機(jī)械設(shè)備控制技術(shù)電子教案第4章

*第4章數(shù)控機(jī)床電氣控制

4.1數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是集機(jī)床、計算機(jī)、電機(jī)及拖動、自動控制、檢測等技術(shù)為一體的自動化設(shè)備。數(shù)控機(jī)床一般由加工程序、輸入裝置、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和輔助控制裝置、檢測反饋系統(tǒng)以及機(jī)床本體組成，如圖4-1所示。數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行在數(shù)控系統(tǒng)的嚴(yán)密監(jiān)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(shù)控機(jī)床能嚴(yán)格按照輸入程序的要求來執(zhí)行動作。數(shù)控系統(tǒng)對加工程序處理后輸出的控制信號除了對進(jìn)給運(yùn)動軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確的控制外，還需要對機(jī)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(zhuǎn)位等輔助動作進(jìn)行控制。控制的信息主要是開關(guān)量信號，通過數(shù)控裝置與機(jī)床電氣設(shè)備之間的電氣連接部分—數(shù)控機(jī)床接口，完成這一控制任務(wù)的裝置為可編程控制器。4.1數(shù)控機(jī)床概述

圖4-2和圖4-3分別為臥式普通車床和數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)示意圖?？梢钥闯?，數(shù)控車床與普通車床相比，傳動鏈簡單清晰，其主軸轉(zhuǎn)動和進(jìn)給軸移動分別由主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)來驅(qū)動，而輔助運(yùn)動，都是由數(shù)控系統(tǒng)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(tǒng)的液壓缸來完成的，從刀庫中選刀和換刀同樣是經(jīng)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(shù)控機(jī)床PLC4.2數(shù)控機(jī)床PLC4.2.1數(shù)控機(jī)床PLC的控制對象數(shù)控機(jī)床的控制可分為兩大部分：一部分是坐標(biāo)軸運(yùn)動的位置控制；另一部分是數(shù)控機(jī)床加工過程的順序控制。常把數(shù)控機(jī)床分為“NC側(cè)”和“MT側(cè)”（即機(jī)床側(cè)）兩大部分PLC處于CNC和MT之間，對NC側(cè)和MT側(cè)的輸入、輸出信號進(jìn)行處理。PLC在數(shù)控機(jī)床中有三種不同的配置方式，如圖4-5所示。1）PLC在機(jī)床一側(cè)，代替了傳統(tǒng)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(jī)床一側(cè)，如圖4-5（c）所示。這種配置方式使CNC與機(jī)床接口的電纜大為減少。4.2數(shù)控機(jī)床PLC圖4-6所示為數(shù)控機(jī)床PLC的I/O信號示意圖。1.機(jī)床操作面板控制（1）S功能處理主軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速。（2）T功能處理數(shù)控機(jī)床通過PLC可管理刀庫，進(jìn)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(shù)、刀具剩余壽命和刀具刃磨次數(shù)等。（3）M功能處理M功能是輔助功能，根據(jù)不同的M代碼，可控制主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止，主軸齒輪箱的換擋變速，主軸準(zhǔn)停，切削液的開、關(guān)，卡盤的夾緊、松開及換刀機(jī)械手的取刀、歸刀等動作。2.機(jī)床外部開關(guān)信號的控制將機(jī)床側(cè)的控制開關(guān)信號送入PLC經(jīng)邏輯運(yùn)算后輸出給控制對象。3.輸出信號控制PLC輸出的信號經(jīng)繼電器、接觸器或液壓、氣動電磁閥對刀庫、機(jī)械手和回轉(zhuǎn)工作臺等裝置進(jìn)行控制，另外還有冷卻、潤滑和油泵電機(jī)等的控制。4.伺服控制控制主軸、伺服進(jìn)給及刀庫驅(qū)動的使能信號，以滿足伺服驅(qū)動的條件。5.報警處理控制當(dāng)出現(xiàn)故障時，PLC收集強(qiáng)電柜、機(jī)床側(cè)和伺服驅(qū)動的故障信號，數(shù)控系統(tǒng)便顯示報警號及報警文本以方便故障診斷。4.2.2數(shù)控機(jī)床PLC的形式數(shù)控機(jī)床用PLC可分為兩類：一類內(nèi)裝型PLC；另一類是獨立型PLC。1.內(nèi)裝型PLCPLC與NC間的信號傳送在CNC裝置內(nèi)部即可實現(xiàn)有以下特點：1）內(nèi)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(nèi)裝型PLC的性能指標(biāo)是具有的功能針對性強(qiáng)，技術(shù)指標(biāo)較合理、實用，較適用于單臺數(shù)控機(jī)床及加工中心等場合。3）在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，內(nèi)裝型PLC可與CNC共用CPU，也可單獨使用一個CPU。4）采用內(nèi)裝型PLC結(jié)構(gòu)時，CNC系統(tǒng)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(chǎn)的CNC系統(tǒng)中，大多開發(fā)了內(nèi)裝型PLC功能。4.2數(shù)控機(jī)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(guī)定控制任務(wù)的裝置。采用獨立型PLC的CNC系統(tǒng)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(jié)構(gòu)與前所述的通用型PLC完全相同。2）數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的獨立型PLC一般采用中型或大型PLC，I/O點數(shù)一般在200點以上，所以多采用積木式模塊化結(jié)構(gòu)，具有安裝方便、功能易于擴(kuò)展和變換等優(yōu)點。3）獨立型PLC的I/O點數(shù)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(yuǎn)程終端連接器構(gòu)成有大量I/O點的網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)大范圍的集中控制。

4.2數(shù)控機(jī)床PLC4.2.3數(shù)控機(jī)床常用I/O元件1.控制開關(guān)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(hù)，鑰匙插入方可旋轉(zhuǎn)操作的旋鈕式可鎖開關(guān)。3）用于緊急停止，裝有突出蘑菇形鈕帽的紅色緊停開關(guān)。4）用于坐標(biāo)軸選擇、工作方式選擇和倍率選擇等，手動旋轉(zhuǎn)操作的轉(zhuǎn)換開關(guān)。5）用于控制卡盤夾緊、放松，尾座頂尖前進(jìn)、后退的腳踏開關(guān)等。2.行程開關(guān)行程開關(guān)用于坐標(biāo)軸限位、執(zhí)行機(jī)構(gòu)如液壓缸、氣缸活塞的行程控制。3.接近開關(guān)接近是一種在一定的距離內(nèi)檢測物體有無的傳感器。4.繼電器在數(shù)控機(jī)床中，有各類指示燈、液壓和氣動系統(tǒng)中的電磁閥、伺服電動機(jī)的電磁制動器等為PLC輸出開關(guān)量的控制。4.2數(shù)控機(jī)床PLC復(fù)習(xí)思考題4