制研发部 低压断路器QF 小型断路器 QF 机床设计研究院电气控制研发部 接触器KM AC220V AC110V 线圈 机床设计研究院电气控制研发部 灭弧 RC 三相 单相 开关电源 VC及变压器 TC 机床设计研究院电气控制研发部 第 六章 简单控制回路介绍 冷却控制 AC380V AC220V DC24V DC24V 机床设计研究院电气控制研发部 控制要求：面板和程序控制冷却电机的启动和停止 机床设计研究院电气控制研发部 机床设计研究院电气控制研发部 机床设计研究院电气控制研发部