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1、工业机器人工作站系统集成,主讲教师：汪励,单元五 数控机床接口电路的设计,工作任务描述:掌握工业机器人数控机床上下料工作站的特点。掌握工业机器人数控机床上下料工作站与数控系统的接口电路。学习目标:通过本任务学习，应能：1.了解数控机床的组成。2.掌握工业机器人数控机床上下料工作站的特点。3.掌握工业机器人数控机床上下料工作站与数控系统的接口电路。,数控机床（Computer Numerical Control Machine Tools）是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床，简称CNC。 上下料机器人是在数控机床上下料环节取代人工完成工件的自动装卸功能，主要适应
2、对象为大批量、重复性强或是工件重量较大以及工作环境具有高温、粉尘等恶劣条件情况下使用。具有定位精确、生产质量稳定、减少机床及刀具损耗、工作节拍可调、运行平稳可靠、维修方便等特点。,知识准备,一、数控机床的组成,知识准备,数控机床的组成如图所示。,数控机床的组成,一、数控机床的组成,知识准备,1) 程序载体及输入/输出装置 编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、磁卡、磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。 输入装置将数控加工程序等各种信息输入到数控装置；输出装置用于观察输入内容和数控系统的工作状态。常见的输入/输出装置有键盘、软驱、RS232
3、接口、USB接口、显示器、发光指示器、操作控制面板等。 2) 数控装置 数控装置是数控机床的核心，它包括CPU、存储器、各种I/O接口以及相应的软件。 数控装置接受输入装置送来的程序，进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号控制机床的各个部分进行相应的动作。这些控制信号包括：各坐标轴的进给量、进给方向和速度的指令，经伺服驱动系统驱动各执行部件运动;,一、数控机床的组成,知识准备,主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号；控制冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度工作台转位等辅助指令信号等。 3) PLC PLC主要作用是接收数控装置输出的主运动变速、刀具选择交换
4、、辅助装置动作等指令信号，经必要的编译、逻辑判断、功率放大后直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件，以完成指令所规定的动作，此外还有行程开关和监控检测等开关信号也要经过PLC送到数控装置进行处理。 4) 伺服系统及位置检测装置 伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置（电机）组成，与机床上的传动和执行部件组成进给系统。每个作进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动系统。 在半闭环和闭环伺服驱动系统中，还得使用位置检测装置，间接或直接测,一、数控机床的组成,知识准备,量执行部件的实际进给位移，与指令位移进行比较，纠正所产生的误差。 5) 机床的机械部件 机械部件包括主运动部件，进给运动执行部件如
5、工作台、拖板及其传动部件和床身立柱等支承部件，此外，还有冷却、润滑、排屑、转位和夹紧等辅助装置。 对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件。,二、PLC在数控机床中的应用,知识准备,1PLC在数控机床中的应用形式 PLC在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。 内装式PLC也称集成式PLC，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将CNC和PLC结合起来考虑，CNC和PLC之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的较高交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个CPU也可以是单独的CPU， PLC和CNC之间没有多余的导线连接, 增加
6、了系统的可靠性，而且CNC和PLC 之间易实现许多高级功能。PLC中的信息也能通过CNC的显示器显示， 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的PLC。,二、PLC在数控机床中的应用,知识准备,独立式PLC也称外装式PLC，它独立于NC装置，具有独立完成控制功能的PLC。在采用这种应用方式式，可根据用户自己的的特点，选用不同专业PLC厂商的产品，并且可以更为方便的对控制规模进行调整。2PLC与数控系统间的信息交换 PLC与外部的信息交换，通常有四个部分。 (1) 机床侧至PLC 机床侧的开关量信号通过I/O单元接口输入到PLC中，除极少数信号外，绝大多数信号的
7、含义及所配置的输入地址，均可由PLC程序编制者或者是程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功能和配置，对PLC程序和地址分配进行修改。,二、PLC在数控机床中的应用,知识准备,(2) PLC至机床 PLC的控制信号通过PLC的输出接口送到机床侧，所有输出信号的含义和输出地址也是由PLC程序编制者或者是使用者自行定义。 (3) CNC至PLC：CNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信号含义和地址均由CNC厂家确定，PLC编程者只可使用不可改变和增删。 (4) PLC至CNC PLC送至CNC的信息也由开关量信号或寄存器完成，所有PLC送
8、至CNC的信号地址与含义由CNC厂家确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。,二、PLC在数控机床中的应用,知识准备,3PLC在数控机床中的控制功能 (1) 操作面板的控制 操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作面板的控制信号先是进入CNC，然后由CNC送到PLC，控制数控机床的运行。机床操作面板控制信号，直接进入PLC，控制机床的运行。 (2) 机床外部开关输入信号 将机床侧的开关信号输入到送入PLC，进行逻辑运算。这些开关信号，包括行程开关、接近开关、模式选择开关等。 (3) 输出信号控制。PLC输出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象。 (4) 功能
9、实现 数控系统送出指令给PLC，经过译码，PLC执行相应的功能，完成后，向数控系统发出完成信号。,三、CNC与机器人上下料工作站的通信,知识准备,机器人上、下料时，需要与CNC进行信息交换、互相配合，才能有条不紊的工作。 1机器人上下料的工作流程 机器人上下料的工作流程如图所示。,机器人上下料的工作流程,三、CNC与机器人上下料工作站的通信,知识准备,2CNC与上下料工作站的信号传递路径 CNC与机器人上下料工作站PLC之间信号的传递路径如图所示。CNC PLC与上下料工作站PLC之间进行信息交换，机器人控制系统与上下料工作站PLC之间进行信息交换。,CNC与机器人上下料工作站之间信号的传递路
10、径,三、CNC与机器人上下料工作站的通信,知识准备,3CNC与上下料工作站的接口信号 CNC与机器人上下料工作站的接口信号见表,CNC与机器人上下料工作站的接口信号,上下料工作站PLC向CNC PLC发出指令，如“请求CNC开门”、“请求CNC关门”等，指令的执行由CNC PLC来完成。,四、CNC与机器人上下料工作站的接口电路,知识准备,1CNC与机器人上下料工作站的接口分配 机器人上下料工作站PLC的配置见表。,机器人上下料工作站PLC的配置,四、CNC与机器人上下料工作站的接口电路,知识准备,1CNC与机器人上下料工作站的接口分配 CNC与机器人上下料工作站的接口分配见表,CNC与机器人上下料工作站的接口分配,四、CNC与机器人上下料工作站的接口电路,知识准备,2CNC与机器人上下料工作站的接口电路 1) CNC输出与NJ输入接线图 CNC PLC的输出接口为源型输出，而NJ PLC的输入接口必须接为漏型，所以CNC PLC的输出信号通过中间继电器进行过渡。CNC输出与NJ输入接线图如图所示。,CNC输出与NJ输入接线图,四、CNC与机器人上下料工作站的接口电路,知识准备,2CNC与机器人上下料工作站的接口电路 2) CNC输入与NJ输出接线图 CNC输入与NJ输出接线图如图所示。,CNC输入与NJ输出接线图,任务书,。,谢谢！,
