数控机床电气控制课件

1.1数控技术的发展历程数控(NC)阶段（１９５２－１９７０年）计算机数控(CNC)阶段（１９７０－至今）

控制介质1.2数控机床的结构

输入装置

数控装置

驱动装置和检测装置

机床本体

辅助控制装置基本结构图基本结构图基本结构图控制介质

数控机床工作时必须编制加工程序，而加工程序需存储在控制介质上，常用的控制介质有穿孔带、磁带和磁盘等。输入装置输入装置的作用是将控制介质上的数控代码传递并存入数控系统内。输入装置根据控制介质的不同分为光电阅读机、磁带机和软盘驱动器。数控装置

数控装置是数控机床的中枢。数控装置从内部存储器中取出或接收输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。驱动装置和检测装置驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构。执行机构大都采用直流或交流伺服电动机。驱动装置接收来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件，以加工出符合图样要求的零件。检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控中。数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令值运动。辅助控制装置辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。辅助控制装置普遍使用PLC。机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面发生了很大的变化。控制介质输入装置数控装置机床驱动装置辅助控制装置检测装置数控机床的基本结构图1.3数控机床控制系统

系统组成图

数控装置（CNC）

进给伺服系统

主轴伺服系统

机床强电控制系统数控机床电气控制系统组成图数控装置（CNC）数控装置是数控机床电气控制系统的控制中心。它能够自动地对输入的数控加工程序进行处理，将数控加工程序信息按两类控制量分别输出：一类是连续控制量，送往伺服系统；另一类是离散的开关控制量，送往机床强电控制系统，从而协调控制机床各部分的运动，完成数控机床所有运动的控制，实现数控机床的加工过程。

进给伺服系统进给伺服系统由进给轴伺服电机(一般内装速度和位置检测器件)和进给伺服装置组成。进给伺服系统驱动机床各坐标轴的切削进给，提供切削过程中所需要的转矩、运转速度。主轴伺服系统主轴伺服系统包括主轴电机(含速度检测器件)和主轴伺服装置，实现对主轴转速的调节控制，有的主轴伺服装置还含有主轴定向控制功能。

机床强电控制系统

包括可编程控制器控制系统和继电器接触器控制系统。机床强电控制系统，除了对机床辅助运动和辅助动作(包括电动系统、液压系统、气动系统、冷却箱及润滑油箱等)的控制外，还包括对保护开关、各种行程极限开关和操作盘上所有元件(包括各种按键、操作指示灯、波段开关)的检测和控制。在机床强电控制系统中，可编程控制器(PLC)可替代机床上传统的强电控制中大部分机床电器，从而实现对润滑、冷却、气动、液压和主轴换刀等系统的逻辑控制。

1.4进给运动控制（插补）

按运动轨迹分类

按伺服系统分类按运动轨迹分类

点位控制系统

直线控制系统

轮廓控制系统

示意图

示意图

示意图数控钻床点位控制示意图点位控制系统只是精确地控制刀具相对工件从一个坐标点移动到另一个坐标点，移动过程中不进行任何切削加工，点与点之间移动轨迹、速度和路线决定了生产率的高低。为了提高加工效率，保证定位精度，系统采用“快速趋近，减速定位”的方法实现控制。这类数控机床有数控钻床、数控镗床和数控冲床等。

数控铣床直线控制示意图直线控制系统不仅要求具有准确的定位功能，而且要控制两点之间刀具移动的轨迹是一条直线，且在移动过程中刀具能以给定的进给速度进行切削加工。直线控制系统的刀具运动轨迹一般是平行于各坐标轴的直线；特殊情况下，如果同时驱动两套运动部件，其合成运动的轨迹是与坐标轴成一定夹角的斜线。这类数控机床有数控车床、数控镗铣床等。

数控线切割机床加工示意图轮廓控制系统能同时控制两个或两个以上坐标轴，需要进行复杂的插补运算，即根据给定的运动代码指令和进给速度，计算刀具相对工件的运动轨迹，实现连续控制。这类数控机床有数控车床、数控铣床、数控线切割机床、数控加工中心等。按伺服系统分类

开环控制系统

半闭环控制系统

闭环控制系统

系统框图

系统框图

系统框图开环控制系统框图开环控制系统没有检测反馈装置，以步进电机作为驱动元件，由步进驱动装置和步进电机组成。在开环控制系统中，CNC装置输出的指令脉冲经驱动电路进行功率放大，控制步进电机转动，再经机床传动机构带动工作台移动。这类系统结构简单、价格低廉，调试和维修都比较方便，但无位置闭环控制，精度主要取决于步进电机及传动机构的精度，因而精度较差。半闭环控制系统框图

半闭环控制系统位置检测装置安装在电动机或丝杠轴端，通过角位移的测量，间接测量机床工作台的实际位置，并与CNC装置的指令值进行比较，用差值进行控制。半闭环控制系统以交、直流伺服电机作为驱动元件，由位置比较、速度控制、伺服电机等组成。

闭环控制系统框图闭环控制系统位置检测装置安装在机床工作台上，直接测量工作台的实际位移，并与CNC装置的指令值进行比较，用差值进行控制。闭环控制系统以交直流伺服电机作为驱动元件，用于高精度设备的控制。1.5开关量（顺序）控制输入接口接收机床操作面板各开关、按钮的信号，分为

输出接口将机床各种工作状态灯的信息送到机床操作面板，把控制机床动作的信号送到强电柜，分为首先通过滤波吸收来抑制干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办法使微机与强电部件不共地，阻断干扰信号的传导，同时实现电子转换。

触点输入的接收电路电压输入的接收电路继电器输出电路无触点输出电路光电隔离电路2.1.1概述对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用的电工器械称电器。工作在交流电压1200V，或直流电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品叫做低压电器。一、低压电器的分类1.按用途分类按用途分控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器，如接触器、继电器等。主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电器，如按钮、行程开关等。保护电器：用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等。配电电器：用于电能的输送和分配的电器。如低压断路器、隔离器、执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。一、低压电器的分类2.按工作原理分类：（1）电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器、各种电磁式继电器等。（2）非电量控制器：电器的工作是靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器压力继电器、温度继电器等。二、低压电器的发展方向目前正沿着体积小、重量轻、安全可靠、使用方便的方向发展，大力发展电子化的新型控制电器，如接近开关、光电开关、电子式时间继电器、固态继电器与接触器等以适应控制系统迅速电子化的需要。2.1.2主令电器主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器。主要有控制按钮、行程开关、接近开关开关等。一、控制按钮按钮的外形图和结构

常用于接通和断开控制电路。(b)结构(a)外形图常闭触点常开触点按钮图形符号和文字符号SBSB动合（常开）触头动断（常闭）触头复合触头按钮的选择应根据使用场合、控制电路所需触点数目及按钮颜色等要求选用。

SB数控机床上的按钮站一般用：红色表示停止和急停；绿色表示起动；黑色表示点动；蓝色表示复位；另外还有黄、白等颜色，供不同场合使用。二、行程开关作用：用来控制某些机械部件的运动行程和位置或限位保护。结构：行程开关是由操作机构、触点系统和外壳等部分成。分类：按结构分为直杆式旋转式单轮旋转式双轮旋转式(b)示意图未撞击撞击(a)外形图行程开关结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。行程开关的选择在选择行程开关时，应根据被控制电路的特点、要求、生产现场条件和触点数量等因素进行考虑。常用的行程开关有LX19、LX31、LX32、JLXK1等系列产品。符号常开（动合）触点常闭（动断）触点SQSQ三、接近开关接近开关又称无触点行程开关，它是一种非接触型的检测装置。1、作用：可以代替行程开关完成传动装置的位移控制和限位保护，还广泛用于检测零件尺寸、测速和快速自动计数以及加工程序的自动衔接等。2、特点：工作可靠、寿命长、功耗低、重复定位精度高、灵敏度高、频率响应快以及适应恶劣的工作环境等。3、分类：按工作原理分为高频振荡型电容型永久磁铁型霍尔效应型4、高频振荡型接近开关感应头

高频振荡器整形放大器信号输出金属体振荡线圈交变磁场无金属体接近金属体接近

振荡器振荡后，在感应头的感应面上产生交变磁场，当金属物体进入高频振荡器的线圈磁场（感应头）时，金属体内部产生涡流损耗，吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以致停振。振荡与停振两种不同的状态，由整形放大器转换成二进制的开关信号，从而达到检测有无金属物的目的。5、常用接近开关：主要系列产品有LJ2、LJ6、LXJ18和35G等系列。6、接近开关的文字符号及图形符号a)动合触点SQb)动断触点SQ

2.1.3组合开关常用在机床的控制电路中，作为电源的引入开关或是自我控制小容量电动机的直接起动、反转、调速和停止的控制开关等。组合开关有单极、双极和多极之分。它由动触片、静触片、转轴、手柄、凸轮、绝缘杆等部件组成。当转动手柄时，每层的动触片随转轴一起转动，使动触片分别和静触片保持接通和分断。为了使组合开关在分断电流时迅速熄弧，在开关的转轴上装有弹簧，能使开关快速闭合和分断。

组合开关外形图组合开关的图形符号和文字符号QQ（a）单极（b）三极组合开关的主要参数有额定电压额定电流有10A、25A、60A等极数2.1.4、低压断路器(自动开关)低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称自动开关。一、低压断路器的作用及分类作用：用于电动机和其他用电设备的电路中，在正常情况下，它可以分断和接通工作电流；当电路发生过载、短路、失压等故障时，它能自动切断故障电路，有效地保护串接于它后面的电器设备；还可用于不频繁地接通、分断负荷的电路，控制电动机的运行和停止。分类：按结构分为框架式（万能式）塑料外壳式（装置式）二、低压断路器的结构和工作原理锁钩主触点手动闭合

过流脱扣器

欠压脱扣器衔铁连杆装置释放弹簧过载脱扣器触点系统和灭弧装置：用于接通和分断主电路，为了加强灭弧能力，在主触点处装有灭弧装置。脱扣器是断路器的感测元件，当电路出现故障时，脱扣器收到信号后，经脱扣机构动作，使触点分断。

①欠压脱扣器

②过电流脱扣器

③过载脱扣器脱扣机构和操作机构是断路器的机械传动部件，当脱扣结构接收到信号后由断路器切断电路。三、低压断路器的图形符号和文字符号QF四、低压断路器的主要技术参数额定电压额定电流极数脱扣器型整定电流范围分断能力动作时间等五、低压断路器的选用原则1）根据电气装置的要求确定断路器的类型2）根据对线路的保护要求确定断路器的保护形式3）低压断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流4）低压断路器的极限通断能力大于或等于电路最大短路电流5）欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压6）过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流2.1.5接触器一、接触器的用途和分类用途：用来频繁接通和断开电动机或其他负载主电路。是机床电动机主电路中最重要的控制电器。分类：接触器分为交流接触器

直流接触器

二、接触器的结构接触器结构电磁系统触点系统灭弧装置电磁系统电磁系统由铁心衔铁励磁线圈等几部分组成

常用的磁路结构1-衔铁2-铁心3-线圈触头系统结构有桥式指式点接触式:用于电流不大的场合面接触式:用于电流较大的场合:适合于触头分合次数多、电流大的场合触头分为主触头:用于通断电流较大的主电路。辅助触头:用于通断电流较小的控制电路。触头分为主触头:用于通断电流较大的主电路。辅助触头:用于通断电流较小的控制电路。灭弧装置作用：用来迅速熄灭主触点在分断电路时所产生的电弧，保护触点不受电弧灼伤，并使分断时间缩短。灭弧措施：（1）机械灭弧（2）磁吹灭弧（3）窄缝灭弧（4)栅片灭弧

栅片灭弧1-熄弧栅片2-触点3-电弧三、接触器的工作原理当接触器的励磁线圈通电后，在衔铁气隙处产生电磁吸力，使衔铁吸合。由于主触点支持件与衔铁固定在一起，衔铁吸合带动主触点也闭合，接通主电路。与此同时，衔铁还带动辅助触电动作，使动合触点闭合，动断触点断开。当线圈断电或电压显著降低时，电磁吸力消失或变小，衔铁在复位弹簧的作用下打开，使主、辅触电恢复到原来的状态，把电路切断。四、交流接触器交流接触器用于远距离控制电压至380V，电流至600A的交流电路，以及频繁起动和控制交流电动机的控制电器。常用的交流接触器产品，国内有NC3（CJ46）、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2等系列；引进国外技术生产的有B系列、3TB、3TD、LC—D等系列。CJ20系列交流接触器的主触点均做成三极，辅助触点则为两动合两动断形式。此系列交流接触器常用于控制笼型电动机的起动和运转。

结构示意图1-动触头2-静触头3-衔铁4-缓冲弹簧5-电磁线圈6-铁心7-垫毡8-触头弹簧9-灭弧罩10-触头压力簧片

五、直流接触器直流接触器与交流接触器的工作原理相同。结构也基本相同，不同之处是，铁心线圈通以直流电，不会产生涡流和磁滞损耗，所以不发热。为方便加工，铁心由整块软钢制成。为使线圈散热良好，通常将线圈绕制成长而薄的圆筒型，与铁心直接接触，易于散热。常用的直流接触器有：CZ0、CZ18等系列。六、接触器的图形和文字符号KMKMKM

线圈常开（动合）触头常闭（动断）触头

KM七、接触器的主要技术参数1、额定电压2、主触头额定电流3、辅助触头额定电流4、主触点和辅助触点数目5、吸引线圈额定电压6、接通和分断能力八、接触器的选用选用接触器的原则：1）控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选用直流接触器。2）接触器的使用类别应与负载性质相一致。3）主触点额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。4）主触点的额定电流应大于或等于负载的额定电流。5）吸引线圈电流种类和额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85%及以上时应能可靠吸合。6）接触器的主触点和辅助触点的数量应满足控制系统的要求。

使用类别

继电器交流接触器按使用类别分为12种，使用类别代号和相应典型用途举例如下：

使用类别代号典型用途举例AC-1无感或微感负载、电阻炉AC-2绕线转子异步电动机的起动、分断AC-3笼型电动机的起动、运转中分断AC-4笼型电动机的起动、反接制动AC-5a控制放电灯的通断AC-5b控制白炽灯的通断AC-6a变压器的通断2.1.6继电器继电器是一种利用电流、电压、时间、温度等信号的变化来接通或断开所控制的电路，以实现自动控制或完成保护任务的自动电器。一、中间继电器中间继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别：接触器的主触点可以通过大电流；继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于机床的控制电路中。KAKAKA

线圈

常开触头

常闭触头二、时间继电器时间继电器是从得到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后触头才动作的继电器。适用于定时控制。按工作原理分空气阻尼式电磁式电动式电子式等。按延时方式分通电延时型断电延时型数控机床中一般由计算机软件实现时间控制。时间继电器的文字符号和图形符号

a)b)c)d)e)f)g)h)i)KTKTKTKTKTKTKTKTa)一般线圈符号b)通电延时线圈c)断电延时线圈d)延时闭合的动断触点e)延时断开的动断触点f)延时断开的动合触点g)延时闭合的动断触点h)瞬时动合触点i)瞬时动断触点2.1.7保护电器热继电器电流继电器熔断器灭弧器电压继电器热继电器外形结构(a)外形(b)结构导板触点热元件手动复位按钮触点接线柱主电路接线柱电流调节凸轮热继电器作用及分类热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的保护电器。专门用来对连续运转的电动机进行过载及断相保护，以防电动机过热而烧毁。按相数分为两相热继电器三相热继电器不带断相保护带断相保护热继电器工作原理：发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其弯曲，推动导板运动，常闭触点断开。

热继电器主要参数及常用型号主要参数1.热继电器额定电流：指可以安装的热元件的最大整定电流2.相数3.热元件额定电流：指热元件的最大整定电流。4.整定电流：指长期通过热元件而不引起热继电器动作的最大电流。按电动机额定电流整定。5.调节范围：是指手动调节整定电流的范围。常用的热继电器有JR0、JR14、JR15、JR16、JR20等系列。热继电器的基本技术数据可查阅有关资料。热继电器的选择1）根据实际要求确定热继电器的结构类2）根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号、热元件的电流等级和整定电流。a)热元件b)动断触点FR电流继电器根据输入电流大小而动作的继电器。使用时，电流继电器的线圈和被保护的设备串联，其线圈匝数少而线径粗、阻抗小、分压小，不影响电路正常工作。

按用途分为过电流继电器：当电路发生短路及过流时立即切断电路欠电流继电器：当电路电流过低时立即切断电路I＞KII＜KIa)过电流继电器线圈b)欠电流继电器线圈c)动合触点d)动断触点电压继电器根据输入电压大小而动作的继电器。使用时，电压继电器的线圈与负载并联，其线圈匝数多而线径细。电压继电器分过电压继电器起过电压保护作用欠电压继电器起欠电压保护作用零电压继电器起零电压保护作用U＞KVU＜KVa)过电压继电器线圈b)欠电压继电器线圈c)动合触点d)动断触点电压继电器分过电压继电器起过电压保护作用欠电压继电器起欠电压保护作用零电压继电器起零电压保护作用电压继电器分过电压继电器：起过电压保护作用欠电压继电器：起欠电压保护作用零电压继电器：起零电压保护作用熔断器用于低压线路中的短路保护。常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。FU熔断器的选择1.根据线路的要求、使用场合和安装条件选择熔断器类型。2.熔断器额定电压应大于或等于线路的工作电压。3.熔断器额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流。4.熔体额定电流的选择1）电路上、下两级都装设熔断器时，为使两级保护相互配合良好，两极熔体额定电流的比值不小于1.6：1。2）用于电炉、照明等电阻性负载的短路保护，熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流。3）保护一台异步电动机时，考虑电动机冲击电流的影响，熔体的额定电流按下式计算：IfN≥（1.5～2.5）IN

式中：IfN---熔体额定电流；IN---电动机额定电流4）保护多台异步电动机时，若各台电动机不同时起动，则应按下式计算：IfN≥（1.5～2.5）INmax+∑IN灭弧器(阻容吸收装置）用途：消除交流电路中感性负载如：接触器等通断操作中的接点火花干扰。结构：由一个电阻和一个电容串联而成。分类：分为单相和三相。RCRCRCRCRC2.1.8变压器及直流稳压电源变压器直流稳压电源变压器作用：将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压。1、机床控制变压器

适用于50HZ—60HZ，输入电压不超过交流600V的电路，常作为各类机床机械设备中一般电器的控制电源和步进电动机驱动器，局部照明及指示灯的电源。

2、三相变压器

在三相交流系统中，三相电压的变换一般采用三相变压器来实现。在数控机床中三相变压器主要是给伺服系统供电。

TT单相变压器三相变压器3、变压器的选择机床常用控制变压器型号有：JBK系列，BK系列等。变压器主要参数有：初级电压；次级电压。1）根据实际负载情况选择初级额定电压U1，再选择次级额定电压U2，U3……。2）根据实际负载情况，确定各次级绕组额定电流I1、I2……，一般绕组的额定输出电流应大于或等于额定负载电流。3）次级额定容量由总容量确定。总容量算法：P2=U2I2+U3I3+U4I4+……直流稳压电源功能：将非稳定交流电源变成稳定直流电源。在数控机床电气控制系统中，为驱动器控制单元，直流继电器，信号指示灯等提供直流电源。

~-VC数控机床中主要使用开关电源一体化电源图形符号及文字符号：1、开关电源被称作高效节能电源。GZM-U40型开关电源的外观图。主要参数：输入AC电压；输入频率；冷态冲击电流；保护方式；启动上升保持时间；安全标准；输出电压调整；纹波噪声；效率等。

2、一体化电源是采用外壳传导冷却方式的AC/DC开关电源。4NIC系列电源的型号含义：外形图：输出功率上限4NIC—K2—2000输出功率下限开关电源集成一体化3、直流稳压电源的选择选择时主要考虑：电源的输出功率，输出路数。电源的尺寸。电源的安装方式和安装孔位。电源的冷却方式。电源在系统中的位置及走线。环境条件。绝缘强度。电磁兼容性。2.2机床电气控制系统识图2.2.1电气原理图2.2.2电器元件布置图2.2.4电气识图方法与步骤2.2.3电气安装接线图2.2.1电气原理图电气控制系统图：指根据国家电气制图标准，用规定的电气符号、图线来表示系统中各电气设备、装置、元器件的连接关系的电气工程图。电气控制系统图包括：1、电气原理图2、电器元件布置图3、电气安装接线图电气原理图：表示电流从电源到负载的传送情况和各电气元件的动作原理及相互关系，而不考虑各电器元件实际安装的位置和实际连线情况。一、文字符号和图形符号1、文字符号

用来表示电气设备、装置、元器件的名称、功能、状态和特征的字符代码。例如，FR表示热继电器。2、图形符号

用来表示一台设备或概念的图形、标记或字符。例如，“～”表示交流，表示电阻等。国家电气图用符号标准GB/T4728规定了电气简图中图形符号的画法，该标准及国家电气制图标准GB/T6988于1997年1月1日正式开始执行。二、电气原理图绘制原则主电路用粗线条画在左边；控制电路用细线条画在右边。电器元件，采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。需要测试和拆、接外部引线的端子，应用图形符号“空心圆”表示。电路的连接点用“实心圆”表示。同一电器元件的各部件可不画在一起，但文字符号要相同。若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字符号的下标，如KM1、KM2等。所有按钮、触点均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。控制电路的分支电路，原则上按动作顺序和信号流自上而下或自左至右的原则绘制。电路图应按主电路、控制电路、照明电路、信号电路分开绘制。直流和单相电源电路用水平线画出，一般画在图样上方，相序自上而下排列。中性线（N）和保护接地线（PE）放在相线之下。主电路与电源电路垂直画出。控制电路与信号电路垂直画在两条水平电源线之间。耗电元件（如电器的线圈，电磁铁，信号灯等）直接与下方水平线连接。控制触点连接在上方水平线与耗电元件之间。当图形垂直放置时，各元器件触点图形符号以“左开右闭”绘制。当图形为水平放置时以“上闭下开”绘制。

电气原理图三、图区的划分在图样的下方沿横坐标方向划分图区，并用数字编号。同时在图样的上方沿横坐标方向划区，分别标明该区电路的功能。四、符号位置的索引元件的相关触点位置的索引用图号、页次和区号组合表示。

图08/26/B

2图区行号，列号（无行号时只写列号）页次（仅一页时可省略）图号（只有一个多页图样时，可省略）接触器和继电器的触点位置可采用附图的方式表示。左栏中栏右栏主触点的图区号辅助动合触点的图区号辅助动断触点的图区号接触器各栏的含义：继电器各栏的含义：左栏右栏动合触点的图区号动断触点的图区号五、主电路各接点标记三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标记。电源开关之后的分别按U、V、W顺序标记。分级三相交流电源主电路可采用1U、1V、1W；2U、2V、2W等。各电动机分支电路各接点可采用三相文字代号后面加数字来表示如：U11、U21等，数字中的十位数字表示电动机代号，个位数字表示该支路的接点代号。控制电路采用阿拉伯数字编号，一般由三位或三位以下的数字组成

2.2.2、电器元件布置图电器元件布置图详细绘制出电气设备、零件的安装位置。图中各电器代号应与有关电路和电器清单上所有元器件代号相同。2.2.3安装接线图安装接线图是用来表明电气设备各单元之间的接线关系。图中表明了电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接，是实际安装接线的依据。2.2.4电气识图方法与步骤识图方法1、结合电工基础知识识图在掌握电工基础知识的基础上，准确、迅速地识别电气图。如改变电动机电源相序，即可改变其的旋转方向的控制。2、结合典型电路识图典型电路就是常见的基本电路，如电动机的起动、制动、顺序控制等。不管多复杂的电路，几乎都是由若干基本电路组成的。因此，熟悉各种典型电路，是看懂较复杂电气图的基础。3、结合制图要求识图在绘制电气图时，为了加强图纸的规范性、通用性和示意性，必须遵循一些规则和要求，利用这些制图的知识能够准确地识图。识图步骤1、准备：了解生产过程和工艺对电路提出的要求；了解各种用电设备和控制电器的位置及用途；了解图中的图形符号及文字符号的意义。2、主电路：首先要仔细看一遍电气图，弄清电路的性质，是交流电路还是直流电路。然后从主电路入手，根据各元器件的组合判断电动机的工作状可。如电动机的起停、正反转等。3、控制电路:：分析完主电路后，再分析控制电路，要按动作顺序对每条小回路逐一分析研究，然后再全面分析各条回路间的联系和制约关系，要特别注意与机械、液压部件的动作关系。4、最后阅读保护、照明、信号指示、检测等部分。2.3机床电气控制系统基本环节2.3.1笼型异步电动机直接起动控制2.3.2笼型异步电动机正反转控制2.3.4笼型异步电动机制动控制2.3.5按顺序工作时的联锁控制2.3.3笼型异步电动机降压起动控制2.3.1笼型异步电动机直接起动控制点动控制连续运转控制既能长动又能点动的控制电路点动控制点动按钮L1L2L3KMSBQSKM

M3～FU1FU2KM主触头闭合按下SBKM线圈得电松开SBKM线圈断电KM主触头复位电动机断电停转电动机M通电起动.工作过程：先接通电源开关QS常用于机床主轴或工作台的调整；机床的试车、检修等。连续运转控制KMSB1SB2KMQSKMFRM3~L1L2L3FRFU1FU2自锁触头短路保护过载保护停止按钮起动按钮工作过程：先接通电源开关QS按下SB2KM线圈得电KM主触头闭合电动机运转KM动合辅助触头闭合自锁保护环节短路保护：FU1、FU2过载保护：FR欠压失压保护：KM自锁环节按下SB1KM线圈断电电动机停既能长动又能点动的控制电路

复合按钮点动按钮KMFRSB1KMSB2SB3停止按钮起动按钮☆按下SB2，KM得电自锁，电动机连续运转。☆按下SB1，KM断电，电动机停转☆按下点动按钮SB3，KM得电，电动机运转。松开SB3，KM断电，电动机停转。☆点动按钮SB3的作用：(1)使接触器线圈KM通电；(2)使线圈KM不能自锁。2.3.2电动机的正反转控制用于机床工作台的前进与后退或主轴的正反转等。由电动机原理可知，只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调，就可改变电动机的转动方向。需要用两个接触器来实现这一要求。当正转接触器工作时，电动机正转；当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任意两根联线对调一下，电动机反转。1.按钮控制的正反转控制电路正转反转电气互锁按钮联锁（1）接触器互锁的正反转控制完成“正转-停-反转”或“反转-停-正转”的电气控制。

线路的动作原理:合上电源开关QS按SB1正转控制：按SB2

KM1线圈得电KM1自锁触头闭合KM1主触头闭合

KM1互锁触头断开电动机M正转KM1线圈失电电动机M停转SB1KM1SB3KM2KM2KM1KM2KM1SB2反转控制：按SB3KM2线圈得电电动机M反转正转按钮反转按钮互锁互锁互锁（2）按钮接触器联锁的正反转控制可实现“正—反—停”或“反—正—停”的操作控制。线路的动作原理SB1KM1SB3KM2KM2KM1KM2KM1SB2按下SB2KM1得电电动机正转按下SB3KM1断电KM2得电电动机反转正转：反转：按钮联锁互锁互锁2、行程开关控制的正反转电路自动往返运动：SB1KM1SB3KM2KM2KM1SQ2SQ1KM2KM1SB2SQ3SQ4SQ1SQ3SQ4SQ2前进(正转）后退12行程开关挡块到达预定位置挡铁1撞击SQ1按下SB2KM1通电电机正转工作台前进停止正转KM1断电KM2得电电机反转工作台后退2.3.3笼型异步电动机降压起动控制定子串电阻降压起动Y-△降压起动定子串电阻降压起动工作原理：停止起动按下SB2KM1得电KT得电计时电电动阻机起串动KM2得电电动机全压运行图中电动机由降压起动转为全压运行后KM1和KT均断电，只有KM2得电。按下SB1，电动机停Y-△降压起动（一）三个接触器控制的电路工作原理：起动按下SB2KM1得电KM3得电KT得电Y起动Y接计时KM3断电KM2通电

KM1仍得电△运行△接停止Y-△降压起动（二）两个接触器控制的电路（练习分析工作原理）2.3.4笼型异步电动机的制动控制反接制动控制线路能耗制动控制电路反接制动控制线路工作原理：按SB2起动KM1通电电动机正转运行KV动合触点闭合按SB1KM1断电KM2通电（开始制动）n≈0,KV复位KM2断电（制动结束）速度继电器停止能耗制动控制电路（1）按时间原则控制的能耗制动线路工作原理：按SB2KM1通电电动机起动按SB1KM1断电KM2通电KT通电能耗制动延时KM2断电（制动结束）起停（2）速度原则控制的可逆运行能耗制动控制线路练习：分析工作过程2.3.5按顺序工作时的联锁控制

工作原理：按下SB2KM1得电M1起动先起按下SB4后起M2停按下SB1总停KM1断电KM2断电M1；M2均停KM2得电M2起动按下SB3KM2断电M2停2.4典型数控机床电气控制线路分析2.4.1机床主电路分析2.4.2机床交流控制电路分析2.4.3机床的电源线路分析QF1用来接通电源并对整个动力线路进行过载及短路保护；KM1和KM2用来控制主轴电动机M1的正反转；QF2作为主轴电动机的过载及短路保护；KM3用来控制冷却电动机M2的启动和停止；QF3作为冷却电动机的过载及短路保护；KM4和KM5用来控制刀架电动机M3的正反转；QF4作为刀架电动机的过载及短路保护；灭弧器RC1～RC3用来保护交流接触器的主触点；防止当主触点断开时，在动、静触点间产生强烈电弧，烧坏主触点。主电路分析KM1线圈和KM2一对常闭辅助触点串联，KM2线圈和KM1一对常闭辅助触点串联，实现主轴电动机正反转接触器间的互锁控制；KM4线圈和KM5一对常闭辅助触点串联，KM5线圈和KM4一对常闭辅助触点串联，实现刀架电动机正反转接触器间的互锁控制；KM3线圈用来控制KM3的主触点吸合。KA2～KA6触点由可编程控制器或数控装置I/O口控制，用来控制交流接触器KM1～KM5的线圈得电或断电。2.4.2机床交流控制电路分析2.4.3机床的电源线路分析变压器TC2原边接三相AC380V，副边三组绕组分别提AC220V、AC24V、AC110V电压。AC220V给开关电源供电，AC24V给电柜风扇供电，断路器QF6～QF10用来对线路进行过载及短路保护。3.1.1PLC的特点与分类PLC的特点(1)PLC是一种专用于工业顺序控制的微机系统。(2)PLC是专为在恶劣的工业环境下使用而设计的，所以具有很强的抗干扰能力。(3)结构紧凑、体积小，很容易装入机床内部或电气箱内，便于实现动作复杂的控制逻辑和数控机床的机电一体化。(4)采用梯形图编程方式。(5)PLC可与编程器、个人计算机等连接，可以很方便地实现程序的显示、编辑、诊断、存储和传送等操作。

3.1.1PLC的特点与分类PLC的分类

PLC的产品很多，型号规格也不统一，可以从结构、原理、规模等方面分类。从数控机床应用的角度分，可编程控制器可分为两类：一类是CNC的生产厂家将数控装置(CNC)和PLC综合起来而设计的“内装型”(Build—inType)PLC；另一类是专业的PLC生产厂家的产品，它们的输入／输出信号接口技术规范、输入／输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能均能满足数控机床的控制要求，称为“独立型”(Sand—aloneType)PLC。

内装型PLC

独立型PLC内装型PLC内装型PLC从属于CNC装置，PLC与CNC装置之间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC与数控机床之间则通过CNC输入／输出接口电路实现信号传送。特点：(1)内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能。(2)内装型PLC系统适用于单机数控设备的应用场合。(3)内装型PLC可与CNC共用CPU，也可以单独使用一个CPU。(4)采用内装型PLC结构，CNC系统可以具有某些高级控制功能。世界著名的CNC系统厂家在其生产的CNC产品中，大多开发了内装型PLC功能。

系统框图内装型PLC的CNC系统框图

独立型PLC独立型PLC又称外装型或通用型PLC。对数控机床而言，独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件结构和软件功能，能够独立完成规定的控制任务。采用独立型PLC的数控系统框图。特点：(1)独立型PLC具有CPU及其控制电路，系统程序存储器、用户程序存储器、输入／输出接口电路、与编程器等外部设备通信的接口和电源等基本功能结构。(2)独立型PLC一般采用积木式模块结构或插板式结构，各功能电路多做成独立的模块或印刷电路插板，具有安装方便、功能易于扩展和变更的优点。(3)性能／价格比不如内装型PLC。

系统框图独立型PLC的CNC系统框图

3.1.2PLC的组成及工作方式PLC的组成微处理器(CPU)、存储器、用户输人／输出部分、输入／输出扩展接口、外围设备以及电源等。对于内装型PLC，CPU、存储器、外围设备、电源等部分一般与CNC装置共用。各组成部分的功能(1)CPU与通用微机CPU一样，它是PLC的核心。(2)PLC有系统存储器和用户存储器，前者用作存储监控程序、模块化应用子程序和各种系统参数等。后者用作存放用户程序。(3)用户输入／输出部分包括输入／输出接口，输入／输出控制电路及隔离电路等，用作PLC与外部输入／输出设备进行连接。(4)当主机默认的I／O点数不够时，可选配I／O扩展模块，但不能单独使用。(5)外围设备根据PLC的型号与厂家的不同，可配置编程设备、程序写入器、用户程序卡、磁带机、打印机、A／D、D／A、高速计数器、RS232／485通信接口、光纤通信接口等。3.1.2PLC的组成及工作方式PLC的工作方式PLC的基本工作方式是顺序执行用户程序，每一时钟周期执行一条指令。对用户程序的执行一般有循环扫描和定时扫描两种，扫描过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。扫描过程(1)输入采样阶段。PLC在输入采样阶段以扫描方式顺序读人所有输入端子的状态，存人输人寄存器，接着转入程序执行阶段。(2)程序执行阶段。PLC在程序执行阶段中顺序对每条指令进行扫描。先从输人寄存器读人所有输入端子的状态。若程序中规定要读人某输出状态，则也在此时读入。然后进行逻辑运算，最后将结果送人输出寄存器。(3)输出刷新阶段。所有指令执行完毕后，将输出寄存器中所有的输出状态送到输出电路，成为PLC的实际输出。PLC执行完上述的三个阶段称为一个扫描周期。3.1.3常见的编程语言常见的编程语言

梯形逻辑图(LAD)

指令语句表(STL)

计算机的通用语言3.1.4梯形图和语句表梯形图(1)梯形图的结构是采用“触点”、“线圈”(或称继电器线圈)、“功能图”等图形符号表达输出与输入的逻辑关系。(2)梯形图是沿从上到下、从左到右，一个梯级一个梯级地顺序进行工作，当执行至顺序程序结束时，又返回开头重复执行。(3)高级顺序和低级顺序。应把需要迅速处理的信号及快速响应的顺序编在高级顺序中，如急停、坐标轴极限超程等逻辑，其他信号则编在低级顺序中。

绘制梯形图的原则(1)梯形图按从上到下、从左到右的顺序绘制。继电器线圈在最右侧，若存在左右的电力轨线，则整个逻辑图形似梯形。(2)对电路各元件分配编号。(3)在梯形图中输入触点用来表示用户输入设备的输入信号。(4)在梯形图中，同一继电器的常开、常闭触点可以多次被使用，不受限制，但同一继电器的线圈只能使用一次，否则仅最后一次操作有效。3.1.4梯形图和语句表语句表(1)基本指令

(2)功能指令：包括有定时器指令、计数器指令、顺序结束指令、译码指令、旋转指令及乘除运算等。3.2PLC的基本应用知识3．2．1CNC侧与MT侧的概念

3．2．2接口信息

3．2．3安全互锁3．2．1CNC侧与MT侧的概念“CNC侧”包括CNC系统的硬件软件以及CNC系统的外部设备。“MT侧”则包括机床的机械部分、液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，以及机床操作面板、继电器线路、机床强电线路等。

MT侧顺序控制的最终对象的数量随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。机床结构越复杂，辅助装置越多，受控对象数量就越多。相比而言柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)的受控对象数量多，而数控车床、数控铣床的受控对象数量较少。3．2．2接口信息电气接口从信号的流向来看包括输入接口和输出接口从信号的幅值特性来看包括模拟量接口和开关量接口

开关量输入接口开关量输出接口模拟量输出接口开关量输入接口开关量输入接口等效电路——NPN型开关量输入接口等效电路——PNP型开关量输出接口开关量输出接口等效电路——NPN型开关量输出接口等效电路——PNP型模拟量输出接口3．2．2接口信息寄存器接口输入寄存器(X／I)输出寄存器(Y／O)辅助寄存器(R／M)计数器(C)定时器(T)

断电保存寄存器(B／M)用户指令寄存器(P)CNC状态寄存器(F)CNC控制寄存器(G)

1、输入寄存器(X／I)——保存各输入接口的状态。2、输出寄存器(Y／O)——保存各输出接口的状态。3、辅助寄存器(R／M)。辅助寄存器又称中间寄存器，用于保存运算中所需要的中间变量的状态。在PLC内起传递信号的作用。4、计数器

计数器(COUNTER，简称C或CNT)有一个时钟脉冲端(CP)，它接受PLC内各种软继电器送入的脉冲信号，在图中为输入继电器触点X00，当X00由断开到闭合，每变换一次输入一个脉冲信号，计数器就从当前值减1，直到计数器当前值为0时，计数器线圈通电，它的常开触点闭合、常闭触点断开，这些触点都可以在PLC内选择使用。5、定时器

当输入继电器X00接受到输入信号后，触点X00接通，即为逻辑1状态，定时器线圈通电开始计时，经过设定时间(图中为10s)后，其常开触点TOO闭合，输出继电器Y00线圈通电即为1状态。

定时器(TIMER，简写T)的工作时间即延时时间由程序设定。定时器线圈接受到输入信号后，按数值递减的方式进行。当前数值变为0时进行一次输出，即定时器常开触点闭合。

6、断电保存寄存器(B／M)。PLC上电工作时，除去已闭合的输入条件，其他寄存器的值都为0。断电保存寄存器除具有辅助寄存器功能外，还具有断电保存的功能，即PLC上电时保持上次断电时的状态。7、用户指令寄存器(P)。一般在内装式PLC中提供，各寄存器的含义由PLC定义。8、CNC状态寄存器(F)。一般在内装式PLC中提供，各寄存器的含义由数控系统软件定义。9、CNC控制寄存器(G)。一般在内装式PLC中提供，各寄存器的含义由数控系统软件定义。3．2．3安全互锁定义

若目前有A、B两个过程，出于安全的目的，当A动作后将限制B的动作，称A对B有安全互锁；若B对A也有安全互锁，称A、B之间安全互锁。

功能1、急停2、限位3、进给驱动装置4、主轴单元5、三相异步电动机换向6、换刀3.3数控机床PLC系统的设计及调试3．3．1PLC系统设计步骤

3．3．2PLC程序设计3．3．3PLC调试3．3．1PLC系统设计步骤-11、工艺分析

首先，对被控机床设备的工艺过程、工作特点、控制系统的控制过程、功能和特性进行分析，估算I／O开关量的点数、I／O模拟量的接口数量和精度要求，从而对PLC提出整体要求。2．系统调研

根据设备的要求，对初步选定的数控系统进行调研，了解其所提供的PLC系统的功能和特点。3．3．1PLC系统设计步骤-23、确定方案主要是从PLC的角度对数控系统提出要求，从而确定数控系统的方案。在选择独立型PLC时主要考虑以下4个因素功能范围。

I／O点数。存储器容量。根据系统大小不同，选择用户存储器容量不同的PLC选择方法主要凭经验估算，其估算法有下列两种：(a)PLC内存容量(指令条数)约等于I／O总点数的10～15倍；(b)指令条数＝6×(I／O)+2×(Tm+Ctr)，式中，Tm为定时器总数，Ctr为计数器总数。有时可在其基础上增加20％的裕量。处理时间。PLC从处理一个输入信号到产生一个输出信号所需的时间称为处理时间。

3．3．1PLC系统设计步骤-34．电气设计

PLC控制系统的电气设计包括：原理图、元器件清单、电柜布置图、接线图与互连图。电气设计时特别要注意：(1)PLC输出接口的类型，是继电器输出还是光电隔离输出等。(2)PLC输出接口的驱动能力，一般继电器输出为2A，光隔输出为500mA。(3)模拟量接口的类型和极性要求，一般有电流型输出(一29mA～+20mA)和电压型输出(一10V～+10V)两种可选。(4)采用多直流电源时的共地要求。(5)输出端接不同负载类型时的保护电路。执行电器若为感性负载，需接保护电路，电源为直流可加续流二极管，电源为交流可加阻容吸收电路。(6)若电网电压波动较大或附近有大的电磁干扰源，应在电源与PLC间加设隔离变压器、稳压电源或电源滤波器。(7)注意PLC的散热条件，当PLC的环境温度大于55℃时，要用风扇强制冷。3．3．2PLC程序设计PLC程序设计的常用方法

PLC程序设计的一般步骤

PLC程序设计的一般原则

PLC程序设计的常用方法1、状态表法是从传统继电器逻辑设计方法继承而来，经过适当改进，适合于可编程控制器梯形图设计的一种方法。但状态表法仅适合于单一顺序问题的程序设计，对于具有并行顺序和选择顺序的问题就显得无能为力了。２、功能图法是先将控制要求表达为功能图，用功能图来说明可编程控制器所要完成的控制功能，然后由功能图写出逻辑方程，再画出梯形图或写出指令。３、流程图法是熟悉计算机高级语言的程序设计人员常用的程序设计方法。PLC程序设计的一般步骤１、若所采用的PLC自带有程序，应该详细了解程序已有的功能和对现有需求的满足程度和可修改性。尽量采用PLC自带的程序。２、将所有与PLC相关的输入信号(按钮、行程开关、速度及温度等传感器)，输出信号(接触器、电磁阀、信号灯等)分别列表，并按PLC内部接口范围，给每个信号分配一个确定的编号。３、详细了解生产工艺和设备对控制系统的要求。画出系统各个功能过程的工作循环图或流程图、功能图及有关信号的时序图。４、按照PLC程序语言的要求设计梯形图或编写程序清单。梯形图上的文字符号应按现场信号与PLC内部接口对照表的规定标注。PLC程序设计的一般原则

１、保证人身与设备安全的设计永远都不是多余的。２、PLC程序的安全设计，并不代表硬件的安全保护可以省略。３、了解PLC自身的特点。４、设计调试点易于调试。５、模块化设计。６、尽量减少程序量。７、全面的注释，便于维修。3．3．3PLC调试1、输入程序2、检查电气线路3、模拟调试模拟调试可以采用系统提供的模拟台调试，也可以在关闭系统强电的条件下模拟调试，例如关闭主轴强电空开，那么调试中即使PLC动作有误，由于主轴电动机不会实际运转，所以也不会引起事故。4、运行调试5、非常规调试，验证安全保护和报警的功能这部分工作一般也分为模拟调试和运行中调试，以防如果保护功能失效而损坏器件和设备。6、安全检查并投入考验性试运行3.4数控机床PLC应用实例主轴系统

车床刀架

过程分析

安全互锁

程序设计过程分析

安全互锁

程序设计主轴系统-过程分析主轴的控制包括正转、反转、停止、制动和冲动等。要求：按正转按钮时电动机正转；按反转按钮时电动机反转；按停止按钮时电动机停止，并控制制动器制动2s；按下冲动按钮电动机正转0.5s，然后停止；电动机过载报警后正／反转按钮冲动按钮无效。

电气设计图电气设计图器件说明器件含义主轴系统-安全互锁在电气安全互锁设计方面，主轴正/反转在接触器和继电器分别进行了安全互锁；主轴正／反转对刀具松进行了安全互锁；急停对主轴运转进行了安全互锁。主轴系统-程序设计与主轴控制相关的输入／输出寄存器包括：输入寄存器：X1.4——正转

X1.5——反转

X1.6——停止

X1.7——冲动

X8.5——报警输出寄存器：Y5.0——正转

Y5.1——反转

Y5.2——制动

Y5.3——松刀程序-11．LDX1.4读取主轴正转按钮2．ORR0.0R0.0自锁3．ANDX8.5无报警4．ANIY5.3刀具未松开5．ANDX1.6停止按钮未按下(停止按钮硬件上是常闭连接)6．ANIY5.1反转无输出7．ANIY5.2主轴未制动8．OUTR0.0输出中间变量R0.0，并自锁—主轴正转条件都满足，则按下正转按钮后，输出R0.0并自锁—9．LDX1.7读取主轴冲动按钮10．ORR0.1R0.1互锁11．ANIT1若T1计时未完成12．OUTR0.1输出R0.113．OUTT1K5T1计时0.5s—按下主轴冲动按钮后，R0．1输出0.5s后关闭—程序-214．LDR0.0读取R0.015．ORR0.1或R0.016．ANDX8.5无报警17．ANIY5.3刀具未松开18．ANDX1.6停止按钮未按下19．ANIY5.1反转无输出20．ANIY5.2主轴未制动21．OUTY5.0输出Y5.0控制主轴正转—主轴正转条件满足后，R0.0和R0.1任意一个有输出则输出Y5.0控制主轴正转，实现了主轴连续正转和每次按下主轴冲动按钮，主轴正向冲动0.5s的功能—程序-322．LDX1.6读取主轴停止按钮23．ORY5.2主轴制动自锁24．ANIT2若T2计时未完成25．OUTY5.2输出主轴制动26．OUTT2K20T2计时2s—按下主轴停止按钮后，Y5.2输出制动主轴2s后断开—27．LDX1.5读取主轴反转按钮28．ORY5.1主轴反转自锁29．ANDX8.5报警30．ANlY5.3刀具末松开31．ANDX1.6停止按钮未按下32.ANIY5.0正转无输出33.ANIY5.2主轴未制动34.OUTY5.1输出Y5.1控制主轴反转35.END—主轴反转条件都满足，则按下反转按钮后，输出Y5.1并自锁—

车床刀架-过程分析换刀动作由T指令或手动换刀按钮启动，换刀过程：(a)刀架电动机正转；(b)检测到所选刀位的有效信号后，停止刀架电动机，并延时(100ms)；(c)延时结束后刀架电动机反转锁死刀架，并延时(500ms)；(d)延时结束后停止刀架电动机，换刀完成。车床刀架不存在刀具交换的问题，刀具选好后即可以开始加工，因此，车床的换刀由T指令(选刀指令)完成，而不需要换刀指令(M06指令)的参与。

车床刀架示意图

电气设计图车床刀架示意图

电气设计图器件说明器件含义车床刀架-安全互锁刀架电动机长时间旋转(如20s)，而检测不到刀位信号，则认为刀架出现故障，立即停止刀架电动机，以防止将其损坏并报警提示。

刀架电动机过热报警时，停止换刀过程，并禁止自动加工。车床刀架-程序设计自动刀架控制涉及的输入／输出寄存器X2.7——刀架电动机过热报警输入X3.0～X3.3——1～4号刀到位信号输入X30.6——手动刀位选择按钮信号输入X30.7——手动换刀启动按钮信号输入Y0.6——刀架正转继电器控制输出Y0.7——刀架反转继电器控制输出PLC程序按定时循环扫描的方式执行，与换刀相关的程序扫描周期为16ms，用plc1_time表示。程序中利用这一点实现定时(延时)功能。程序中用到的变量1、*sys_ext_alm()：用于设定外部报警，为16位二进制数，每一位代表一个报警，可设定0～15共16个外部报警。某位为1时，相对应的外部报警显示，为0时则清除相对应的报警。2、mod_T_code(0)：T指令代码，一般为三位十进制数，百位表示刀号，个位、十位表示刀偏号。置“-1”时T指令完成。3、T_stage：定义换刀顺序标记的局部变量(字符型)。4、T_stage_dwell：定义换刀延时时间的局部变量(无符号整型)。5、T_NO：定义所选刀号的局部变量(字符型)。程序-1

if((X[2]&0x80)==0)／／若电动机过热(X2.7为0){*sys_ext_alm()|=4;／／则显示2号外部报警：刀架／／电动机过热mod_T_code(0)=-1;／／强制T指令完成return;}／／从T指令处理程序返回到PLC主程序

(以下简称“返回”)else／／否则

*sys_ext_alm()&=～4;／／清除2号外部报警

T_NO=mod_T_code(0)／100;／／由T指令获得所要选／／的刀号／／例如T121，指选1号刀，刀偏值取21号程序-2if(T_stage_dwell>plcl_time)／／若设定的换刀延时／／时间未完成{T_stage_dwell-=plcl_time;／／则延时时间减去本／／程序执行周期的扫描时间return;}／／并且返回else／／否则T_stage_dwell=0;／／清零为下次延时准备／／进入switch结构，执行换刀顺序的下一步switch(T_stage)／／读取换刀顺序标记{case0;／／换刀第0步Y[0]|=0x40;／／输出Y0.6，刀架正转break;／／退出switch结构

(以下简称“退出”)程序-3case1;／／换刀第1步if((X[3]&0xF)!=(1<<(T_NO-1))){／／若本扫描周期读取的刀位信号不是所选刀T_stage=0;／／则回到换刀第0步，即保持正转／／继续找刀T_change_time+=plcl_time;／／记录正转时间If(T_change_time>8000)／／若超过8s没有找到／／目标刀位{*sys_ext_alm()|=8;／／则显示3号外部报警换刀超时Y[0]&=～0x40;／／停止电动机mod_T_code(0)＝-1;／／T指令强制完成break;}／／退出else程序-4*sys_ext_alm()&=～8;／／否则清除3号外部报警break;}／／退出Y[0]&=～0x40;／／否则表示以到达所选刀位，／／Y0.6置零，停止刀架正转T_stage_dwell=100;／／设定停止延时=100msbreak;／／退出case2：／／换刀第2步Y[0]|=0x80;／／Y0.7置1，刀架电动机反转／／锁死刀架T_stage_dwell=500;／／反转时间为500msbreak;／／退出程序-5case3：／／换刀第3步Y[0]&=～0x80;／／Y0.7置0，刀架电动机停止旋转mod_T_code(0)=-1;／／置T指令完成标记break;}／／退出T_stage++；／／换刀顺序标记加1／／若顺利，下面的程序扫描