采用系统的数控车床串行主轴控制方案设计.doc

常州机电职业技术学院
毕业设计（论文）

作 者： XX 学 号： 11260314
系 部： 电气工程系
专 业： 数控设备应用与维护
题 目： 采用FANUC 0IMateTD系统CK6132
平床身数控车床串行主轴控制设计

校内指引教师：
XXX

公司指引教师：
XXX

评阅者：

年 4 月

毕业设计（论文）中文摘要

数控机床主轴驱动系统也叫主传动系统是完毕主运动动力装置某些。数控机床主轴及其控制系统性能在某种限度上决定了机床性能机器档次。因而，在数控机床发展过程中都引起高度注重。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装刀具或工件切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出抱负零件。在CNC中，主轴转速通过S指令进行编程，被编程S指令可以转换为模仿电压或数字量输出，因而主轴转速有两种控制方式：运用模仿量输出进行控制（简称模仿主轴）和运用串行总线进行控制（简称串行主轴）。在本论文中，重要探讨采用FANUC 0I-Mate TD系统CK6132平床身数控车床串行主轴控制设计。在设计过程中，咱们会涉及到一系列参数设立、PMC程序以及硬件选取等。这些都会在下文有所体现！

核心词：FANUC系统 串行主轴 PMC程序 控制设计

目录
1 引言 1
1.1 数控车床发呈现状 1
1.2选题意义 2
1.3数控机床对主轴系统规定 3
1.4 FANUC系统长处 4
2 机床简介 6
2.1 CK6132外观图 6
2.2 CK6132车床简介 6
2.3 CK6132数控车床性能特点 7
3 电气原理设计 10
3.1 主轴驱动系统分析 10
3.2 电气元件选型 11
3.3 电气硬件连接 17
4 PMC程序设计 20
4.1 FANUC系统与可编程控制器简介 20
4.2 PMC指令 21
4.3 PMC程序梯形图 22
5 参数设立 27
5.1主轴模块原则参数初始化 27
5.2主轴系统参数设定 27
5.3串行数字主轴伺服参数调节 28
结论 31
道谢 32
参照文献 33

1 引言
1.1 数控车床发呈现状
国内数控车床发展，始于20世纪70年代，通过30余年发展，国内生产数控车床，按中华人民共和国需求特色，形成经济型卧式数控车床（平床身卧式数控车床）、普及型数控车床（斜床身数控卧式车床和数控立式车床）和中高档数控车床（3轴控制以上）三种形式，经济型卧式数控车床，普遍采用平床身构造和立轴四工位方刀架，约占数控车床产量90%。普及型数控车床生产量不到数控车床产景10%。中高挡数控车床，即车削中心和车铣复合中心，约占数控车床产量0.02%。
经济型数控车床，价格低廉，售价仅10万元左右，不到普及型数控车床1/ 3,设备费用投入较少，可以广泛地满足公司发展初期需要，特别是受到民营经济公司欢迎，仍是国内当前数控车床主流产品。
普及型数控车床，即2轴控制卧式数控车床（斜床身}和立式数控车床，国产产品得到了顾客承认，基本可以满足顾客需要。
车削中心等3轴控制以上中高档数控车床，国内顾客选购大某些是进口产品或合资。独资公司如大连因代克斯、宁夏小巨人、杭州友佳、上海哈挺等机床有限公司生产产品，国产机床市场占有率较低。近几年，虽然国内开发了不少中高档数控车床新品种，如具备Y 轴功能车削中心、双主轴双刀架车削中心、倒置顺置主轴立式车削单元、车铣复合中心等等，但是，高档型数控车床重点是要进一步开发市场，获得国内顾客广泛承认。
“十五”期间国产数控机床发展不久。从技术上看，数控车床技术比较成熟，通过技术引进和合伙生产、消化吸取和自主创新，国内已掌握了数控车床设计和制造技术，从产品水平上看，国内已能自行开发设计各种中高档数控车床，国际上最热门、水平最高双主轴、双刀架多轴控制车铣复合中心，国内已有多家公司开发试制并成功，有已被国内顾客选购和出口国外。从品种上看，国内生产数控车床品种比较齐全，每年均有100各种数控车床新品种，可供各方面顾客选用。从生产规模上看，国产经济型数控车床已形成规模生产，有十余家公司生产规模达到年产千台以上。
国内数控车床总体水平与国外先进水平差距不大。为进一步提高国产数控车床国际竞争力和国产数控车床国内市场占有率，建议：
（1）经济型数控车床是特定期期需求产物，对于发展中华人民共和国家工业重工化阶段初期，经济型数控车床具备较优越性价比，设备投资较低，受到公司，特别是民营公司技术改造设备选型欢迎，但是，经济型数控车床与国外广泛采用普及型数控车床相比，技术含量较低，由于是大多数采用立式4工位刀架，定位精度低。刀具数少，加工范畴较窄，加工精度较低，有一定使用局限性。当前，国内生产经济型数控车床公司已超过50余家，全国年产量已超过30000台以上，已达到相称规模。因此，生产经济型数控车床公司要密切注意市场需求变化走势，及时调节产品构造。
（2）国产普及型数控车床和车削中心受到国外跨国机床公司产品和其在国内合资公司和独资公司生产产品双重挑战，在产品技术，月产量，规模上不及外国公司、合资公司。因而，当前一方面要加速普及型数控车床产业化限度，通过制造技术和管理技术提高，提高国产数控车床性价比和质量稳定性，缩短交货期，争取更多国内市场份额。
（3）采用各种办法，积极开发已试制成功中高档数控车床国内市场，突破一点，在顾客生产使用中不断改进和完善，以点带面，逐渐获得顾客承认。
（4）积极开发国内汽车、航空航天、船舶、军工和高新技术行业急需，国内又处在空白高速高效、高精度、大功率高转矩数控车床新品种。
1.2 选题意义
在数控机床中，主轴是机床里一种非常重要某些，对于它控制好坏一定限度上反映一种机床控制柔性限度。主轴驱动系统控制数控车床主轴旋转运动，为车床主轴提供驱动功率以及所需切削力。当前在数控车床中，主轴驱动常使用交流电动机，直流电动机已逐渐被裁减，由于受永磁体限制，交流同步电动机功率做得很大时，电动机成本太高。因而当前在数控机床主轴驱动中，均采用笼型异步电动机。为了获得良好主轴特性，设计中采用矢量变频控制交流主轴电动机，矢量控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式，后者具备更高速度控制精度，在数控车床中无速度传感器矢量变频器已符合控制规定。近年来，PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所体现出综合优势是其他工控产品难以比拟。随着PLC技术发展，它在位置控制、过程控制、数据解决等方面应用也越来越多。论文以CK6132数控车床为研究对象，结合所学知识参照数控设备应用与维护综合实训，论文重要研究了CK6132数控车床主轴控制系统、电气原理设计，PMC程序设计等内容。
1.3 数控机床对主轴系统规定
主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完毕主运动动力装置某些。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装刀具或工件切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出抱负零件。它是零件加工成型运动之一，它精度对零件加工精度有较大影响。机床主轴驱动和进给驱动有较大差别。机床主轴工作运动普通是旋转运动，不像进给驱动需要丝杠或其他直线运动装置作往复运动。数控机床普通通过主轴回转与进给轴进给实现刀具与工件迅速相对切削运动。在20纪60～70年代，数控机床主轴普通采用三相感应电动机配上多级齿轮变速箱实既有级变速驱动方式。随着刀具技术、生产技术、加工工艺以及生产效率不断发展，上述老式主轴驱动已不能满足生产需要。当代数控机床对主轴传动提出了更高规定:
（1）调速范畴宽并实现无极调速
为保证加工时选用适当切削用量，以获得最佳生产率、加工精度和表面质量。特別对于具备自动换刀功能数控加工中心，为适应各种刀具、工序和各种材料加工规定，对主轴调速范畴规定更高，规定主轴能在较宽转速范畴内根椐数控系统指令自动实现无级调速，并减少中间传动环节，简化主轴箱。
当前主轴驱动装置恒转矩调速范畴已可达1：100,恒功率调速范畴也可达1：30，—般过载1.5倍时可持续工作达到30min。
主轴变速分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式，其中有级变速仅用 于经济型数控机床，大多数数控机床均采用无级变速或分段无级变速。在无级变速中，变频调速主轴普通用于普及型数控机床，交流伺服主轴则用于中、高档数控机床。
（2）恒功率范畴要宽
主轴在全速范畴内均能提供切削所需功率，并尽量在全速范畴内提供主轴电动 机扱大功率。由于主轴电动机与驱动装置限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。为满足数控机床低速、强力切削需要。常采用分级无级变速办法（即在低速段采用机械减速装置），以扩大输出转矩。
（3）具备四象限驱动能力
规定主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短。 当前普通伺服主轴可以在1秒内从静止加速到6000r/min。
（4）具备位置控制能力
即进给功能（C轴功能）和定向功能（准停功能），以满足加工中心自动换刀、刚性攻丝、螺纹切削以及车削中心某些加工工艺需耍。
（5）具备较高精度与刚度，传动平稳，噪音低。
数控机床加工精度提高与主轴系统精度密切有关。为了提高传动件制造精度与刚度，采用齿轮传动时齿轮齿面应采用高频感应加热淬火工艺以增长耐磨性。最后一级普通用斜齿轮传动，使传动平稳。采用带传动时应采用齿型带。应采用精度高轴承合理支撑跨距，以提高主轴组件刚性。在构造容许条件下，应恰当增长齿轮宽度，提高齿轮重叠系数。变速滑移齿轮普通都用花键传动，采用内径定心。
1.4 FANUC 系统长处
FANUC 0i-Mate TD数控系统是具备纳米插补高可靠性、高性能价格比CNC，最多可同步控制3个轴，1个主轴。8.4英寸彩色液晶显示屏，以便存储卡编辑操作，强有力支持系统初始化设定，可以很以便地选取各种设定和调节画面。初始化参数设定操作更加简朴，安全加工程序检查功能，高性价比一体型伺服放大器。重要体当前如下几种方面：
（1）有较完善保护办法。FANUC对自身系统采用比较好保护电路。
（2）FANUC系统所配备系统软件具备比较齐全基本功能和选项功能。对于普通机床来说，基本功能完全能满足使用规定。
（3）提供大量丰富PMC信号和PMC功能指令。这些丰富信号和编程指令便于顾客编制机床PMC控制程序，并且增长了编程灵活性。
（4）具备很强DNC功能。系统提供串行RS232C传播接口，使通用计算机PC和机床之间数据传播能以便、可靠地进行，从而实现高速DNC操作。
（5）提供丰富维修报警和诊断功能。
FANUC维修手册为顾客提供了大量报警信总，并且以不同类别进行分类。PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要变化控制逻辑，只需变化程序即可。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快， 微秒级，严格同步，无抖动。时间继电器定期精度不高，受环境影响大。PLC特点：1.编程办法简朴易学。2.功能强，性能价格比高。3.硬件配套齐全，顾客使用以便，适应性强。4.可靠性高，抗干扰能力强。5.系统设计、安装、调试工作量少。6.维修工作量少，维修以便。7.体积小，能耗低。

2 机床简介
2.1 CK6132机床外观图

图2-1 CK6132机床外观图
2.2 CK6132数控车床简介
CK6132数控车床采用广州数控系统实现机床两轴控制，配有四工位电动刀架或排式刀架，以满足不同顾客需要；可开闭防护门，保证操作者安全；机床外观设计新颖，面板操作以便。能自动完毕内、外圆柱面、任意圆锥面、圆弧面及公英制螺纹等各种车削加工，合用于多品种、中小批量产品加工，对于形状复杂、高精度零件加工更能显示其优越性。
CK6132型精密数控车床重要运用于内外径、端面、锥面、弧面和螺纹等高效精密加工，刀具安装为立式四工位电动刀架，也可以采用排刀座形式，原则型可安顿6-8把刀架，也可按顾客需要选用六工位电动刀架。机床系统采用广州数控GSK980TA数控系统，也可按客户规定配备进口系统；主轴采用专用交流变频电机调速度，调速范畴大，可实现恒线速切削。机床采用加宽平床身，三角导轨采用宽敞型导轨超音频淬火，床鞍贴塑提高精密，延长机床寿命。
（1）CK6132车床机械构造构成
a)主传动系统：实现主运动；
b)进给系统：实现进给运动；
c)机床基本部件：床身、底座、立柱等，支撑机床本体；
d)辅助装置：液压、气动、润滑、冷却、防护、排屑等装置，实现某些动作和辅助功能；
e)实现工件回转、分度定位装置，如回转工作台；
f)刀库、刀架和自动换刀装置（ATC）；
g)自动托盘互换装置（APC）；
h)特殊功能装置，如刀具破损检测、精度检测、监控装置等。
（2）车床切削用量选取
依照加工工艺规定合理选取切削用量，是拟定机床参数基本根据。切削用量涉及三要素为切削速度、进给量、背吃刀量。因而在选取切削用量时候，应当要考虑到如下几种方面关系：
a）切削加工生产率在切削加工中，材料切除率与切削用量三要素切削速度、进给量、背吃刀量均保持线性关系，其中任一参数增大，都可使生产率提高。但由于刀具寿命制约，当任一参数增大时，其他两参数必要减小。因而，在指定切削用量时，使三要素获得最佳组合，此时高生产率才是合理。
b）刀具寿命切削用量三要素对刀具寿命影响大小，按顺序为切削速度、进给量、背吃刀量。因而，从保证合理刀具寿命出发，在拟定切削用量时，应先采用尽量大背吃刀量；然后再选用大进给量；最后按照拟定刀具寿命公式求出切削速度。对于专用机床来说，为了保证刀具使用寿命，切削用量不适当过大。 
c）加工表面粗糙度对于粗加工，在切削力和刀片大小容许时，一方面应进也许加大背吃刀量，相应减少进给量、切削速度，使粗糙毛坯表面在一次吃刀中切除。在机床、工件、刀具和刀具夹持刚度等容许时，粗加工也可以尽量提高进给量，并恰当减少切削速度；对于精加工，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因而，它是精加工时抑制生产率提高重要因素。 
2.3 CK6132数控车床性能特点
（1）机床采用老式卧式车床布局，整体设计，密封性好，符合安全原则。床身、床鞍等重要基本基本件均采用耐磨铸铁锻造，人工实效解决，整机稳定优越。
（2）机床纵、横向运动采用伺服电机、精密滚珠丝杆副、高刚性精密复合轴承传动、脉冲编码器位置检测半闭环CNC控制系统。机床导轨采用超音频淬火加粘塑工艺，各运动轴响应快、精度高、寿命长。
（3）机床功能齐全、操作简便、精度稳定、工作可靠。
（4）机床床头箱构造简朴合理、品种多、针对性强。主轴系统先后支架采用高精度轴承，具备转速高、刚性强、精度高、热变形小、运转平稳、噪音低明显特点。
（5）机床采用先进集中润滑方式、定期、定量自动间歇式润滑泵润滑，工作稳定可靠满足清洁生产环保规定，机床采用半防护、全防护装置，美观、独特、防削，维护以便。
（6）机床原则配备采用国内名牌立式四工位刀台。特殊配备可选用卧式六工位刀台。
（7）机床可依照顾客规定配备手动、液压卡盘。
表2-1 CK6132参数表
项 目
单位
CK6132
加工范畴
床身上最大回转直径
mm
Φ380
床鞍上最大回转直径
mm
Φ180
最大加工直径 / 长度
mm
Φ320/260
机床顶尖距
mm
410

主轴

主轴通孔直径
mm
Φ41
主轴头型式

A 2 - 5
主轴内孔锥度

MT No.5
主轴鼻端尺寸
mm
Φ82.563
主轴转速
r/min
100 ～ 3000
卡盘直径
mm
Φ165
主轴电机功率
Kw
4
行程
X/Z轴行程
mm
205/280
X/Z轴快移速度
m/min
8/10
X/Z轴电机功率
Kw
1.2/1.6
X/Z轴电机扭矩
Nm
4/6
刀架
刀架型式

立式
刀位数

4
刀具尺寸
mm
20x20
尾座
套筒直径 / 行程
mm
Φ52/100
套筒内孔锥度

MT No.4

3 电气原理设计
3.1 主轴驱动分析
(1) 数控机床对主轴驱动系统规定
随着数控技术不断发展，老式主轴驱动已不能满足数控技术需要。当代数控机床对主轴传动系统提出了更高规定，详细规定为：
a）对功率规定。规定主轴电动机有2.2〜250 Kw功率范畴，既要能输出大功率，又规定主轴构造简朴。
b）宽调速范畴。数控机床主轴驱动系统规定在1:(100〜1000)范畴内进行恒转矩和1:10恒功率调速，并且规定主轴在正、反向转动时，均可进行加减速控制，即规定具备四象限驱动能力。
c）定位准停功能。为了使数控车床具备螺纹切削功能，规定主轴能与进给驱动实行同步控制；在加工中心上，为了自动换刀，还规定主轴具备高精度准停功能。
为了实现上述规定，在初期数控机床上，多采用直流主轴驱动系统，但由于直流电动机换向限制，大多数系统恒功率调速范畴都很小，且直流电动机构造复杂，寿命短、维修量大。因而，随着大功率电力电子元件和变频技术发展，当前数控机床上大多使用交流主轴驱动系统。当前,世界上高速加工数控机床异军突起，电主轴应运而生。在此后一种时期内，电主轴将是数控机床主轴驱动系统一种发展方向。
(2) 串行主轴与模仿主轴区别
主轴控制在CNC 中，主轴转速通过S指令进行编程，被编程S指令可以转换为模仿电压或数字量输出，因而主轴转速有两种控制方式：运用模仿量输出进行控制（简称模仿主轴）和运用串行总线进行控制（简称串行主轴）。模仿主轴控制通过CNC内部附加 D/A 转换器，自动将S指令转换为-10V～+10 V 模仿电压。CNC所输出模仿电压可通过主轴速度控制单元实现主轴闭环速度控制，在调速精度规定不高场合，也可以使用通用变频器等简朴开环调速装置进行控制。主轴驱动装置总是严格保证速度给定输入与电机输出转速之间相应关系。如：当速度给定输入10V时，如果电机转速为6000r/min，则在输入5 V 时，电机转速必3000r/min。模仿主轴与串行主轴区别见下表：
表3-1 模仿主轴与串行主轴区别
项目
主轴模仿量控制
串行主轴控制
主轴转速输出
-10V—+10V模仿量
通过串行通信传播内部数字信号
主轴驱动装置
模仿量控制主轴驱动单元
(如变频器）
数控系统专用主轴驱动装置
主轴电动机
普通三相异步电动机或者变频电动机
数控系统专用主轴伺服电动机
主轴参数设定
在主轴驱动装置上设定与调节
在CNC上设定与调节，并运用串行总线自动传送到主轴驱动装置中
主轴位置检测连接
直接由编码器连接到CNC
从编码器到主轴驱动装置，再由主轴驱动装置到CNC
主轴正、反转启动与停止控制
运用主轴驱动装置上外部接点输入信号进行控制
运用CNC和PMC之间内部 信号进行控制
3.2 电气元件选型
(1) 主轴伺服电机选取
伺服基本概念是精确、精准、迅速定位。伺服电机构造与普通电机是有区别，要满足迅速响应和定位。数控机床对伺服电机规定重要为：机械特性刚性好。规定伺服电机速降小、刚度大，即在外部干扰力（切削力、重力等外力）作用下，这些力从工作部件传到电机轴上产生转角位置变化小。
a）迅速响应。这在轮廓加工，特别对曲率大加工对象进行高速加工时规定较严格。
b）调速范畴宽。这可以使数控机床合用于各种不同刀具、加工材质，适应于各种不同工艺内容。
c）低速大转矩，并规定一定过载转矩。机床进给机械负载性质重要是克服工作台摩擦力和切削力，因而重要是“恒转矩”性质。
原则上应依照负载来选取伺服电机。电机轴上负载有两种，即阻尼转矩和惯量负载，这两种负载都要对的地计算，其值应满足下列条件：
a) 当机床作空载运营时，在整个速度范畴内，加在伺服电机轴上负载转矩应在电机持续额定转矩范畴内，即在转矩—转速特性曲线持续工作区。
b) 最大负载转矩、负载周期以及过载实验都在提供特性曲线准许范畴内。
c) 电机在转/减速过程中转矩应在加减速区（或短时间工作区）之内。
d) 对规定频繁启动、制动以及周期性变化负载，必要检查它在一种周期中转矩均方根值，它应不大于电机持续额定转矩。
e) 加在电机轴上负载惯量大小对电机敏捷度和整个伺服系统精度将产生影响。惯量即物体转动时惯性，与物体质量、直径关于。普通，当负载惯量不大于电机转子惯量时，上述影响不大。但当负载惯量达到甚至超过转子惯量5倍时，会使敏捷度和响应时间受到很大影响，甚至会使伺服放大器不能再正常调节范畴内工作，因此对此类惯量应避免使用。
下图为FANUC βis 3/5000伺服电动机：
β—— 伺服电机系列名称
i —— 系列号
s —— 电机类型（s：强磁材料）
3/—— 失速转矩 （N˙m）
5000 —— 最高转速 （r/min）

图3-1 FANUC βis 3/5000伺服电动机
(2) 伺服放大器选取
FANUC βi SVPM 伺服放大器是多伺服轴/主轴一体型伺服驱动装置，其基本规格以βi SVPM3-15伺服放大器为例，规格如下：
电源电压：3～，200V～240V，-15%～+10%
电源频率：50/60Hz
主回路电源容量：22kVA
控制回路电源容量：DC24V，-10%～+10%，1.5A
输入电流：64A
额定输出电流：L轴13A；M轴13A；N轴13A
如图3-1所示：

图3-2 βi SVPM3-15伺服放大器
(3) 熔断器选取
熔断器是一种简朴有效保护电器。在电路中重要起短路保护作用，选取熔断器时重要是选取熔断器类型、额定电压、额定电流及熔体额定电流。熔断器类型应依照线路规定和安装条件来选取。熔断器额定电压应不不大于或等于线路工作电压。熔断器额定电流应不不大于或等于熔体额定电流。熔体额定电流选取是熔断器选取核心，其选取办法如下：
对于如照明线路等没有冲击电流负载，应使熔体额定电流不不大于或稍不不大于电路电流，即
Ifu ≥ I电路 式（1）
式（1）中，Ifu为熔体额定电流；I电路为电路工作电流
对与电动机一类负载，应考虑启动冲击电流影响，按下式计算：
Ifu ≥ 1.5—2.5IN 式（2）
式（2）中，IN为电动机额定电流。
对于多台电动机，如果由一种熔断器保护，则熔体额定电流应按下式计算：
Ifu ≥ （1.5—2.5）INmax + ∑IN 式（3）
式（3）中，INmax为容量最大一台电动机额定电流；∑IN为别的电动机额定电流总和。
(4) 接触器选取
接触器是一种用来频繁地接通和分断带有负载主电路自动控制电器。接触器由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其她部件四某些构成。其中电磁机构由线圈、动铁心和静铁心构成；触点系统涉及三对触点、辅助触点。工作原理是当线圈通电后，铁心产生电磁吸力将衔铁吸合。衔铁带动触点系统动作，使常闭触点断开，常开触点闭合。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧力作用下释放，触电系统随之复位。选取交流接触器时重要考虑主触点额定电压、额定电流、辅助触点数量与种类、吸引线圈电压级别、操作频率等。CJ20系列交流接触器重要技术参数如表3-1所示：
表3-2 CJ20系列交流接触器重要技术参数
型号
频率/Hz
辅助触点额定电流/A
吸引线圈电压/V
主触点额定电流/A
额定电压/N
可控制电动机最大功率/KW
CJ20-10
50
5
36、127
220、380
10
380/220
4/2.2
CJ20-16
16
380/220
7.5/4.5
CJ20-25
25
380/220
11/5.5
CJ20-40
40
380/220
22/11
CJ20-63
63
380/220
30/18
CJ20-100
100
380/220
50/28
CJ20-160
160
380/220
85/48
CJ20-250
250
380/220
132/80
CJ20-400
400
380/220
220/115
(5) 继电器选取
继电器是一种依照电量参数（电压、电流）或非电量参数（时间、温度、压力等）变化自动接通或断开控制电路，以完毕控制或保护任务电器。继电器用途广泛，种类繁多。按反映参数可分为电流继电器、电压继电器、时间继电器、热继电器和速度继电器等；按动作原理可分为电磁式、电动式、电子式等。
表3-3 JZ7系列继电器重要技术数据
型号
触点额定电压/V
触点额定电流/A
触点对数
吸引线圈电压/V
额定操作频率/（次/h）
常开
常闭
JZ7-44
500
5
4
4
交流50Hz时12、36、127、220、380
1200
JZ7-62
6
2
JZ7-80
8
10
(6) 低压断路器选取
低压断路器普通称为自动开关或空气开关，具备控制电器和保护电器复合功能，可用于数控机床主电路及分支电路通断控制。当电路发生短路、过载或欠压等故障时能自动分断。在正常状况下也可用做不频繁地直接接通和断开电动机控制电路。
低压断路器种类繁多，按其用途和构造特点分为DW型框架式（或称万能式）断路器、DZ型塑料外壳式（或称装置式）断路器、DS型直流迅速断路器和DWX型/DWZ型限流式断路器等。
框架式断路器规格、体积都比较大些，重要用做配电线路保护开关，而塑料外壳式断路器相对较小，除用作配电线路保护开关外，还可用做电动机、照明电路及电热电路控制，因而数控机床重要使用塑料外壳式断路器。
当前数控机床惯用有DZ5、DZ20、DZX19、DZ108和C45N等系列产品。其中DZ5断路器具备体积小、分断能力高、限流性好、操作轻便、型号规格齐全、可以以便地在单级构造基本上组合成二级、三级、四级断路器长处，广泛使用在60A及如下支路中。以DZ5系列断路器为例其重要技术数据见表3-3。
表3-4 DZ5系列低压断路器重要技术参数
型号
额定
电压
/V
额定
电流
/A
极数
脱扣器类别
热脱扣器额定
电流/A
电磁脱扣器瞬时动作整定值/A
DZ5-20/200
交流380
20
2
无脱扣器
——
——
DZ5-20/300
3
DZ5-20/210
2
热脱扣器
0.15（0.1-0.3）
0.2（0.15-0.2）
为热脱扣器额定电流8-12倍
DZ5-20/310
3
DZ5-20/220
直流220
2
电磁脱扣
0.3（0.2-0.3）
0.45（0.3-0.45）
1（0.65-1）
1.5（1-1.5）
3（2-3）
4.5（3-4.5）
10（6.5-10）
15（10-15）
为热脱扣器额定电流8-12倍
DZ5-20/320
3
DZ5-20/230
2
复式脱扣
DZ5-20/330
3

(7) 其她元气件选取
a）直流稳压电源选取
直流稳压电源功能是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，需要稳压电源给驱动器、控制单元、直流继电器及信号批示灯等提供直流电源。在数控机床中重要使用开关电源。直流稳压电源功率为100W。
b）按钮选取
依照需要触电数目，动作规定，使用场合及颜色等进行按钮选取。普通用红色表达停止，绿色表达启动。
3.3 电气硬件连接
（1）对于βi 系列伺服放大器，带主轴放大器SPVM是一体型放大器，连接如下图所示。注意a) 24V电源连接CXA2C(A1-24V,A2-0V)。b)TB3(SVPSM右下面)不要接线。c)上部两个冷却电扇要自己接外部200V电源。d)三个（或两个）伺服电机动力线放大器端插头盒是有区别，CZ2L（第一轴），CZ2M（第二轴），CZ2N（第三轴）分别相应为XX，XY，YY，普通FANUC公司提供动力线，都是将插头盒单独放置，顾客自己依照实际状况装入，因此在装入时要注意一一相应。

图3-3 βi 系列伺服放大器连接图

（2）上述图中TB2和TB1不要搞错，TB2（左侧）为主轴电机动力线，而TB（右端）为三相200V输入端，TB3为备用（主回路直流侧端子）。普通不要连接线。如果将TB1和TB2接反，则测量TB3电压正常（约直流300V），但系统会浮现401报警。其中，CX38，CX38 是连接断电保护回路，普通不用连接。
（3）伺服电机动力线和反馈线都带有屏蔽，一定要将屏蔽做接地解决，并且信号线和动力线要分开接地，以免由于干扰产生报警。如下所示：

图3-4 伺服电机动力线和反馈线连接图

4 PMC程序设计
4.1 FANUC系统与可编程控制器简介
FANUC系统是日本富士通公司产品，普通其中文译名为发那科。FANUC系统进入中华人民共和国市场有非常悠久历史，有各种型号产品在使用，使用较为广泛产品有FANUC0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在这些型号中，使用最为广泛是FANUC0系列。
系统在设计中大量采用模块化构造。这种构造易于拆装、各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，并且便于维修、更换。FANUC系统设计了比较健全自我保护电路。
PMC信号和PMC功能指令极为丰富，便于工具机厂商编制PMC控制程序，并且增长了编程灵活性。系统提供串行RS232C接口，以太网接口，可以完毕PC和机床之间数据传播。
FANUC系统性能稳定，操作界面和谐，系统各系列总体构造非常类似，具备基本统一操作界面。FANUC系统可以在较为宽泛环境中使用，对于电压、温度等外界条件规定不是特别高，因而适应性很强。
鉴于前述特点，FANLIC系统拥有广泛客户，使用该系统操作员队伍十分庞大。
PLC (Programmable Logic Controller)可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定期、计算和算术运算等操作指令，并通过数字式、模仿式输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。PLC重要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器构成。PLC工作原理是用触点和线圈实现逻辑运算。
FANUC数控系统将PLC记为PMC,称作可编程机床控制器，即专门用于控制机床 PLC。当前FANUC系统中PLC均为内装型PMC。
CNC侧涉及CNC硬件和软件；MT侧涉及机床机械某些、机床辅助装置、机床操纵台、机床强电电路等。PMC处在CNC侧和MT侧之间，对CNC侧和MT侧输入、输出信号进行解决。
PMC、CNC侧和MT侧三者之间信息互换包换如下4某些：MT侧至PMC；PMC至MT侧；CNC至PMC；PMC至CNC侧。
PMC地址规定如下：
X：由机床至PMC输入信号（MT—PLC）
Y：由PMC至机床输出信号（PMC—MT）
F：由CNC至PLC输入信号（CNC—PLC）
G：由PMC至CNC输出信号（PMC—CNC）
R：内部继电器
D：非易失性存储器
4.2 PMC指令
PMC指令有两种：基本指令和功能指令两种指令。在设计顺序程序时，使用最多是基本指令。由于数控机床执行执行顺序逻辑往往较为复杂，仅使用基本指令编程会十分困难或规模庞大，因而必要借助功能指令以简化程序。PMC基本指令、功能指令见表4-1,4-2。
表4-1 PMC指令表
NO.
指令
解决内容
1
RD
读出指定信号状态，在一种梯级开始触点是常开触点时使用

2
RD.NOT
读出指定信号“非”状态，在一种梯级开始触点是常闭触点时使用

3
WRT
将运算成果写入到指定地址
4
WRT.NOT
将运算成果“非”状态写入到指定地址

5
AND
执行触点逻辑“与”操作

6
AND.NOT
以指定信号“非”状态进行逻辑“与”操作

7
OR
执行触点逻辑“或”操作
8
OR.NOT
以指定信号“非”状态进行逻辑“或”操作
9
RD.STK
电路块起始读信号，指定信号触点是常开触点使用
10
RD.NOT.STK
电路块起始读信号，指定信号触点是常闭触点使用
11
AND.STK
电路块逻辑“与”操作
12
OR.STK
电路块逻辑“或”操作
表4-1 PMC功能指令表
序号
指令助记符
指令代码
解决内容
1
END1
SUB1
第一级程序结束
2
END2
SUB2
第二级程序结束
3
TMRB
SUB24
固定定期器解决
4
DECB
SUB25
二进制译码
5
CODB
SUB27
二进制代码转换
4.3 PMC程序梯形图
（1）梯形图（LAD）是在继电器控制系统基本上发展出来一种图形语言，在形式上类似于继电器控制电路。FANUC PMC梯形图见图4-3-1。

图4-3-1 FANUC梯形图
梯形图编程语言特点：梯形图按自上而下、从左到右顺序排列，两侧垂直 公共线称为母线；梯形图中继电器室PMC内部编程元件；在梯形图中有一种假想电流，称为能流，从左到右；PMC按编号来区别编程元件。
PLC程序信号地址表见表4-3。
表4-3 PLC程序信号地址表
序号
信号地址
信号名称
1
X8.4
急停开关
2
X10.0
主轴正传开关
3
X10.1
主轴停止开关
4
F1.1
复位开关
5
X10.2
主轴反转开关
6
Y0.0
主轴正转线圈
7
Y5.3
主轴正转批示灯
8
Y0.1
主轴反转线圈
9
Y5.7
主轴反转批示灯
10
F7.0
M代码选通
11
F1.3
分派完毕信号

（2）主轴手动正转PMC

图4-1 主轴电机正转PMC程序
在JOG模式下，系统检测到JOG进给信号，内部继电器R0.2触点闭合。这时按下正转按钮，X10.0接通，内部继电器R102.0接通，其常开触点闭合。导通R102.1，使其触点闭合，在卡盘夹紧状态下R36.0触点闭合，形成自锁。Y0.0接通，电机正转，灯Y5.3亮。
（3）主轴手动反转转PMC

图4-2 主轴电机反转PMC程序
在JOG模式下，系统检测到JOG进给信号，内部继电器R0.2触点闭合。这时按下正转按钮，X10.0接通，内部继电器R104.0接通，其常开触点闭合。导通R104.1，使其触点闭合，在卡盘夹紧状态下R36.0触点闭合，形成自锁。Y0.1接通，电机正转，灯Y5.7亮。
（4）M代码解决

图4-3 M代码解决PMC程序
F7.0为M代码选通、F1.3分派完毕信号，当这两个接通时，对F10～F134字节进行译码，当译出成果在0～7范畴内时，与R100相应位为“1”。
成果为0时 R100 #0 变“1”
成果为1时 R100 #1 变“1”
成果为2时 R100 #2