数控系统维修技术.ppt

1、第二节 数控机床的PLC 在数控机床中，除了对各坐标轴的位置进行连续控制外，还需要对主轴正/反转、刀架换刀、卡盘夹紧/松开、冷却液开/关、排屑等动作进行控制。 现代数控机床均采用PLC来完成上述功能。,一、数控机床PLC的形式 数控机床用PLC可分为两类： 一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制造的内装型PLC。 另一类是那些I/O接口技术规范、I/O点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床控制要求的独立型PLC。,图4-9 内装型PLC的CNC系统,内装型PLC从属于CNC装置，PLC与CNC间的信号传送在CNC装置内部实现，PLC与机床（Machine Tool，即MT）之间

2、则通过CNC装置输入/输出接口电路实现信号传送，如图4-9所示。 内装型PLC有以下特点： 1）在系统的结构上，内装型PLC可与CNC共用CPU，也可单独使用一个CPU；内装型PLC一般单独制成一块附加板，插装到CNC主板插座上，不单独配备I/O接口，而使用CNC装置本身的I/O接口；PLC所用电源由CNC装置提供，不需另备电源。 2）内装型PLC实际上是CNC装置带有的PLC功能，一般是作为一种基本的功能提供给用户。内装型PLC的性能指标（如：I/O点数、程序最大步数、每步执行时间、程序扫描时间、功能指令数目等）是根据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的，其硬件和软件部分是

3、被作为CNC系统的基本功能或附加功能与CNC系统一起统一设计制造的。 3）采用内装型PLC结构，扩大了CNC系统内部直接处理数据的能力，CNC系统具有某些高级控制功能，如梯形图编辑和传送功能等。又因为其造价低，从而提高了CNC系统的性能价格比。,二、PLC与外部信息交换 在讨论PLC、CNC和机床各机械部件、机床辅助装置、机床强电线路之间的关系时，常把数控机床分为“CNC侧”和“MT侧”两大部分。 “CNC侧”包括CNC的硬件和软件。 “MT侧”包括机床机械部分、机床辅助装置、机床操纵台、机床强电线路等。 PLC处于CNC侧和MT侧之间，对CNC侧和MT侧的输入、输出信号进行处理。 MT侧顺序

4、控制的对象随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大差别。机床机构越复杂，辅助装置越多，受控对象也越多。 PLC、CNC侧和MT侧三者之间的信息交换包括如下四部分：,1.MT侧至PLC MT侧的开关量信号主要是机床操作面板上各开关、按钮以及床身上的限位开关等信息，其中包括主轴正/反转、冷却液的开/关、各坐标的点动和卡盘的松/夹等信号。 这些信号通过I/O单元接口输入至PLC中，除了极少数信号外绝大多数信号的含义及所占用PLC的地址均可由PLC程序设计者自行定义。 2PLC至MT侧 PLC控制机床的信号主要是控制机床执行件的执行信号，如电磁铁、接触器、继电器的动作信号以及确保机床各运动部件

5、状态的信号及故障指示。 这些信号通过PLC的开关量输出接口送到MT侧，所有开关量输出信号的含义及所占用PLC的地址均可由PLC程序设计者自行定义。,3CNC侧至PLC CNC侧送至PLC的信息主要是M、S、T功能信息以及其它的状态信号，所有CNC侧送至PLC信号的含义及PLC的地址均由系统制造商确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。 4PLC至CNC侧 PLC送至CNC侧的信息主要是经PLC处理后的逻辑信息，所有PLC送至CNC侧的信号的含义及地址均由系统制造商确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。,PMC,MT,CNC,X Y,F G,简单记：,二、FANUC-0i系统PMC器件

6、地址,PLC的信号地址表明了信号的位置。 这些地址信号包括机床的输入/输出信号和CNC的输入/输出信号、内部继电器、非易失性存储器等。其信号地址由地址号（字母和其后四位之内的数）和位号（07）组成，格式如图4-13所示。 FANUC-0i系统的输入/输出信号控制有两种形式，一种是来自系统内装I/O卡的输入/输出信号；另一种是来自外装I/O卡（I/O Link）的输入/输出信号。如果内装I/O卡控制信号与I/O Link控制信号同时（相同控制功能）作用，内装I/O卡信号有效,第三节 FANUC-0i系统PMC性能简介,1机床到PMC的输入信号地址（MTPMC）,FANUC 0i C /0i-Ma

7、te C 系 统 输 入 输 出 地 址 速 查 表,如果采用I/O Link时，其输入信号地址为X0X127。 如果采用内装I/O卡时，FANUC-0iA系统的输入信号地址为X1000X1011，FANUC-0iB系统的输入信号地址为X0X11。 有些输入信号不需要通过PMC而直接由CNC监控。这些信号的输入地址是固定的，CNC运行时直接引用这些地址信号。FANUC-0i系统的固定输入地址及信号功能如表4-2,2从PMC到机床侧的输出信号地址（PMCMT） 如果采用I/O Link时，其输出信号地址为Y0Y127。如果采用内装I/O卡时，FANUC-0iA系统的输出信号地址为Y1000Y10

8、08，FANUC-0iB系统的输出信号地址为Y0Y8，。 3从PMC到CNC的输出信号地址（PMCCNC） 从PMC到CNC的输出信号的地址号为G0G255，这些信号的功能是固定的，用户通过梯形图实现CNC各种控制功能。 4从CNC到PMC的输入信号地址(CNCPMC) 从CNC到PMC的输入信号的地址号为F0F255，这些信号的功能也是固定的，用户通过梯形图确定CNC系统的状态。,5定时器地址（T） 定时器分为可变定时器（用户可以修改时间）和固定定时器（定时时间存储到FROM中）两种。 可变定时器有40个（T01T40），其中T01T08时间设定最小单位为48ms，T09T40时间设定最小单

9、位为8ms。固定定时器有100个（PMC为SB7时，固定定时器有500个），时间设定最小单位为8ms。 6计数器地址（C） 系统共有20个计数器，其地址为C1C20（PMC为SB7时，计数器有100个） 7保持型继电器（K） FANUC-0iA系统的保持型继电器地址为K0K19，其中K16K19是系统专用继电器，不能作为它用。FANUC-0iB/0iC系统（PMC为SB7）的保持型继电器地址为K0K99（用户使用）和K900K919（系统专用）。 8内部继电器地址（R） FANUC-0iA系统内部继电器的地址为R0-R999，PMC-SA1的R9000R9099为系统专用，PMC-SA3的R9

10、000R9117为系统专用。FANUC-0iB/0iC系统内部继电器有8500个。 9信息继电器地址（A） 信息继电器通常用于报警信息显示请求，FANUC-0iA系统有200个信息继电器（占用25个字节(25*8=200位)），其地址为A0A24。FANUC-0iB/0iC系统的信息继电器占用500个字节。,第四节 FANUC系统PMC的主要信号功能 从PMC到CNC的输出信号以及从CNC到PMC的输入信号的功能是固定的，用户通过梯形图实现CNC各种控制功能或确定CNC系统的状态。本节以FANUC 0i系统为例说明PMC的主要信号功能。,1急停信号*ESP（X8.4,G008.4） 急停信号*

11、ESP变为“0”时，CNC被复位并使机床处于急停状态。这一信号由急停按钮控制。急停信号使伺服准备信号（SA）变为“0”。 CNC通过软限位功能进行超程检测，因此可以不需要行程限位开关。但是若伺服反馈回路出现故障，机床移动有可能超越软限位范围。因此，通常将行程限位开关与急停按钮串联作为急停信号。,软限位的意思就是说 机床移动的行程超过了设定的行程，比如向前移动出现了软限位报警，你只要往后移动，然后在消除报警就可以了。,X+/-限位 车床,Z+/-限位 车床,急停,进给保持,超程复位,进给保持（Feed Hold），在加工程序执行期问，暂时中断进给的功能。,“进给保持”按键使运行中的刀具暂停，与程

12、序指令中的M00基本没什么区别。,0有效,0有效，1为正常,变频器,2.CNC就绪信号MA（F001.7） CNC上电就绪后，该信号置为1。如果出现系统报警，该信号即为0。但是，当执行急停或类似操作，该信号保持为1。 3伺服就绪信号SA（F000.6） 伺服系统就绪后，SA信号变为1。对于带制动器的轴，用此信号置1解除自动，该信号为0时电机制动。 4报警信号AL（F001.0） 系统出现报警如：TH报警、TV报警、P/S报警、超程报警、过热报警、伺服报警时，报警显示于屏幕上，且报警信号置为1。CNC复位清除报警后，信号AL置为0。 5电池报警信号BAL（F001.2） 若用于在电源断开期间保持

13、存储器内容的电池的电压低于规定值时，该信号变为1。般为了引起操作者的注意，用指示灯显示此报警。,6所有轴锁住信号*IT（G008.0） 禁止机床移动，与运行方式无关。 7各轴轴互锁信号*IT*IT4（G130.0G130.3） 禁止指定轴移动。每一控制轴都有一个独立的锁住信号。信号名尾端的数字与各控制轴的轴号对应。 8各轴各方向互锁信号+MIT1、-MIT1、+MIT2、-MIT2 （X1004.2X1004.5）（T系列） +MIT1、-MIT1、+MIT2、-MIT2 +MIT3、-MIT3、+MIT4、-MIT4 （G132.0G132.3，G134.0G134.3）（M系列） 各轴可按

14、轴运动方向互锁。,9方式选择信号MD1、MD2、MD4（G043.0G043.2）、 DNC1、 ZRN 方式选择信号为格雷码（即代码中仅有1位与相邻位不同）。为防止方式切换错误，使用回转式触电切换开关以确保相邻方式间仅有1位发生变化。,9方式选择信号MD1、MD2、MD4（G043.0G043.2）、 DNC1、 ZRN 方式选择信号为格雷码（即代码中仅有1位与相邻位不同）。为防止方式切换错误，使用回转式触电切换开关以确保相邻方式间仅有1位发生变化。,9方式选择信号MD1、MD2、MD4（G043.0G043.2） DNC1（G043.5）、ZRN（G043.7） 方式选择信号为格雷码（即代

15、码中仅有1位与相邻位不同）。为防止方式切换错误，使用回转式触电切换开关以确保相邻方式间仅有1位发生变化。,二、手动操作信号 1进给轴方向选择信号+J1+J4（G100.0G100.3） -J1-J4（G102.0G102.3） 在JOG进给或增量进给方式下选择所需的进给轴和方向。信号名称中的+/-表示进给方向，J后面的数字表示控制轴的序号。 2手动进给倍率信号*JV0*JV15（G010G011） 选择JOG进给或增量进给方式的速率。这些信号是16位的二进制编码信号，它对应的倍率如表4-4所示。 当所有的信号（*JV0*JV15 ）全部为“1 ”或“0”时，倍率值为0，在这种情况下，进给停止。

16、倍率可以0.01的单位在0655.34的范围内定义。,3手动快速移动选择信号RT（G019.7） 在JOG进给或增量进给方式下选择快速移动速度。快速移动倍率有效。 4手轮进给轴选择信号HS1AHS1D（G018.0G018.3） HS2AHS2D（G018.4G018.7） HS3AHS3D（G019.0G019.3）（M系列） 这些信号选择手轮进给作用于何坐标轴。每个手摇脉冲发生器（M系列最多3台，T系列最多2台）与一组信号相对应，每组包括4个信号，分别是A、B、C、D，信号名中的数字表示所用的手摇脉冲发生器的编号。编码信号A、B、C、D与进给轴的对应关系如表4-5所示。,5手轮进给倍率选择

17、信号MP1、MP2（G019.4、G019.5） 该信号选择手轮进给期间，手摇脉冲发生器每个脉冲对应的移动距离。也可选择增量进给每步的移动距离。表4-6为信号和位移量的对应关系。表中比例系数m、n由参数设定。 表4-6 手轮进给倍率选择信号,三、建立参考点信号 1手动返回参考点信号ZRN（G043.7）（见9方式选择信号） 该信号用于选择手动返回参考点方式。手动返回参考点实际上是工作在JOG进给方式，其次将手动返回参考点选择信号ZRN置为1。 2参考点返回减速信号*DEC1DEC4（X009.0X009.3） 这些信号在手动参考点返回操作中，使移动速度减速到FL速度，每个坐标轴对应一个减速信号

18、。减速信号后的数字代表坐标轴号。 3参考点返回结束信号ZP1ZP4（F094.0F094.3） 该信号通知机床已经处于该轴的参考点上。每个坐标轴对应一个信号。信号名称的数字代表控制轴号。 当满足以下条件时，这些信号变为“0”： 1）机床移出参考点位置； 2）急停信号有效时； 3）出现伺服报警。,四、自动运行信号 1循环启动信号ST（G007.2） 在存储器方式（MEM）、DNC运行方式（RMT）或手动数据输入方式（MDI）中，信号ST置1，然后置为0时，CNC进入循环启动状态并开始运行。 2进给暂停信号*SP（G008.5） 自动运行期间，若*SP信号置为0，CNC将进入进给暂停状态且运行停止

19、。*SP信号置为0时，不能启动自动运行。,3循环启动灯信号STL（F000.5） 通知PMC已经启动了自动运行。 4进给暂停灯信号SPL（F000.4） 通知PMC已经进入进给暂停状态。,5外部复位信号ERS（G008.7） 将复位信号ERS置为1，CNC复位并且进入复位状态。CNC复位时，复位信号RST变为1。 6复位信号RST（F001.1） 通知PMC，CNC已被复位。该信号用于PMC侧的复位处理。在下列情况下，该信号被置为1： 1）急停信号（*ESP）为0时； 2）外部复位信号（ERS）为1时； 3）复位和倒回信号（RRW）为1时； 4）按下MDI上的RESET键时。,7所有轴机床锁住

20、信号MLK（G044.1） 在手动运行或自动运行时，若该信号置1，则不向所有控制轴的伺服电机输出脉冲（移动指令），机床工作台不移动，处于锁住状态。,8各轴机床锁住信号MLK1MLK4（G108.0G108.3） 将相应的轴置于机床锁住状态。该信号用于各控制轴，信号后的数字与各控制轴号相对应。 9空运行信号DRN（G046.7） 该信号置为1，机床以设定的空运行进给速度移动。 10单程序段信号SBK（G046.1） 该信号置为1，执行单程序段操作。 11跳过任选程序段信号BDT1（G044.0） 在自动运行期间，当相应的跳过任选程序段信号为1时，包含/n的程序段被忽略。 12DNC运行选择信号D

21、NC1（G043.5）（见9方式选择信号） 选择DNC运行方式（RMT）。为进行DNC（RMT）操作，必须选择存储器运行方式（MEM）且将DNC运行选择信号置为1。,五、进给速度控制信号 1快速移动倍率信号ROV1、ROV2（G014.0、G014.1） 编码信号与表4-7倍率相对应。F0在参数设定。 表4-7 快速移动倍率信号,2进给速度倍率信号*FV0*FV7（G012.0G012.7） 切削进给速度倍率信号共有8个二进制编码信号与以下倍率值相对应。,7 （2iVi） i=0,倍率值= 当*Fvi为1时，Vi=0； 当*Fvi为0时，Vi=1； 这些信号的权值如下： *FV0：1，*FV1

22、：2，*FV2：4，*FV3：8，*FV4：16，*FV5：32，*FV6：64，*FV7：128。 所有的信号都为“0”和所有的信号都为“1”时，倍率都被认为是0。因此，倍率可在0254的范围内以1为单位进行选择。,六、辅助功能信号 1辅助功能代码信号M00M31（F010F013） 辅助功能选通信号MF（F007.0） 当指定了M代码地址（M后最多有8位数）时，代码信号和选通信号被送给机床。机床用这些信号启动或关断辅助功能。 2结束信号FIN（G004.3） 该信号表示辅助功能、主轴速度功能、刀具功能的结束。该信号在所有功能结束后必须置为1。 3分配结束信号DEN（F001.3） 分配结束

23、信号（DEN）在自动运行或手动数据输入时，各轴移动指令执行完了而M、S、T功能完成信号还没来时，变为“1”，而且即使在没有轴移动指令的程序段中，M、S、T功能完成信号返回前，均为“1”。M、S、T功能完成信号来了，且动作一结束，则分配结束信号就变为“0”。 当辅助功能（M、S、T功能）与移动指令在同一程序段中时，此信号用来区分辅助功能与移动指令是同时开始执行，还是在移动指令完成后再执行辅助功能。,七、主轴串行输出/主轴模拟输出信号 1主轴代码信号S00S31（F022F025） 主轴选通信号SF（F007.2） CNC的主轴控制功能将S指令值转换为控制主轴电机转速的输出值，并输出选通信号SF。

24、在不使用齿轮换档和恒表面切削速度控制时，S代码SF信号输出规定如下。 对于M系列，输出S代码。仅当CNC指令PMC换档时才输出SF信号。 对于T系列，S代码和SF信号都不输出。 当使用恒表面切削速度控制时，S代码并不总是主轴转速。,4主轴速度倍率信号SOV0SOV7（G030） 主轴速度倍率信号使指令的主轴速度S值乘以0254的倍率。倍率单位为1。 当执行主轴速度控制但不使用主轴速度倍率时，设定倍率值为100。若倍率为0，禁止主轴旋转。 5主轴速度到达信号SAR（G029.4） 该信号用于通知CNC，主轴已经达到指定的主轴速度。SAR信号控制切削进给的启动。,6主轴使能信号ENB（F001.4

25、） 表示是否有主轴指令输出。当输出到主轴的指令为0时，ENB信号为逻辑0。否则，为逻辑1。 在模拟主轴控制时，由于主轴电机控制放大器中存在漂移电压，所以S0无法使主轴完全停止。此时可用ENB控制电机停止。 ENB信号也可用于串行主轴。 7齿轮选择信号GR10、GR20、GR30（F034.0F034.2）（M型） GR1、GR2（G028.1G028.2）（T型） S指令是设定主轴转速的，实际控制是主轴电机。为此，CNC需要确定主轴电机速度和齿轮档位之间的对应关系。 对于M型，通过在自动运行方式或MDI操作中指定S0S99999，CNC依据事先在参数中定义的各齿轮档的速度范围来选择齿轮档，并且

26、通过使用齿轮档GR30（高）、GR20（中）、GRl0（低）通知PMC选择相应的齿轮档。同时，CNC根据选择的齿轮档位输出主轴电机速度。 对于T型，由齿轮档选择信号GR1、GR2确定机床当前使用的齿轮档（GR1、GR2设为00、01、10、11，共4个齿轮档）。 由加工者决定如何使用各齿轮档位。 CNC输出与齿轮档位相对应的速度指令。 M系列既可使用M型也可使用T型。 T系列只能使用T型。,八、刀具功能信号 刀具功能代码信号T00T31（F026F029）， 刀具功能选通信号TF（F007.3）。 在地址T后，使用最多8位数字指定刀具号和偏置号，偏置号由T代码最后的1或2位数定义，刀具号由定义偏置号的1或2位数之外的剩余位数定义。 当指定了T代码时，产生与所定义的刀具相对应的代码信号和选通信号。机床依据所产生的信号选择刀具。,九、显示/设定信号 1软操作面板信号 软操作面板功能是用软开关替代机床操作面板的部分控制开关。 如表4-8中的功能控制开关可用软开关替代。这其中还有8个通用的软开关，可由用户分配使用。这8个通用软开关可由用户任意命名。对于1到7组控制开关，用参数选择是使用机床操作面板上的控制开关还是控制单元MDI上的软开关。,2存储器保护信号KEY1、KEY2、KEY3、KEY4（G046.3G04