单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,,*,,第,7,章 数控机床电气控制系统,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,,*,,,,第,7,章 数控机床电气控制系统,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,,,第,7,章 数控机床电气控制系统,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,,,第,7,章 数控机床电气控制系统,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,7,章 数控机床电气控制系统,7.1,概述,7.2 JBK-30,型数控系统及其在,CJK0630A,车床上的应用,7.3 FAGOR 8025/8030,数控系统及其在,CK6150,数控车床上的应用,7.4,数控系统中,PLC,的信息交换及,M,、,S,、,T,功能的实现,7.5,数控机床电气图的绘制方法,小结,习题,第7章 数控机床电气控制系统7.1 概述,7.1,概 述,,数控机床是典型的机电一体化产品，除了计算机数控装置和伺服驱动装置之外，还必须有配套的电气控制电路和辅助功能控制逻辑 。
7.1.1,数控机床电气控制电路,数控机床的电气控制电路包括主电路、控制电路、数控系统接口电路等几个部分，涉及低压电器元件、机床电气控制技术和数控系统接口等知识7.1 概 述 数控机床是典型的机电一体化,,机床主电路主要用来实现电能的分配和短路保护、欠压保护、过载保护等功能在控制要求较高的数控机床总电源回路中，为了保证数控系统的可靠运行，一般要通过隔离变压器供电；对于电网电压波动较大的应用场合，还要在总电源回路中加装稳压器；对于主回路中容量较大、频繁通,/,断的交流电动机电源回路，为了防止其对数控系统产生干扰，一般要加阻容吸收电路机床主电路主要用来实现电能的分配和短路保护,,机床控制电路主要用来实现对机床的液压、冷却、润滑、照明等进行控制，该电路的控制原则与普通机床相同，但有些开关信号来自数控系统，而且在交流接触器、继电器线圈的两端要加阻容吸收数控系统接口电路用来完成信号的变换和连接由于在数控系统内部是直流弱电信号，而机床电气控制电路是交流强电信号，为防止电磁场干扰或工频电压串入计算机数控系统中，一般采用光电耦合器进行隔离常见的接口电路如图,7.1,所示机床控制电路主要用来实现对机床的液压、冷,（,a,）直流输入接口,(b),达林顿晶体管输出接口,,图,7.1,数控系统开关量输入,/,输出接口,（a）直流输入接口 (b),7.1.2,数控辅助功能,数控系统除了用于进给位置控制的准备功能（,G,功能）之外，还有用于零件装卸、冷却液开关、主轴启停等控制的辅助功能,(M,功能,),,以及用于指定主轴转速的,S,功能、用于刀具更换的,T,功能。
这些辅助动作控制功能通称为数控辅助功能1.,辅助功能,M,,辅助功能,M,，用来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，卡盘的夹紧和松开，以及自动换刀装置的取刀和还刀等在零件程序中，用字母“,M”,后跟,2,位十进制数字构成的,M,代码编程表,7.1,所示，为某数控系统的基本辅助功能7.1.2数控辅助功能,表,7.1,基本辅助功能动作类型,辅助功能代码,功 能,类型,辅助功能代码,功 能,类型,M00,M01,M02,M03,M04,M05,M06,程序停,选择停,程序结束,主轴顺时针旋转,主轴逆时针旋转,主轴停,换刀准备,A,A,A,I,I,A,C,M07,M08,M09,M10,M11,M30,液状冷却开,雾状冷却开,冷却液关,夹紧,松开,程序结束并倒带,I,I,A,H,H,A,表7.1 基本辅助功能动作类型辅助功能代码功 能类型辅,,各辅助功能的执行条件是不完全相同的，从而可以分为,4,种动作类型有的辅助功能在它所在程序段开始执行时就立即起作用，这类辅助功能称为段前辅助功能，记为,I,，例如,M03,、,M04,等有些辅助功能要等到它所在程序段中的坐标轴运动完成之后才起作用，故称为段后辅助功能，记为,A,，例如,M05,、,M09,等。
各辅助功能的执行条件是不完全相同的，从而可,,有些辅助功能只在本程序段内起作用，当后续程序段到来时便失效，称为当前辅助功能，记为,C,类，例如,M06,等还有一些辅助功能一旦被执行便一直有效，直至被注消或被取代为止，称为保持类辅助功能，记为,H,类，例如,M10,、,M11,等对于不同动作类型的辅助功能，在用逻辑电路或编写,PLC,程序实现时，其处理方法也将不同有些辅助功能只在本程序段内起作用，当后续程,2,．,S,功能,,S,功能主要完成主轴转速的控制，有,S2,位代码和,S4,位代码两种编程形式S2,位代码用字母“,S”,后跟,2,位十进制数的形式来指定主轴转速，,S00,～,S99,共,100,级，主要用于分档调速的主轴S4,位代码用字母“,S”,后跟,4,位十进制数的形式来指定主轴转速，例如，,S1500,就直接表示主轴转速为,1500r/min,S4,位代码表示的转速范围为,0,～,9999r/min,，用于带专用主轴驱动单元的连续或分段无级主轴调速2．S功能,3,．,T,功能,,T,功能即刀具功能，,T,代码后跟随,2,～,5,位数字表示要求的刀具号和刀具补偿号数控机床根据,T,代码，通过,PLC,可以管理刀库，自动更换刀具，也就是说根据刀具和刀具座的编号，可以简便、可靠地进行选刀和换刀控制。
3．T功能,7.1.3,数控系统中的可编程控制器（,PLC,）,数控系统辅助控制功能以开关量顺序控制为主，可采用继电器控制逻辑或可编程序逻辑控制器（,PLC,）实现在一些经济型的数控车床和辅助动作比较简单的数控机床上，为了简单起见，其辅助动作的控制常用继电器逻辑实现而在功能比较完善的数控机床上，其辅助动作的控制逻辑一般都比较复杂，如果仍使用继电器实现，则电路的设计和调试将比较困难，可靠性也差因此，多数数控机床都采用可编程控制器（,PLC,）来完成辅助运动的控制7.1.3数控系统中的可编程控制器（PLC）,,根据所用,PLC,与,CNC,装置之间的关系不同，数控系统中的,PLC,分为内装型,PLC,和独立型,PLC,两种配置形式1,．独立型,PLC,,所谓独立型,PLC,实际上也就是一个通用型,PLC,，它完全独立于,CNC,装置，具有完备的硬件和软件，能够独立完成逻辑顺序控制任务它与,CNC,装置、数控机床之间的关系如图,7.2,所示根据所用PLC与CNC装置之间的关系不同,[工学]《数控原理与系统》第7章--数控机床电气控制系统课件,,独立型,PLC,不但要进行机床侧的,I/O,连接，还要进行,CNC,装置侧的,I/O,连接。
CNC,和,PLC,都有自己的开关量,I/O,接口电路，,PLC,的,I/O,点数和功能可根据被控机床辅助动作的复杂程度而定数控车床、数控铣床等单台数控设备，所需,PLC,的,I/O,点数大多在,64,点以下，加工中心等复杂设备在,64,点以上，这时选用微型或小型,PLC,上即可而对于大型数控生产线，如,FMC,、,FMS,、,CIMS,等，则需要选用中型或大型,PLC,独立型,PLC,配置灵活，不受,CNC,的限制但是其连线复杂，与,CNC,之间的联系不紧密，造价较高，性能,/,价格比较低独立型PLC不但要进行机床侧的I/O连接,2,．内装型,PLC,,内装型,PLC,也叫内置型,PLC,，内装型,PLC,的全部功能包含在,CNC,装置内，从属于,CNC,装置，与,CNC,装置集成于一体，如图,7.3,所示在内含,PLC,的数控系统中，其,PLC,的硬件和软件作为,CNC,装置的基本功能统一设计，并且其性能指标也由,CNC,系统来确定内置型,PLC,与所从属,CNC,装置之间的信号传送均在其内部进行，无需另外连线与被控机床开关量信号的传送通过,CNC,装置的,I/O,电路完2．内装型PLC,[工学]《数控原理与系统》第7章--数控机床电气控制系统课件,,内置型,PLC,既可以与,CNC,共用一个,CPU,，也可以设置专用的,CPU,，其逻辑电路结构如图,7.4,所示。
与,CNC,共用,CPU,可以进一步更充分地利用,CNC,装置中微处理器的余力来完成,PLC,的功能，并且使用元器件较少，但,I/O,点数不可能太多，功能也有限，一般用于中低档数控系统后者由于有自己的,CPU,来处理,PLC,的功能，功能较强，速度较快；用于规模较大，逻辑复杂，动作速度要求高的数控系统中由于内置型,PLC,与,CNC,一体化设计，与,CNC,内部直接处理数据的能力强，外部接线简单，可靠性高，整体造价较低，具有较高的性能,/,价格比内置型PLC既可以与CNC共用一个CPU，,[工学]《数控原理与系统》第7章--数控机床电气控制系统课件,7.2 JBK-30,型数控系统及其在,CJK0630A,车床上的应用,7.2.1 JBK-30,型数控系统简介,,JBK-30,型数控系统是一种经济（简易）型数控系统，主要用于经济型和教学型数控车床的控制，也可以用作普通车床的数控改造，其外部结构如图,7.5,所示7.2 JBK-30型数控系统及其在CJK0630A车床,（,a,） 外观结构,（a） 外观结构,（,b,）后面板结构,图,7.5 JBK-30,型数控系统外部结构,（b）后面板结构 图7.5 JBK-30型数控系统外部结构,,该数控系统采用一体化结构，操作面板、电源、,CNC,控制电路以及步进电机的驱动电路全部安装在一个控制箱中。
在操作面板上装有,4,排,LED,数码管显示器；在显示器右边有,40,个编辑键，,8,个状态键，,8,个控制键在控制箱后面板上，装有交流,220V,电源插座、螺纹插座、,T,功能插座、,M.S,功能插座、,X,电机插座和,Z,电机插座该数控系统采用一体化结构，操作面板、电源,,系统采用交流,220V,电源供电，螺纹插座用来连接主轴编码器，,T,功能插座用于刀架电机的控制和接收刀位开关信号，,S.M,功能插座用来控制主轴换档和主轴启动,/,停止等辅助控制，,X,电机插座和,Z,电机插座为步进电动机驱动电源的输出，用来驱动,X,轴和,Z,轴步进电机各插座的接口定义如图,7.6,所示系统采用交流220V电源供电，螺纹插座用来,图,7.6 JBK-30,型数控系统接口定义,图7.6 JBK-30型数控系统接口定义,7.2.2 CJK0630A,数控车床传动结构和控制要求,,CJK0630A,数控车床是具有两轴联动功能的教学型数控车床，其结构比较简单，传动系统如图,7.7,所示该数控车床的主轴由,3KW,交流异步电动机,M1,驱动，手动分档变速；在主轴的尾端装有主轴编码器,G1,，用于实现螺纹加工。
进给运动采用步进电机,M4,、,M5,驱动，,SQ1,～,SQ4,分别为,X,轴和,Y,轴的正负向限位开关该机床采用四工位刀架，,M3,为刀架电机，,T1,～,T4,为四个刀位检测开关M2,为冷却液水泵电机7.2.2 CJK0630A数控车床传动结构和控制要求,图,7.7 CJK0630A,数控车床机械传动图,图7.7 CJK0630A数控车床机械传动图,CJK0630A,数控车床主轴的正转、反转、停止分别由,JBK-30,型数控系统的,M03,、,M04,、,M05,指令控制，主轴转速采用手动机械换档控制通过主轴编码器反馈，同步进给，实现螺纹加工冷却液的开关由旋钮,SA1,控制，当,SA1,闭合时，主轴启动则冷却液开，主轴停止则冷却液关；当,SA1,断开时，关闭冷却液刀架的位置由程序中的,T1,、,T2,、,T3,、,T4,指令指定进给运动可点动进给，也可连续自动进给，由,JBK-30,型数控系统控制如果超过正负向限位，则产生报警CJK0630A数控车床主轴的正转,7.2.3,控制电路工作原理,机床控制电路如图,7.8,、图,7.9,所示，共有三台交流异步电动机，两台步进电动机由于该机床的辅助动作比较简单，其辅助动作的控制采用继电器逻辑实现。
7.2.3 控制电路工作原理,图,7.8 CJK0630A,数控车床电气原理图,图7.8 CJK0630A数控车床电气原理图,图,7.9 CJK0630A,数控车床,CNC,接口电路,图7.9 CJK0630A数控车床CNC接口电路,,在图,7.8,中，主回路三相交流电源通过自动空气开关,QF1,引入，经过自动空气开关,QF2,、,QF3,、,QF4,分配给,M1,、,M2,、,M3,交流异步电动机回路自动空气开关具有短路保护功能，并能够起到一定的过载保护功能KM1,、,KM2,为主轴电动机,M1,的正传和反转接触器，,KM3,为冷却电动机,M2,的启动和停止接触器，,KM4,、,KM5,为刀架电动机,M3,的正传和反转接触器FR1,、,FR2,为,M1,和,M3,电动机的过载保护热继电器，由于刀架电机工作时间很短，所以不需要加过载保护为了提高系统的抗干扰能力，在总电源回路和主轴电动机回路中设置了阻容吸收电路,FV1,、,FV2,在图7.8中，主回路三相交流电源通过自动空,,控制回路采用交流,220V,电源供电，控制回路电源通过单相自动空气开关,QF5,引入，分别向交流接触器控制回路和,CNC,装置供电，并具有短路保护和过载保护作用。
控制回路采用交流220V电源供电，控制回路,,接触器,KM1,、,KM2,的线圈分别受小型继电器,KA1,、,KA2,的常开点控制，当执行到含有,M3,指令的程序段时，,CNC,装置发出信号，使继电器,KA1,吸合，,KA1,常开点闭合使接触器,KM1,线圈得电吸合并自锁，接通主轴电动机,M1,的三相交流电源，主轴正转启动；当执行到含有,M4,指令的程序段时，,CNC,装置发出信号使继电器,KA2,吸合，,KA2,常开点闭合使接触器,KM2,线圈得电吸合并自锁，接通主轴电动机,M1,的三相交流电源，主轴反转启动当执行到含有,M5,指令的程序段时，,CNC,装置发出信号，使继电器,KA3,吸合，,KA3,常闭点断开使接触器,KM1,或,KM2,线圈断电释放，切断主轴电动机,M1,的三相交流电源，主轴停止运转；,,接触器KM1、KM2的线圈分别受小型继电,,接触器,KM3,、,KM4,的线圈分别受小型继电器,KA4,、,KA5,的常开点控制，当需要更换刀具时，,CNC,装置发出信号，首先使继电器,KA4,吸合，,KA4,常开点闭合使接触器,KM3,线圈得电吸合，接通刀架电动机,M3,的三相交流电源，刀架电机正转，使刀架抬起旋转；当刀架旋转到预定的刀具位置时，,CNC,装置发出信号使继电器,KA4,释放、,KA5,吸合，接触器,KM3,线圈断电释放、接触器,KM4,线圈得电吸合，刀架电机开始反转，使刀架落下并锁紧；延时,1,～,2,秒后，继电器,KA5,释放，接触器,KM4,线圈断电释放，刀架电机停止转动，换刀结束。
接触器KM3、KM4的线圈分别受小型继电器,SA1,为冷却液手动开关SA1,闭合后，主轴启动（,KM1,或,KM2,吸合）时，接触器,KM5,得电吸合，接通冷却泵电机电源，冷却泵开始工作；主轴停止（,KM1,和,KM2,均断开）时，接触器,KM5,断电，冷却泵停止工作SA1,断开时，接触器,KM5,线圈回路切断，冷却电机不工作，冷却泵停止运转SA1为冷却液手动开关SA1闭合后，主,,在图,7.9,中，,T1,、,T2,、,T3,、,T4,是四个刀具位置检测开关（或霍尔传感器），分别接,CNC,装置,T,功能插座的刀位信号输入端,T10,、,T20,、,T30,、,T40,两个坐标的正向限位开关,SQ1,、,SQ3,串联后接,CNC,装置的正限位输入端；两个坐标的负向限位开关,SQ2,、,SQ4,串联后接,CNC,装置的负限位输入端主轴旋转编码器的,5,根信号线与,CNC,装置的螺纹输入相连接，,CNC,装置的步进驱动输出与,X,轴、,Z,轴步进电动机相连接CNC,装置的,M,功能,M3,、,M4,、,M5,和,T,功能刀架正转、刀架反转分别经过小型继电器,KA1,～,KA5,转接后，去控制交流接触器线圈，从而实现了,CNC,直流,24V,弱信号到交流,220V,强信号的转接接口。
在图7.9中，T1、T2、T3、T4是四,,通过上述分析可以看出，对于辅助动作比较简单的数控机床，只需要用少量的接触器、继电器元件，配合数控系统接口逻辑，即可实现辅助动作的控制在,CJK0630A,数控机床中，辅助,M,功能,M03,、,M04,、,M05,通过接触器逻辑实现，没有使用,S,功能，,T,功能由数控系统完成，当执行换刀指令时，在,JBK-30,型数控系统内部进行逻辑处理，控制刀架电机完成换刀动作通过上述分析可以看出，对于辅助动作比较简,7.3 FAGOR 8025/8030,数控系统及其在,CK6150,数控车床上的应用,,7.3.1 FAGOR 8025/8030,数控系统简介,,FAGOR 8025/8030,数控系统是由西班牙,FAGOR,公司生产的数控系统产品7.3 FAGOR 8025/8030数控系统及其在CK61,它有,T,、,TG,、,TS,三个系列，其中,T,系列为车床系列，,TG,系列为带有图形功能的车床数控系统，,TS,为具有刀具自旋转功能的车床数控系统系统最多可驱动六个坐标轴，也可接受六个轴的反馈输入，可以实现三轴联动直线插补，两轴直线或圆弧插补系统分辨率为,1um,，机床定位精度接近,2um,。
系统中,G00,的最大进给速度可达到,65.535m/min,，可控最大主轴转速为,9999r/min,刀库容量可达,99,把刀具8,吋单色,CRT,显示器可进行静、动态图形显示经,RS232,和,RS485,通信接口可以很容易地实现通讯和联网具有完备的刀具补偿功能有较强的错误诊断能力还具有探针输入功能它有T、TG、TS三个系列，其中T系列为车床,1.,外形结构,,FAGOR 8025/8030,车床数控系统外形结构如图,7.10,所示，其操作面板、,CRT,显示器和系统主板采用一体化集成安装结构该数控系统分为不带,PLC,型和内装,PLC,型两种形式，其前面板及外形结构相同，后面板,I/O,连接器数量不同，不带,PLC,型只有,I/O1,、,I/O2,两个,I/O,连接器，而内装,PLC,型有,I/O1,、,I/O2,、,I/O3,三个,I/O,连接器，如图,7.11,所示下面以不带,PLC,型,FAGOR 8025/8030,车床数控系统（图,7.11a,）为例，介绍在,CK6150,数控车床上的应用1. 外形结构,图,7.10 FAGOR 8025/8030,数控系统外形结构,图7.10 FAGOR 8025/8030数控系统外形结构,（,a,）不带,PLC,型,（a）不带PLC型,(b),内装,PLC,型,图,7.11 FAGOR 8025/8030,数控系统后面板布局,(b)内装PLC型 图7.11 FAGOR 8025/803,2. I/O,连接器配置,,FAGOR 8025/8030,数控系统采用交流,220V,电源供电，靠后备锂电池保存机床参数等信息。
该系统有两个,I/O,连接器，,5,个编码器输入插座，,1,个电子手轮输入插座，两个串行通信接口2. I/O连接器配置,（,1,）,I/O,连接器,,I/O,连接器,I/O1,、,I/O2,用来向伺服驱动装置提供模拟电压给定信号，向外部独立型,PLC,输出辅助功能信号，接受外部,PLC,送来的同步信号等，配置如图,7.12,所示其中,M1,～,M15,为,M,功能译码输出；,MST01,～,MST80,为,M,、,S,、,T,功能,BCD,编码输出，与三个选通信号,M Strobe,、,S Strobe,、,T Strobe,配合，实现辅助功能输出控制；,Emergency Stop,为外部输入到,CNC,的急停信号，,Feed Hold,为外部输入到,CNC,的进给保持信号，这两个信号均为低电平有效1）I/O连接器,（,a,）,I/O1,（a） I/O1,(b) I/O2,图,7.12 FAGOR 8025/8030,数控系统,I/O,连接器,(b) I/O2 图7.12 FAGOR 8025/8030,（,2,）位置反馈编码器输入,A1,、,A2,、,A3,、,A4,A1,～,A4,为,4,个位置反馈旋转编码器输入,15,针插座，其中,A1,用于,X,轴反馈，,A2,用于刀具或第,4,轴反馈，,A3,用于,Z,轴反馈，,A4,用于,C,轴或第,3,轴反馈。
插针排列如图,7.13(a),所示2）位置反馈编码器输入A1、A2、A3、A4,（,a,）,A1,～,A4,插针排列,(b) A5,插针排列,(c) A6,插针排列,图,7.13,编码输入信号连接器,（a）A1～A4插针排列 (b) A5插针排列,（,3,）主轴编码器输入,A5,A5,为主轴编码器输入插座，用于主轴转速反馈和螺纹加工，插针排列如图,7.13(b),所示4,）电子手轮输入,A6,A6,为电子手轮输入插座，,1,～,5,号插针用于手轮输入，,6,～,8,号插针用于探针输入，插针排列如图,7.13(c),所示3）主轴编码器输入A5,7.3.2 CK6150,数控机床结构及控制要求,1.,机床结构,,CK6150,数控车床外形结构如图,7.14,所示，床身最大回转直径,500 mm,，刀架最大回转直径,300 mm,，主轴转速范围,36,～,1600rpm(12,档,),，横向,X,轴进给速度,0,～,2 m/min,，纵向,Z,轴进给速度,0,～,4 m/min,，横向,X,轴快移速度,3 m/min,，纵向,Z,轴快移速度,6 m/min,，公制螺纹范围,0.01,～,48 mm,，英制螺纹范围,1,～,200 t/in,，刀具容量,4,把，主轴电机功率,7.5 kw,，纵向,Z,最小设定单位,0.001 mm,，横向,X,最小设定单位,0.001 mm,。
7.3.2 CK6150数控机床结构及控制要求1. 机床结构,,图,7.14 6150,数控车床外形结构,图7.14 6150数控车床外形结构,,机床传动系统如图,7.15,所示该数控车床的主轴由,7.5KW,双速交流异步电动机,M2,驱动，手动三档变速，电磁离合器,YA1,、,YA2,自动两档变速，共有,12,档速度；在主轴的尾端装有主轴编码器,G1,，用于速度测量和螺纹加工进给运动采用,1FT-5064,型交流伺服电机,M6,、,M7,驱动，,SQ1,～,SQ6,分别为,X,轴和,Y,轴的正负向限位开关和参考点开关该机床采用四工位刀架，,M4,为刀架电机，,T1,～,T4,为四个刀位检测开关M1,为油泵电机，,M3,为冷却液水泵电机，,M5,为润滑泵电机机床传动系统如图7.15所示该数控车床,图,7.15 CK6150,型数控车床传动系统示意图,图7.15 CK6150型数控车床传动系统示意图,,此外，,CK6150,型数控车床卡盘的卡紧与松开，尾座套筒的伸出与退回都是由液压系统驱动的图,7.16,所示是,CK6150,数控车床得液压系统原理图此外，CK6150型数控车床卡盘的卡紧与,图,7.16 CK6150,型数控车床液压系统原理图,图7.16 CK6150型数控车床液压系统原理图,2.,控制要求,液压启动,/,停止由按钮,SB3,、,SB2,控制，,NC,启动,/,停止由按钮,SB5,、,SB4,控制。
SA1,为照明开关，,SB1,位外部急停按钮当有紧急情况发生时，按下急停按钮,SB1,，切断控制回路电源机床控制面板如图,7.17,所示2. 控制要求,图,7.17 CK6150,型数控车床控制面板图,图7.17 CK6150型数控车床控制面板图,CK6150,数控车床的主轴采用分档变速，三个手动档与四个自动档组成,12,档变速，四个自动档由,MDI,按键或零件程序中的,S1,、,S2,、,S3,、,S4,指令指定，主轴启动,/,停止受,M03/M05,指令控制液压卡盘的松开、夹紧由脚踏开关,SQ1,控制液压尾座可点动伸出（点动左,SB7,）、连续伸出（连续左,SB6,）、连续退回（连续右,SB8,）CK6150数控车床的主轴采用分档变速，,,冷却液的开关由旋钮,SA2,和程序中的,M08,（开）、,M09,（关）共同控制导轨润滑采用定时控制，每,30,分钟一次，每次,10,秒钟刀架的位置由,MDI,按键或程序中的,T1,、,T2,、,T3,、,T4,指令指定进给运动可点动进给，也可连续自动进给，由,CNC,装置控制如果超过正负向限位，则产生急停报警，按住超程解除按钮,SB9,后才可再进行点动。
冷却液的开关由旋钮SA2和程序中的M08,7.3.3,控制电路工作原理,由于,CK6150,数控车床采用不含,PLC,的,FAGOR 8025,数控系统，因此需要独立配置可编程控制器来完成辅助功能的控制机床控制电路如图,7.18,、图,7.19,、图,7.20,所示，系统采用了西门子,S7-200,型可编程控制器和西门子,611A,伺服驱动,,,其基本工作原理如下7.3.3 控制电路工作原理,1.,主电路,在图,7.18,所示的主回路中，三相交流电源通过自动空气开关,QF1,引入，经过自动空气开关,QF2,～,QF6,分配给,M1,～,M5,交流异步电动机回路自动空气开关具有短路保护功能，并能够起到一定的过载保护功能1.主电路,KM1,液压电动机,M1,的启动和停止控制接触器KM2,、,KM3,、,KM4,为主轴电动机,M2,的高速、低速控制接触器；当,KM2,吸合,KM3,、,KM4,断开时，电动机,M2,定子绕组三角形接法，,4,极低速运行；当,KM3,、,KM4,吸合,KM2,断开时，电动机,M2,定子绕组呈双星形接法，,2,极高速运行KM5,为冷却泵电动机,M3,的启动和停止控制接触器。
KM6,、,KM7,为刀架电动机,M4,的正传和反转控制接触器KM8,为润滑泵电动机,M5,的启动和停止控制接触器KM1液压电动机M1的启动和停止控制接触,FR1,、,FR2,、,FR3,分别为,M1,、,M2,、和,M3,电动机的过载保护热继电器，由于刀架电机和润滑电机的工作时间很短，所以不需要加过载保护为了提高系统的抗干扰能力，在总电源回路和主轴电动机回路中设置了阻容吸收电路,FV1,～,FV,６FR1、FR2、FR3分别为M1、M,图,7.18 CK6150,型数控车床主电路原理图,图7.18 CK6150型数控车床主电路原理图,2.CNC,接口和控制电路,在图,7.19,所示的伺服驱动接口、,CNC,接口和控制回路中，伺服驱动器采用三相交流,380V,电源供电，三相电源经过自动空气开关,QF7,引入；,FAGOR 8025,数控系统采用单相交流,220V,电源供电，电源经过自动空气开关,QF8,引入；控制回路采用单相交流,110V,电源供电，,380V,电源经过自动空气开关,QF9,引入后，经过变压器,T1,和自动空气开关,QF10,向控制回路供电KM9,为伺服驱动器、,FAGOR 8025,数控系统、,S7-200,可编程控制器和直流,24V,开关电源的电源控制接触器。
2.CNC接口和控制电路,图,7.19 CK6150,型数控车床,CNC,接口和控制电路原理图,图7.19 CK6150型数控车床CNC接口和控制电路原理图,,在系统上电后，按下液压启动按钮,SB3,，接触器,KM1,吸合并自锁，液压泵电动机得电运转，液压泵开始工作这时，按下,NC,启动按钮,SB5,，接触器,KM9,吸合并自锁，伺服驱动器、,FAGOR 8025,数控系统、,S7-200,可编程控制器和直流,24V,开关电源同时得电，,FAGOR 8025,数控系统开始自检在系统上电后，按下液压启动按钮SB3，接触,FAGOR 8025,数控系统自检结束后，在没有外部急停报警的情况下，从,I/O1,口输出,X,轴、,Z,轴伺服使能信号，通过继电器,KA1,、,KA2,转接后，分别接通,611A,伺服驱动电源的,X331,、,X332,的,65,、,9,端，伺服驱动器开始工作当手动方式点动或者自动执行程序进给时，如果来自,PLC,的进给保持信号无效，则数控系统通过,I/O1,口输出,0,～,±10V,模拟给定信号到,611A,伺服驱动器的,X331,、,X332,的,56,、,14,端，伺服驱动器开始工作，驱动伺服电动机,M6,、,M7,运转。
FAGOR 8025数控系统自检结束后，,,在伺服电动机上，同轴安装这两个传感器，一个是转子位置和速度测量传感器,T,，另一个是用于位置测量反馈的旋转编码器,G,两个伺服电机的转子位置和速度反馈信号分别接到伺服驱动器的,X311,、,X313,上，旋转编码器输出的位置测量反馈信号接到,FAGOR 8025,数控系统的,A1,、,A3,接口在伺服电动机上，同轴安装这两个传感器，一,,在伺服驱动器上电后，也要进行自检，如果自检正常，则输出一个伺服准备好开关信号给,PLC,的,I2.0,在工作过程中，,611A,具有电机过热、过载保护功能，一旦检测到电机过热，过热保护继电器动作，向,PLC,的,2.1,发出伺服热保护信号，产生急停报警其他象主轴启,/,停、换档，换刀等辅助动作，由,FAGOR 8025,数控系统通过,I/O1,、,I/O2,接口将工作方式、辅助控制命令等信号送到,PLC,处理控制有些辅助动作的处理控制结果还要由,PLC,送回数控系统的,I/O1,接口，通过进给保持信号同步程序的执行在伺服驱动器上电后，也要进行自检，如果自检,3.PLC,控制电路,在图,7.20,所示的,PLC,控制电路中，由西门子,S7-200,系列,CPU 226,（,24V,直流入,/16,继电器出）主单元和,EM221,（,8,入）直流,24V,输入扩展单元、,EM222,（,8,处）继电器输出扩展单元组成,56,点可编程控制器。
3.PLC控制电路,图,7.20 CK6150,型数控车床,PLC,控制电路原理图,图7.20 CK6150型数控车床PLC控制电路原理图,,冷却液开关,SA2,、尾座操作按钮,SB6,～,SB8,、超程解除按钮,SB9,分别接至,PLC,的,I0.0,～,I0.4,输入端，用于手动操作液压电机控制接触器辅助触点,KM1,、主轴电机控制接触器辅助触点,KM2,、,KM3,分别接至,PLC,的,I0.5,～,I0.7,输入端，用于连锁控制四个刀位检测开关,T1,～,T4,分别接至,PLC,的,I1.0,～,I0.3,输入端，用于换刀控制X,轴、,Z,轴正负向限位开关,SQ1,、,SQ2,、,SQ4,、,SQ5,分别接至,PLC,的,I1.4,、,I1.5,输入端，用于超程报警冷却液开关SA2、尾座操作按钮SB6～SB,“,伺服准备好”信号和“电机过热” 信号分别接至,PLC,的,I2.0,、,I2.1,输入端，用于急停报警来自,FAGOR 8025,数控系统的,MST,选通信号、工作方式,(JOG),信号、,NC,急停信号和复位信号、辅助功能编码,(MST01,～,MST20),信号分别接至,PLC,的,I2.2,～,I2.7,、,I3.0,～,I3.5,输入端，用于辅助功能控制。
各输入接点的公共端,1M,～,4M,均与,24V,开关电源的输出负极,M,相连伺服准备好”信号和“电机过热” 信号分,,可编程控制器的继电器输出,Q0.0,～,Q0.7,的公共端,COM1,与控制电路的,6,号线相连，当油泵电机启动后，控制回路的交流,110V,电源加到,COM1,端，通过,PLC,的继电器输出,Q0.0,～,Q0.5,分别控制接触器线圈,KM2,～,KM8,的通电,/,断电，从而控制主轴电机高速,/,低速、冷却电机启动,/,停止、刀加正转,/,反转、润滑电机启动,/,停止PLC,的继电器输出,Q1.0,～,Q1.7,的公共端,COM2,和,Q2.0,～,Q2.7,的公共端,COM3,与,24V,开关电源的正极输出,L+,相连可编程控制器的继电器输出Q0.0～Q0.,PLC,的继电器输出,Q1.0,～,Q1.6,分别控制,24V,直流电磁阀,YV1,～,YV4,和电磁铁,YA1,～,YA3,的通电,/,断电，从而控制卡盘的夹紧,/,松开、位座的伸出,/,退回、主轴高速档,/,低速档和主轴的刹车制动PLC,的继电器输出,Q2.0,～,Q2.4,分别控制,24V,指示灯,HL2,～,HL6,的通电,/,断电，分别用于急停报警、卡盘夹紧、,X,轴超程、,Z,轴超程和尾座顶紧的指示。
PLC,的继电器输出,Q2.5,与,FAGOR 8025,数控系统,I/O1,口的,14,端相连，用于将外部急停报警信号送给数控系统PLC,的继电器输出,Q2.6,与,FAGOR 8025,数控系统,I/O1,口的,15,端相连，用于将进给保持信号送给数控系统，同步零件程序的执行PLC的继电器输出Q1.0～Q1.6分别,7.3.4 PLC,程序分析,由于,CK6150,数控机床的辅助控制逻辑较为复杂，单纯用接触器,——,继电器控制逻辑实现比较困难，因此，采用了独立于,CNC,之外的,S7-200,可编程控制器来完成辅助控制功能遵循结构化程序设计原则，,PLC,程序采用“主程序,—,子程序”结构，以方便,PLC,程序的设计和调试7.3.4 PLC程序分析,1,．,PLC,主程序,如图,7.21,所示，是,CK6150,数控车床的,PLC,控制主程序梯形图在,PLC,主程序中，首先把,CNC,送到,IB3,口的,MST,代码（,BCD,码）与,63(3FH),相与，屏蔽掉,I3.6,、,I3.7,，并在,M,选通、,S,选通、,T,选通信号的作用下，分别将,M,代码转存到,MB1,，,S,代码转存到,MB2,，,T,代码转存到,MB3,；然后，无条件（,SM0.0,）调用主轴控制子程序、液压卡盘和液压尾座控制子程序、冷却和润滑控制子程序、换刀控制子程序、急停和进给保持控制子程序。
1．PLC主程序,,图,7.21,数控车床,PLC,控制主程序梯形图,图7.21 数控车床PLC控制主程序梯形图,2,．主要子程序,（,1,）液压卡盘和液压尾座控制子程序,如图,7.22,所示，是液压卡盘和液压尾座控制子程序梯形图，这两种动作的控制都是在手动,JOG(I2.5),方式下进行的液压卡盘的夹紧和松开是由一个脚踏开关,SQ7,控制的，第一次踩踏时夹紧，第二次踩踏时松开，因此限将这个开关的闭合信号转换成脉冲信号,M0.3,，然后用,M0.3,脉冲去置位,Q1.0,、复位,Q1.1,，或者复位,Q1.0,、置位,Q1.1,2．主要子程序,,图,7.22,数控车床液压卡盘、液压尾座控制,PLC,子程序梯形图,图7.22 数控车床液压卡盘、液压尾座控制PLC子程序梯形,,液压尾座的伸出和退回由按钮,SB6(I0.1),、,SB7(I0.2),、,SB8(I0.3),控制的按下连续左按钮,I0.1,，尾座伸出,Q1.0,有效并自锁，同时解除,Q1.1,，尾座连续伸出按下点动左按钮,I0.2,，尾座伸出,Q1.0,有效，同时解除,Q1.1,，尾座伸出；放开,I0.2,后尾座伸出,Q1.0,解除，尾座停止。
按下连续右按钮,I0.3,，尾座退回,Q1.1,有效并自锁，同时解除,Q1.0,，尾座连续退回液压尾座的伸出和退回由按钮SB6(I0.,（,2,）冷却和润滑控制子程序,如图,7.23,所示，是冷却和润滑控制子程序梯形图冷却液的开,/,关由手动旋钮,SA2(I0.0),和,M,功能指令,M08,、,M09,共同控制自动方式（,I2.5=0,）时，在,M,选通信号的作用下，判断,MB1,的值，如果等于,08,则置位,M0.2,，如果等于,09,则复位,M0.2,；手动旋钮,SA2,闭合,(I0.0=1),或者,M0.2=1,时，开启冷却,Q0.2,润滑泵的启动,/,停止由定时器,T37,（,10,秒钟）、,T38,（,30,分钟）控制，在无急停报警的情况下，每,30,分钟润滑一次，每次,10,秒钟2）冷却和润滑控制子程序,,图,7.23,数控车床冷却和润滑控制,PLC,子程序梯形图,图7.23 数控车床冷却和润滑控制PLC子程序梯形图,（,3,）换刀控制子程序,如图,7.24,所示，是自动换刀控制子程序梯形图在这个梯形图中，用字节传送指令将当前刀位开关信号,(I1.0I,～,1.3),转换成当前刀号代码,(,１～４,),存放到,MB4,中；当执行换刀指令时，在,T,选通信号的作用下，将指令刀号,MB5,与当前刀号,MB4,进行比较，如果不相等则置位,Q0.3,、复位,Q0.4,，刀架电机正转，刀架开始旋转；当转到预定的刀位时，当前刀号,MB4,与指令刀号,MB3,相等，复位,Q0.3,，刀架停止正转，在,Q0.3,闭合脉冲的作用下，置位,Q0.4,，刀架电机开始反转，刀架下降锁紧，定时器,T40,延时,4,秒钟后，复位,Q0.4,，换刀动作结束。
3）换刀控制子程序,,图,7.24,数控车床换刀控制,PLC,子程序梯形图,图7.24 数控车床换刀控制PLC子程序梯形图,（,4,）主轴控制子程序,如图,7.25,所示，是主轴启动,/,停止和换档变速控制子程序梯形图首先执行,S,指令，指定速度档，然后执行,M03,指令，置位,M0.1,，根据,S,指令代码,MB2,不同，产生相应的输出组合（,Q0.0,、,Q0.1,、,Q1.4,、,Q1.5,），从而启动主轴按预定的转速运转当执行,M05,、,M30,（,MB1=48,）指令，或者,NC,复位急停时，复位,M0.1,，主轴停止并接通刹车制动电磁铁（,Q1.6,）制动，制动,2,秒钟后，定时器,T41,动作，释放制动电磁铁4）主轴控制子程序,,图,7.25,数控车床主轴控制,PLC,子程序梯形图,图7.25 数控车床主轴控制PLC子程序梯形图,（,5,）急停、进给保持控制子程序,如图,7.26,所示，是急停处理和进给保持处理子程序梯形图急停和进给保持是,PLC,送给,CNC,的辅助控制反馈、同步信号，用来反馈辅助控制信息，同步,NC,程序的执行,当出现,X,轴越限、,Z,轴越限、油泵过载、主轴过载或者伺服电机过热时，发出急停控制信号,Q2.5,，通知,CNC,进行急停处理。
在换刀（,Q0.3=1,或,Q0.4=1,）期间，或者在自动工作方式而主轴还没有启动的情况下，向,CNC,发进给保持信号（,Q2.6,），使,CNC,锁定进给，保证机床安全5）急停、进给保持控制子程序,,图,7.26,数控车床急停、进给保持控制,PLC,子程序梯形图,图7.26 数控车床急停、进给保持控制PLC子程序梯形图,,通过对上述应用实例分析，可以清楚地看出独立型,PLC,与,CNC,装置之间、,PLC,与机床侧的开关量之间的,I/O,连接关系；并通过,PLC,程序设计，使,CNC,装置、,PLC,和数控机床三者紧密结合在了一起，形成一个有机整体，从而控制数控机床有条不紊地工作通过对上述应用实例分析，可以清楚地看出独,7.4,数控系统中,PLC,的信息交换及,M,、,S,、,T,功能的实现,7.4.1,基本概念,数控系统中,PLC,的信息交换，就是以,PLC,为中心，在,CNC,、,PLC,和机床之间的信息传递PLC,通过信息交换，接受,CNC,的命令信息，实现辅助功能的控制；并把逻辑控制的结果信息，送回,CNC,装置，以同步零件程序的执行7.4 数控系统中PLC的信息交换及M、S、T功能的实现7,PLC,与,CNC,之间交换的信息分两个方向进行，其中由,CNC,发给,PLC,的信息主要包括各种功能代码,M,、,S,、,T,的信息，手动,/,自动方式信息，各种使能信息等。
而由,PLC,发给,CNC,的信息主要包括,M,、,S,、,T,功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等PLC与CNC之间交换的信息分两,,同样，,PLC,与机床之间交换的信息也分为两部分由,PLC,向机床发送的信息主要是控制机床的执行元件，如电磁阀、接触器、继电器的通,/,断电，以及各种状态指示和故障报警等而由机床向,PLC,发送的信息，主要包括机床操作面板上各种开关、按钮等信号，以及各运动部件的限位信息例如机床的起动,/,停止、主轴正转,/,反转,/,停止、冷却液的开,/,关、倍率选择、各坐标轴点动以及刀架卡盘夹紧,/,松开等信息，还有各运动部件的限位开关，主轴状态监视信号和伺服系统运行准备信号等同样，PLC与机床之间交换的信息也分为两部,7.4.2,内装型,PLC,及其信息交换,对于不同数控系统，所交换的信息内容、数量各有区别，但基本思路和作用是一样的对于不带,PLC,的数控系统产品，其信息交换主要以开关量为主，并通过,CNC,与,PLC,之间的硬件,I/O,连接来实现对于内装,PLC,的数控系统产品，不仅可通过开关量交换信息，而且可以通过内部寄存器、内部标志位等交换信息，而且在,CNC,与,PLC,之间无需硬件,I/O,连接，数据处理能力强，可靠性高，是数控系统发展的方向。
7.4.2 内装型PLC及其信息交换,,以内部带,PLC,的,FAGOR 8025/8030,数控系统为例，其内部输入,/,输出点数为,41/24,点，其,PLC,信息交换情况介绍如下1.,资源配置,该系统内部与,PLC,有关的信号流向及与外部的连接如图,7.27,所示其中输入信号,I42,～,I104,是,CNC→PLC,的内部开关量信号，,O25,～,O64,是,PLC→CNC,的内部开关量信号另外，输入信号,I1,～,I41,是机床→,PLC,的外部开关量信号，,O1,～,O24,是,PLC→,机床的外部开关量信号以内部带PLC的FAGOR 8025/80,I/O1,、,I/O2,、,I/O3,式安装在,FAGOR 8025/8030 CNC,背部的,3,个连接器，用来输入,/,输出,CNC,和,PLC,的信号I/O3,上有,CNC,模拟电压输出，为主轴和,6,个进给轴的伺服系统提供模拟控制电压O1,～,O24,共,24,个外部输出信号全部安排在,I/O1,上；而,I1,～,I41,共,41,个外部输入信号分散安排在三个连接器上，其中,I/O1,上有,8,个输入信号，,I/O2,上有,32,个输入信号，,I/O3,上有,—,个输入信号。
I/O1、I/O2、I/O3式安装在FA,,图,7.27,图7.27,,除了上述,CNC,与,PLC,之间、,PLC,与机床之间的开关量,I/O,信号之外，,FAGOR 8025/8030,数控系统的,PLC,还有以下内部资源：,①,2047,个标志器,(,内部继电器,),；,②,255,个,16,位寄存器；,③,32,个计时器,(,可选择计时范围,10ms,～,655s),④6,个计数器,(,可逆计数范围,-32768,～,+32767,或,0,～,65535),除了上述CNC与PLC之间、PLC与机床,2.,内部资源功能描述,(1) PLC,的内部开关量输入,,PLC,共有,104,个开关量输入信号，用字母“,I”,后跟随数字编号表示，如,I1,、,I16,等其中,I1,～,I41,为,41,个外部开关量输入信号，通过三个连接器与机床上的有关开关相连另外，还有,63,个内部逻辑输入信号，通过内部公共存储器单元由,CNC,传送给,PLC,，其编号对应为,I42,～,I104,，其功能含义如表,7.2,所示2.内部资源功能描述,,表,7.2 PLC,内部开关量输入信号,表7.2 PLC内部开关量输入信号,(2) PLC,的内部开关量输出,,PLC,共有,64,个开关量输出信号，用字母“,O”,后跟随数字编号表示，如,O1,、,O16,等。
其中,O1,～,O24,为,24,个外部开关量输出信号，通过连接器,I/O1,与机床上的执行元件（电磁阀、接触器、继电器等）相连另外，还有,40,个内部逻辑输出信号，通过内部公共存储器单元由,PLC,传送给,CNC,，其编号对应为,O25,～,O64,，其功能含义如表,7.3,所示2) PLC的内部开关量输出,,表,7.3 PLC,内部开关量输出信号,表7.3 PLC内部开关量输出信号,（,3,）,PLC,的标志器,标志器,(,内部继电器,),实质上就是存储器的二进制位，共有,2047,个标志器，用字母“,M”,后跟随数字编号表示，如,M1,、,M102,等由于,PLC,都配有后备电池，这样当电源关断时．标志器中的逻辑状态仍然保持不变，如果希望启动时初始状态为,0,，则可用指令来予以清除3）PLC的标志器,,标志器分为两大类，一类是具有预定的用途的；另一类是允许用户使用的具体分配如下：,,M1,～,M512,供用户使用,,M1801,～,M1964,用于与,CNC,进行数据交换,,M2001,～,M2003,算术符号标志器,,M2009,～,M2024,时钟标志器,,M2046,～,M2047,预置标志器,标志器分为两大类，一类是具有预定的用途的,（,4,）,PLC,的寄存器,标志器,(,内部继电器,),实质上就是存储器的二进制位，共有,2047,个标志器，用字母“,M”,后跟随数字编号表示，如,M1,、,M102,等。
由于,PLC,都配有后备电池，这样当电源关断时．标志器中的逻辑状态仍然保持不变，如果希望启动时初始状态为,0,，则可用指令来予以清除标志器分为两大类，一类是具有预定的用途的，另一类是允许用户使用的具体分配如下：,（4）PLC的寄存器,,寄存器用于存放数据信息，其编号用字母“,R”,后跟随数字来表示如,R1,、,R105,等每个寄存器均为,16,位，允许存放数据范围为,-32768,～,+32767(,带符号,),或,0,～,65535(,不带符号,),其中部分数据寄存器的分配如下：,,R1,～,R100,可供用户使用的寄存器,,R101,～,R164,用于与,CNC,进行数据交换,,R201,～,R203,用于与,CNC,进行数据交换,寄存器用于存放数据信息，其编号用字母“R”,4.CNC,与,PLC,之间的信息交换,,PLC,除了通过前面介绍的内部输入,(I42,～,I104),、内部输出,(O25,～,O64),端口与,CNC,之间进行信息交换外，还可以通过如下标志器、寄存器来实现与,CNC,交换数据的目的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。
PLC,运行时，可通过置位标志器,M1801,～,M1899,，在,CNC,中产生,1,～,99,号相关的信息，并在,CRT,上进行显示反之，清零标志器,M1801,～,M1899,，则相应信息被取消，,CRT,上显示也消失例如，假设,PLC,程序中编有指令：,I12,＝,M1845,，则表示当外部输入信号,I12,由低电。