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1、第七章 数控机床电气控制电路与辅助功能的实现,主要介绍：数控机床电气控制系统的电路结构与辅助功能的实现,7.1概述,一、电气控制电路1、主电路-实现电能分配、短路保护、欠压保护、过载保护等功能。2、控制电路-实现对机床液压、冷却、润滑、照明等的控制。3、接口电路-完成信号的变换与连接。一般采用光电耦合。,二、辅助功能,1、M功能-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、卡盘的松紧及换刀等。动作类型：A、I、C、H2、S功能-主轴转速的控制 S2代码：S00-S99共一百级主要用于分档调速的主轴。S4代码：S0000-S9999用于专用主轴驱动单元的连续或分段无级主轴调速。3、T
2、功能-刀具功能,三、数控系统中的PLC,CNC和PLC协调配合共同完成数控机床的控制:其中CNC主要完成与数字运算和管理等有关的功能:如零件程序的编辑、插补运算、译码、位置伺服控制等。PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有轨迹上的具体要求，辅助控制装置完成机床相应的开关动作:如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些辅助动作；它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往CNC用于加工过程的控制。,用于数控机床的PLC一般分为两类：内装型（或集成型）CNC的生产厂家为实现数控机床的顺序控制，而将CNC和PLC综合起来设计，称为内装型（或集成型）PLC。内
3、装型PLC是CNC装置的一部分；1.内装型PLC与CNC间的信息传送在CNC内部实现，2.PLC与机床之间信息传送则通过CNC的输入/输出接口电路来实现。3.在硬件上，内装型PLC可与CNC共用一个CPU，也可以单独使用一个 CPU。一般不能独立工作;这种类型的系统在硬件和软件整体结构上合理、实用，性能价格比高;适用于类型变化不大的数控系统。,独立型（或外装型）以独立专业化的PLC生产厂家的产品来实现顺序控制系统，称为独立型（或外装型）PLC。1.与CNC装置相对独立的 2.用户有选择的余地，3.而且功能易于扩展和变更，4.独立型PLC和CNC之间是通过输入输出接口连接的。,7.2数控系统中P
4、LC的信息交换及M、S、T功能的实现,一、概述 以PLC为中心，在CNC、PLC和MT之间的信息传递。,CNC系统、系统PMC及机床的信号关系:,二、M、S、T功能的实现,1、M功能的实现 开关量方式 寄存器方式2、S功能的实现 a.S2代码-开关量方式、寄存器方式 b.S4代码-开关量方式、寄存器方式3、T功能的实现,三、内装型PLC及其信息转换,以FAGOR8025/8030系统为例，内部输入/输出点数为41/24点。1、资源配置 I1-I41是机床 PLC的外部开关量信号 O1O24是PLC 机床的外部开光量信号 I42I104是CNC PLC的内部开关量信号 O25O64是PLC CN
5、C的内部开关量信号 I/O1、I/O2、I/O3三个连接器内部资源：2047个标志器；255个16位寄存器；32个计时器（可选择计时范围10ms655s)；6个计数器（可逆计数范围-32768-+32768或0-65535）。,三、内装型PLC及其信息转换,2、内部资源功能描述（1）PLC内部开关量的输入（2）PLC内部开关量的输出（3）PLC标识位（4）PLC寄存器,三、内装型PLC及其信息转换,4、CNC与PLC之间的信息交换（1）通过激活标志器，在CNC中产生报警、提示信息。（2）通过激活标志器，在CNC中变量进行读写或修改。（3）执行M、S、T功能过程中，对R201R203的内容进行更
6、新。,7.3应用举例,FANUC系统PMC的分类:,PMCL/M：用于FANUCOC/OD系统,PMCSA1：用于FANUCO i系统（B功能包）/O i Mate系统,PMCSA3：用于FANUCO i A系统（A功能包）,PMCSB7：用于FANUC16i/18i/21i及O i B/O i C系统（A包）,PMCRB5/RB6：用于FANUC16/18系统,FANUC 系统常用的I/O装置,内置I/O模块,外置I/O单元,分线盘I/O模块,机床操作面板I/O卡,系统I/O单元,FANUC OC/OD系统PMC的性能和规格,FANUC Oi系统PMC的性能和规格,第二节FANUC系统 PM
7、C的功能指令,1.顺序程序结束指令（END1、END2、END）,FANUC系统 PMC的功能指令,2.定时器指令（TMR、TMRB）,可变定时器TMR:TMR指令的定时时间可通过PMC参数进行更改。,固定定时器TMR:TMRB的设定时间编在梯形图中，在指令和定时器号的后面加上一项参数预设定时间，与顺序程序一起被写入FROM中，所以定时器的时间不能用PMC参数改写。,定时器在数控机床报警灯闪烁电路的应用,FANUC系统 PMC的功能指令,3.计数器指令（CTR）,计数器主要功能是进行计数，可以是加计数，也可以是减计数。计数器的预置值形式是BCD代码还是二进制代码形式由PMC的参数设定（一般为二
8、进制代码）。,FANUC系统 PMC的功能指令,4.译码指令（DEC、DECB）,DEC指令的功能是：当两位BCD代码与给定值一致时，输出为“1”；不一致时，输出为“0”，主要用于数控机床的M码、T码的译码。一条DEC译码指令只能译一个M代码。,DECB的指令功能：可对1、2或4个字节的二进制代码数据译码，所指定的8位连续数据之一与代码数据相同时，对应的输出数据位为1。主要用于M代码、T代码的译码，一条DECB代码可译8个连续M代码或8个连续T代码。,FANUC系统 PMC的功能指令,5.比较指令（COMP、COMPB）,COMP指令的输入值和比较值为2位或4位BCD代码。,COMPB指令功能
9、是：比较1个、2个或4个字节长的二进制数据之间的大小，比较的结果存放在运算结果寄存器（R9000）中。,FANUC系统 PMC的功能指令,6.常数定义指令（NUME、NUMEB）,NUME指令是2位或4位BCD代码常数定义指令。,NUMEB指令是1个字节、2个字节或4个字节长二进制数的常数定义指令。,FANUC系统 PMC的功能指令,7.判别一致指令（COIN）和传输指令（MOVE）,COIN指令用来检查参考值与比较值是否一致，可用于检查刀库、转台等旋转体是否到达目标位置等。,MOVE指令的作用是把比较数据和处理数据进行逻辑“与”运算，并将结果传输到指定地址。,FANUC系统 PMC的功能指令
10、,8.旋转指令（ROT、ROTB）,ROT/ROTB指令用来判别回转体的下一步旋转方向；计算出回转体从当前位置旋转到目标位置的步数或计算出到达目标位置前一位置的位置数。,FANUC系统 PMC的功能指令,9.数据检索指令（DSCH、DSCHB）,DSCH指令的功能是在数据表中搜索指定的数据（2位或4为BCD代码），并且输出其表内号，常用于刀具T码的检索。,FANUC系统 PMC的功能指令,DSCHB指令的功能与DSCH一样也是用来检索指定的数据。但与DSCH指令不同有两点：该指令中处理的所有的数据都是二进制形式；数据表的数据数（数据表的容量）用地址指定。,FANUC系统 PMC的功能指令,10
11、.变地址传输指令（XMOV、XMOVB）,XMOV指令可读取数据表的数据或写入数据表的数据，处理的数据为2位BCD代码或4位BCD代码。该指令常用于加工中心的随机换刀控制。,FANUC系统 PMC的功能指令,XMOVB指令的功能与XMOV一样也是用来读取数据表的数据或写入数据表的数据。但与XMOV指令不同有两点：该指令中处理的所有的数据都是二进制形式；数据表的数据数（数据表的容量）用地址形式指定。,FANUC系统 PMC的功能指令,11.代码转换指令（COD、CODB）,COD指令是把2位BCD代码（099）数据转换成2位或4位BCD代码数据的指令。具体功能是把2位BCD代码指定的数据表内号数
12、据（2位或4位BCD代码）输出到转换数据的输出地址中。,FANUC系统 PMC的功能指令,CODB指令是把2个字节的二进制代码（0256）数据转换成1字节、2个字节或4个字节的二进制数据指令。具体功能是把2个字节二进制数指定的数据表内号数据（1字节、2个字节或4个字节的二进制数据）输出到转换数据的输出地址中。,FANUC系统 PMC的功能指令,12.信息显示指令（DISPB）,该指令用于在系统显示装置（CRT或LCD）上显示外部信息，机床厂家根据机床的具体工作情况编制机床报警号及信息显示,第三节 数控机床PMC控制应用举例,1.数控机床工作状态开关PC控制(1)数控机床状态开关,（2）数控机床
13、状态开关的功能,编辑状态(EDIT)：在此状态下，编辑存储到CNC 内存中的 加工程序文件。,存储运行状态（MEM）:在此状态下，系统运行的加工程序为系统存储器内的程序。,手动数据输入状态（MDI）：在此状态下，通过MDI 面板可以编制最多10 行的程序并被执行，程序格式和通常程序一样。,手轮进给状态（HND）：在此状态下，刀具可以通过旋转机床操作面板上的手摇脉冲发生器微量移动。,（2）数控机床状态开关的功能,机床返回参考点（REF）：在此状态下，可以实现手动返回机床参考点的操作。通过返回机床参考点操作，CNC系统确定机床零点的位置。,DNC状态（RMT）：在此状态下，可以通过阅读机（加工纸带
14、程序）或RS-232通信口与计算机进行通信，实现数控机床的在线加工。,手动连续进给状态（JOG）：在此状态下，持续按下操作面板上的进给轴及其方向选择开关，会使刀具沿着轴的所选方向连续移动。,（3）状态开关PMC控制梯形图,2.数控机床加工程序功能开关PC控制,(1)数控机床加工程序功能开关,机床锁住：在自动运行状态下，按下机床操作面板上的机床锁住开关，执行循环起动时，刀具不移动，但是显示器上每个轴运动的位移在变化，就象刀具在运动一样。,程序辅助功能的锁住：程序运行时，禁止执行M、S 和T 指令，和机床锁住功能一起使用,检查程序是否编制正确。,程序的空运转：在自动运行状态下，按下机床操作面板上的
15、空运行开关，刀具按参数（各轴快移速度）中指定的速度移动，而与程序中指令的进给速度无关。,程序单段运行：按下单程序段方式开关进入单程序段工作方式。在单程序段方式中按下循环起动按钮后，刀具在执行完程序中的一段程序后停止。通过单段方式一段一段地执行程序，仔细检查程序。,(2)数控机床程序功能开关的作用,程序再起运行：该功能用于指定刀具断裂或者公休后重新起动程序时，将要起动程序段的顺序号，从该段程序重新起动机床。也可用于高速程序检查。程序的重新起动有两种重新起动的方法：P 型和Q 型（由系统参数设定）。,程序段跳过：在自动运行状态下，当操作面板上的程序段选择跳过开关接通时，有斜杠（/）的程序段被忽略。
16、,程序选择停：在自动运行时，当加工程序执行到M01 指令的程序段后也会停止。,程序循环起动运行：在存储器方式(MEM)、DNC 运行方式(RMT)或手动数据输入方式（MDI）下，若按下循环起动开关，则CNC 进入自动运行状态并开始运行,同时机床上的循环起动灯点亮。,程序进给暂停：自动运行期间进给暂停开关按下时，CNC 进入暂停状态并且停止运行，同时，循环起动灯灭。,(2)数控机床程序功能开关的作用,(3)数控机床加工程序功能开关的PMC控制梯形图,3.数控机床倍率开关PC控制,进给倍率开关,主轴倍率开关,快移倍率开关,(1)数控机床倍率开关,(2)数控机床倍率开关的作用,进给速度倍率开关:通过
17、进给倍率开关选择百分比（%）来增加或减少编程进给速度。,主轴速度倍率开关:使加工程序中指令的主轴速度S 值乘以0254的倍率。,快移倍率开关:数控机床无论自动运行快移速度还是手动快移速度是在系统参数中设定各轴的快移速度（倍率100%的速度），而加工程序中无需指定。自动运行中的快速移动包括所有的快速移动，如固定循环定位、自动参考位置返回等，而不仅仅是G00 移动指令。手动快速移动也包含了参考位置返回中的快速移动。通过快速移动倍率信号可为快速移动速度施加倍率，快速移动速度倍率为F0、25%、50%和100%，其中F0由系统参数设定各轴固定进给速度。,（3）数控机床进给速度倍率和点动速度的PMC控制
18、梯形图,4.数控机床润滑系统PC控制,数控机床润滑系统的电气控制要求（1）首次开机时，自动润滑15秒（2.5秒打油、2.5秒关闭）。（2）机床运行时，达到润滑间隔固定时间（如30分钟）自动润滑一次，而且润滑间隔时间用户可以进行调整（通过PMC参数）。（3）加工过程中，操作者可根据实际需要还可以进行手动润滑（通过机床操作面板的润滑手动开关控制）。（4）润滑泵电动机具有过载保护，当出现过载时，系统要有相应的报警信息。（5）润滑油箱油面低于极限时，系统要有报警提示（此时机床可以运行）。,润滑系统电气控制线路,润滑系统PMC控制梯形图,5.数控机床辅助功能代码（代码）PC控制,M00(程序停):中断程
19、序执行的功能。程序段内的动作完成后，主轴及冷却停止。这以前的状态信息被保护，按循环起动按钮时可重新起动程序运行。,M01(程序选择停):只要操作者接通机床操作面板上的选择停按钮，就可进行与程序停相同的动作。选择停按钮断开时，此指令被忽略。,M02(程序结束):是指示加工程序结束指令。在完成该程序段的动作后，主轴及冷却停止，控制装置和机床复位。,M30(程序结束):是指示加工程序结束指令。在完成该程序段的动作后，主轴及冷却停止，控制装置和机床复位。程序自动回到程序的头。,M03、M04、M05:主轴正转、主轴反转及主轴停止指令。,M07、M08、M09:冷却液1、2打开及冷却液关指令。,M98、
20、M99:子程序调用及子程序结束指令。,M19、M29:主轴定向停和刚性攻丝指令。,系统M代码控制时序图,辅助功能M代码PMC控制,SYSTEM,PMC,系统PMC画面功能及具体操作,TOP为返回梯形图开头的操作软键 BOTTOM为返回梯形图结尾的操作软键 SRCH为搜索梯形图中信号触点的操作软键 W-SRCH为搜索梯形图中信号线圈的操作软键 N-SRCH为搜索系统梯形图的行号的操作软键 F-SRCH（需要按系统扩展键）为搜索系统梯形图中功能指令的操作软键,1.系统梯形图显示画面（PMCLAD）,2.系统梯形图的诊断画面（PMCDGN）,TITLE：显示PMC的标题画面，该画面可以显示系统梯形图
21、的名称、PMC的类型、存储器的使用空间、梯形图程序所占的空间、信号注解所占的空间及信息注解所占的空间。,STATUS：显示系统PMC输入/输出信号的状态。,ALARM：系统PMC报警显示画面。,TRACE：系统PMC信号的跟踪画面显示。,系统PMC计数器画面,系统PMC的定时器画面,3.PMC参数画面（PMCPRM）,系统PMC保持型继电器画面（KEEPRL）,K00K15为用户使用，机床厂家可根据机床的具体要求来设定，如机床是否使用第4轴控制、机床自动排削功能的选择等控制。K16K19为系统专用区，用户不能作为他用，如K17.0为系统梯形图显示选择(设定为0时，表示显示系统梯形图)，K17.1为系统内装编辑功能是否有效(设定为1时,表示有效)。FANUC0iB/0iC系统采用SB7类型PMC时，保持型继电器K900以上为系统专用区。,数据表组控制画面,数据表数据画面,数据表画面（DATA）,G.DATA为显示数据表组内数据的显示操作。G.CONT为数据表组设定操作。NO.SRH为数据表组的搜索操作。INT为数据表控制数据画面的初始化操作。C.DATA为数据表组控制画面显示操作。G.SRCH为搜索数据表组的数据显示操作。SEARCH为搜索该组数据表数据操作。,
