*第4章數控機床電氣控制

4.1數控機床概述數控機床是典型的機電一體化產品，是集機床、計算機、電機及拖動、自動控制、檢測等技術為一體的自動化設備。數控機床一般由加工程序、輸入裝置、數控系統、伺服系統和輔助控制裝置、檢測反饋系統以及機床本體組成，如圖4-1所示。數控機床的運行在數控系統的嚴密監控下，處在不斷地計算、輸入、輸出、反饋等控制過程中，從而保證數控機床能嚴格按照輸入程序的要求來執行動作。數控系統對加工程序處理后輸出的控制信號除了對進給運動軌跡進行準確的控制外，還需要對機床主軸啟／停、換向、刀具更換、工件夾緊／松開以及液壓、冷卻、潤滑、分度工作臺轉位等輔助動作進行控制。控制的信息主要是開關量信號，通過數控裝置與機床電氣設備之間的電氣連接部分—數控機床接口，完成這一控制任務的裝置為可編程控制器。4.1數控機床概述

圖4-2和圖4-3分別為臥式普通車床和數控車床的傳動系統示意圖。可以看出，數控車床與普通車床相比，傳動鏈簡單清晰，其主軸轉動和進給軸移動分別由主軸電機和進給電機來驅動，而輔助運動，都是由數控系統中的可編程控制器（PLC）來控制完成的。如主軸卡盤的松緊和尾座頂尖的伸縮是通過PLC控制液壓系統的液壓缸來完成的，從刀庫中選刀和換刀同樣是經M（輔助指令）指令與T（換刀指令）指令由PLC功能指令來完成。4.2數控機床PLC4.2數控機床PLC4.2.1數控機床PLC的控制對象數控機床的控制可分為兩大部分：一部分是坐標軸運動的位置控制；另一部分是數控機床加工過程的順序控制。常把數控機床分為“NC側”和“MT側”（即機床側）兩大部分PLC處于CNC和MT之間，對NC側和MT側的輸入、輸出信號進行處理。PLC在數控機床中有三種不同的配置方式，如圖4-5所示。1）PLC在機床一側，代替了傳統的繼電器一接觸器邏輯控制，PLC有m＋n個I/O點，如圖4-5（a）所示。2）PLC在電氣控制柜中，PLC有m個I/O點，如圖4-5（b）所示。3）PLC在電氣控制柜中，而I/O接口在機床一側，如圖4-5（c）所示。這種配置方式使CNC與機床接口的電纜大為減少。4.2數控機床PLC圖4-6所示為數控機床PLC的I/O信號示意圖。1.機床操作面板控制（1）S功能處理主軸轉速可以用S二位代碼或四位代碼直接指定。在PLC中可容易地用四位代碼直接指定轉速。（2）T功能處理數控機床通過PLC可管理刀庫，進行自動刀具交換。處理的信息包括刀庫選刀方式、刀具累計使用次數、刀具剩余壽命和刀具刃磨次數等。（3）M功能處理M功能是輔助功能，根據不同的M代碼，可控制主軸的正、反轉和停止，主軸齒輪箱的換擋變速，主軸準停，切削液的開、關，卡盤的夾緊、松開及換刀機械手的取刀、歸刀等動作。2.機床外部開關信號的控制將機床側的控制開關信號送入PLC經邏輯運算后輸出給控制對象。3.輸出信號控制PLC輸出的信號經繼電器、接觸器或液壓、氣動電磁閥對刀庫、機械手和回轉工作臺等裝置進行控制，另外還有冷卻、潤滑和油泵電機等的控制。4.伺服控制控制主軸、伺服進給及刀庫驅動的使能信號，以滿足伺服驅動的條件。5.報警處理控制當出現故障時，PLC收集強電柜、機床側和伺服驅動的故障信號，數控系統便顯示報警號及報警文本以方便故障診斷。4.2.2數控機床PLC的形式數控機床用PLC可分為兩類：一類內裝型PLC；另一類是獨立型PLC。1.內裝型PLCPLC與NC間的信號傳送在CNC裝置內部即可實現有以下特點：1）內裝型PLC實際上是CNC裝置帶有的PLC功能，一般是作為一種基本的功能提供給用戶的。2）內裝型PLC的性能指標是具有的功能針對性強，技術指標較合理、實用，較適用于單臺數控機床及加工中心等場合。3）在系統的結構上，內裝型PLC可與CNC共用CPU，也可單獨使用一個CPU。4）采用內裝型PLC結構時，CNC系統具有高級控制功能，如梯形圖編輯和傳送功能等。目前，世界上著名的CNC廠家在其生產的CNC系統中，大多開發了內裝型PLC功能。4.2數控機床PLC2.獨立型PLC獨立型PLC又稱通用型PLC。獨立型PLC獨立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規定控制任務的裝置。采用獨立型PLC的CNC系統框圖如圖4-8所示。獨立型PLC有以下特點：1）獨立型PLC的基本功能結構與前所述的通用型PLC完全相同。2）數控機床應用的獨立型PLC一般采用中型或大型PLC，I/O點數一般在200點以上，所以多采用積木式模塊化結構，具有安裝方便、功能易于擴展和變換等優點。3）獨立型PLC的I/O點數可以通過I/O模塊的增減靈活配置。有的獨立型PLC還可通過多個遠程終端連接器構成有大量I/O點的網絡，以實現大范圍的集中控制。

4.2數控機床PLC4.2.3數控機床常用I/O元件1.控制開關1）用于主軸、冷卻、潤滑及換刀等控制的按鈕。2）用于程序保護，鑰匙插入方可旋轉操作的旋鈕式可鎖開關。3）用于緊急停止，裝有突出蘑菇形鈕帽的紅色緊停開關。4）用于坐標軸選擇、工作方式選擇和倍率選擇等，手動旋轉操作的轉換開關。5）用于控制卡盤夾緊、放松，尾座頂尖前進、后退的腳踏開關等。2.行程開關行程開關用于坐標軸限位、執行機構如液壓缸、氣缸活塞的行程控制。3.接近開關接近是一種在一定的距離內檢測物體有無的傳感器。4.繼電器在數控機床中，有各類指示燈、液壓和氣動系統中的電磁閥、伺服電動機的電磁制動器等為PLC輸出開關量的控制。4.2數控機床PLC復習思考題4