采用系统的数控车床串行主轴控制设计.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系统的CK6132 平床身数控车床串行主轴控制设计 校内指导教师： XXX公司指导教师： XXX评阅者： 2023 年 4 月毕业设计（论文）中文摘要数控机床的主轴驱动系统也叫主传动系统是完毕主运动的动力装置部分。数控机床主轴及其控制系统的性能在某种限度上决定了机床的性能机器档次。因此，在数控机床的发展过程中都引起高度的重视。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出抱负的零件。在CNC中，主轴转速通过S指令进行编程，被编程的S指令可以转换为模拟电压或数字量输出，因此主轴的转速有两种控制方式：运用模拟量输出进行控制（简称模拟主轴）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系统的CK6132平床身数控车床串行主轴控制设计。在设计过程中，我们会涉及到一系列的参数设立、PMC程序以及硬件的选择等。这些都会在下文有所体现！关键词：FANUC系统 串行主轴 PMC程序 控制设计目录1 引言11.1 数控车床发展现状11.2选题意义21.3数控机床对主轴系统的规定31.4 FANUC系统的优点42 机床简介62.1 CK6132外观图62.2 CK6132车床简介62.3 CK6132数控车床性能特点73 电气原理的设计103.1 主轴驱动系统分析103.2 电气元件选型113.3 电气硬件连接174 PMC程序设计204.1 FANUC系统与可编程控制器的简介204.2 PMC的指令214.3 PMC程序梯形图225 参数设立275.1主轴模块标准参数的初始化275.2主轴系统参数的设定275.3串行数字主轴伺服参数调整28结论31致谢32参考文献331 引言1.1 数控车床发展现状我国数控车床发展，始于20世纪70年代，通过30余年的发展，我国生产的数控车床，按中国需求的特色，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，普遍采用平床身结构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的10%。中高挡数控车床，即车削中心和车铣复合中心，约占数控车床产量的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的1/ 3,设备费用投入较少，可以广泛地满足公司发展初期的需要，特别是受到民营经济公司的欢迎，仍是我国当前数控车床的主流产品。普及型数控车床，即2轴控制的卧式数控车床（斜床身和立式数控车床，国产产品得到了用户认可，基本可以满足用户需要。车削中心等3轴控制以上的中高档数控车床，国内用户选购的大部分是进口产品或合资。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的产品，国产机床市场占有率较低。近几年，虽然我国开发了不少中高档数控车床新品种，如具有Y 轴功能的车削中心、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，高级型数控车床的重点是要进一步开发市场，取得国内用户广泛认可。“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，通过技术引进和合作生产、消化吸取和自主创新，我国已掌握了数控车床设计和制造技术，从产品水平上看，我国已能自行开发设计各种中高档数控车床，国际上最热门的、水平最高的双主轴、双刀架多轴控制车铣复合中心，我国已有多家公司开发试制并成功，有的已被国内用户选购和出口国外。从品种上看，我国生产的数控车床品种比较齐全，每年都有100多个数控车床新品种，可供各方面用户选用。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成年产千台以上。我国数控车床的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的产物，对于发展中国家工业重工化阶段的初期，经济型数控车床具有较优越的性价比，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的欢迎，但是，经济型数控车床与国外广泛采用的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，加工范围较窄，加工精度较低，有一定的使用局限性。目前，我国生产经济型数控车床的公司已超过50余家，全国年产量已超过30000台以上，已达成相称的规模。所以，生产经济型数控车床的公司要密切注意市场需求变化的走势，及时调整产品结构。（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的产品和其在国内合资公司和独资公司生产的产品双重挑战，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的提高，提高国产数控车床的性价比和质量稳定性，缩短交货期，争取更多的国内市场份额。（3）采用多种措施，积极开发已试制成功的中高档数控车床国内市场，突破一点，在用户生产使用中不断改善和完善，以点带面，逐步取得用户认可。（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的，国内又处在空白的高速高效、高精度、大功率高转矩的数控车床新品种。1.2 选题意义 在数控机床中，主轴是机床里的一个非常重要的部分，对于它的控制的好坏一定限度上反映一个机床的控制柔性的限度。主轴驱动系统控制数控车床主轴的旋转运动，为车床主轴提供驱动功率以及所需的切削力。目前在数控车床中，主轴驱动常使用交流电动机，直流电动机已逐渐被淘汰，由于受永磁体的限制，交流同步电动机功率做得很大时，电动机成本太高。因此目前在数控机床的主轴驱动中，均采用笼型异步电动机。为了获得良好的主轴特性，设计中采用矢量变频控制的交流主轴电动机，矢量控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式，后者具有更高的速度控制精度，在数控车床中无速度传感器的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表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着PLC技术的发展，它在位置控制、过程控制、数据解决等方面的应用也越来越多。论文以CK6132数控车床为研究对象，结合所学知识参考数控设备应用与维护综合实训，论文重要研究了CK6132数控车床的主轴控制系统、电气原理设计，PMC程序的设计等内容。 1.3 数控机床对主轴系统的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的动力装置部分。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出抱负的零件。它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的加工精度有较大的影响。机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别。机床主轴的工作运动通常是旋转运动，不像进给驱动需要丝杠或其它直线运动装置作往复运动。数控机床通常通过主轴的回转与进给轴的进给实现刀具与工件的快速的相对切削运动。在20纪6070年代，数控机床的主轴一般采用三相感应电动机配上多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动方式。随着刀具技术、生产技术、加工工艺以及生产效率的不断发展，上述传统的主轴驱动已不能满足生产的需要。现代数控机床对主轴传动提出了更高的规定:（1）调速范围宽并实现无极调速为保证加工时选用合适的切削用量，以获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。特別对于具有自动换刀功能的数控加工中心，为适应各种刀具、工序和各种材料的加工规定，对主轴的调速范围规定更高，规定主轴能在较宽的转速范围内根椐数控系统的指令自动实现无级调速，并减少中间传动环节，简化主轴箱。目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达1：100,恒功率调速范围也可达1: 30，般过载1.5倍时可连续工作达成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，变频调速主轴一般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）恒功率范围要宽主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽也许在全速范围内提供主轴电动 机的扱大功率。由于主轴电动机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。为满足数控机床低速、强力切削的需要。常采用分级无级变速的方法（即在低速段采用机械减速装置），以扩大输出转矩。（3）具有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。 目前一般伺服主轴可以在1秒内从静止加速到6000r/min。（4）具有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的某些加工工艺的需耍。（5）具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低。数控机床加工精度的提高与主轴系统的精度密切相关。为了提高传动件的制造精度与刚度，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。最后一级一般用斜齿轮传动，使传动平稳。采用带传动时应采用齿型带。应采用精度高的轴承合理的支撑跨距，以提高主轴的组件的刚性。在结构允许的条件下，应适当增长齿轮宽度，提高齿轮的重叠系数。变速滑移齿轮一般都用花键传动，采用内径定心。1.4 FANUC 系统的优点FANUC 0i-Mate TD数控系统是具有纳米插补的高可靠性、高性能价格比的CNC，最多可同时控制3个轴，1个主轴。8.4英寸彩色液晶显示屏，方便存储卡的编辑操作，强有力支持系统初始化设定，可以很方便地选择各种设定和调整画面。初始化参数设定操作更加简朴，安全的加工程序检查功能，高性价比的一体型的伺服放大器。重要体现在以下几个方面：（1）有较完善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。（2）FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用规定。（3）提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床的PMC控制程序，并且增长了编程的灵活性。（4）具有很强的DNC功能。系统提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。（5）提供丰富的维修报警和诊断功能。FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信总，并且以不同的类别进行分类。PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可。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的特点：1.编程方法简朴易学。2.功能强，性能价格比高。3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。4.可靠性高，抗干扰能力强。5.系统的设计、安装、调试工作量少。6.维修工作量少，维修方便。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的两轴控制，配有四工位电动刀架或排式刀架，以满足不同用户的需要；可开闭的防护门，保证操作者的安全；机床外观设计新奇，面板操作方便。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、中小批量产品的加工，对于形状复杂、高精度零件的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，标准型可安顿6-8把刀架，也可按用户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，也可按客户规定配置进口系统；主轴采用专用交流变频电机调速度，调速范围大，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车床机械结构组成a)主传动系统：实现主运动；b)进给系统：实现进给运动；c)机床基础部件：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、分度定位的装置，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）车床切削用量的选择根据加工工艺的规定合理的选择切削用量，是拟定机床参数的基本依据。切削用量涉及三要素为切削速度、进给量、背吃刀量。因此在选择切削用量的时候，应当要考虑到以下几个方面的关系：a）切削加工生产率在切削加工中，材料的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。但由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它两参数必须减小。因此，在指定切削用量时，使三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。 b）刀具寿命切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为切削速度、进给量、背吃刀量。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在拟定切削用量时，应先采用尽也许大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后按照拟定的刀具寿命公式求出切削速度。对于专用机床来说，为了保证刀具的使用寿命，切削用量不宜过大。c）加工表面粗糙度对于粗加工，在切削力和刀片大小允许时，一方面应进也许的加大背吃刀量，相应的减少进给量、切削速度，使粗糙的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允许时，粗加工也可以尽也许提高进给量，并适当减少切削速度；对于精加工，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工时克制生产率提高的重要因素。2.3 CK6132数控车床性能特点（1）机床采用传统的卧式车床布局，整体设计，密封性好，符合安全标准。床身、床鞍等重要基础基础件均采用耐磨铸铁铸造，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的半闭环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）机床的床头箱结构简朴合理、品种多、针对性强。主轴系统的前后支架采用高精度轴承，具有转速高、刚性强、精度高、热变形小、运转平稳、噪音低的显著特点。（5）机床采用先进的集中润滑方式、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的环保规定，机床采用的半防护、全防护装置，美观、独特、防削，维护方便。（6）机床标准配置采用国内名牌的立式四工位刀台。特殊配置可选用卧式六工位刀台。（7）机床可根据用户规定配置手动、液压卡盘。表2-1 CK6132参数表项 目单位CK6132加工范围床身上最大回转直径mm380床鞍上最大回转直径mm180最大加工直径 / 长度mm320/260机床顶尖距mm410主轴主轴通孔直径mm41主轴头型式A 2 - 5主轴内孔锥度MT No.5主轴鼻端尺寸mm82.563主轴转速r/min100 3000卡盘直径mm165主轴电机功率Kw4行程X/Z轴行程mm205/280X/Z轴快移速度m/min8/10X/Z轴电机功率Kw1.2/1.6X/Z轴电机扭矩Nm4/6刀架刀架型式立式刀位数4刀具尺寸mm20x20尾座套筒直径 / 行程mm52/100套筒内孔锥度MT No.43 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的规定随着数控技术的不断发展，传统的主轴驱动已不能满足数控技术的需要。现代数控机床对主轴传动系统提出了更高的规定，具体规定为：a）对功率的规定。规定主轴电动机有2.2250 Kw的功率范围，既要能输出大的功率，又规定主轴结构简朴。b）宽调速范围。数控机床主轴驱动系统规定在1:(1001000)范围内进行恒转矩和1:10的恒功率调速，并且规定主轴在正、反向转动时，均可进行加减速控制，即规定具有四象限驱动能力。c）定位准停功能。为了使数控车床具有螺纹切削功能，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，还规定主轴具有高精度的准停功能。为了实现上述规定，在初期的数控机床上，多采用直流主轴驱动系统，但由于直流电动机的换向限制，大多数系统恒功率调速范围都很小，且直流电动机结构复杂，寿命短、维修量大。因此，随着大功率电力电子元件和变频技术的发展，现在的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。在此后一个时期内，电主轴将是数控机床主轴驱动系统的一个发展方向。(2) 串行主轴与模拟主轴的区别主轴控制在CNC 中，主轴转速通过S指令进行编程，被编程的S指令可以转换为模拟电压或数字量输出，因此主轴的转速有两种控制方式：运用模拟量输出进行控制（简称模拟主轴）和运用串行总线进行控制（简称串行主轴）。模拟主轴控制通过CNC内部附加的 D/A 转换器，自动将S指令转换为-10V+10 V 的模拟电压。CNC所输出的模拟电压可通过主轴速度控制单元实现主轴的闭环速度控制，在调速精度规定不高的场合，也可以使用通用变频器等简朴的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的相应关系。如：当速度给定输入10V时，假如电机转速为6000r/min，则在输入5 V 时，电机转速必3000r/min。模拟主轴与串行主轴的区别见下表：表3-1 模拟主轴与串行主轴的区别项目主轴模拟量控制串行主轴控制主轴转速输出-10V+10V的模拟量通过串行通信传输的内部数字信号主轴驱动装置模拟量控制的主轴驱动单元(如变频器）数控系统专用的主轴驱动装置主轴电动机普通的三相异步电动机或者变频电动机数控系统专用的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整在CNC上设定与调整，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的外部接点输入信号进行控制运用CNC和PMC之间的内部 信号进行控制3.2 电气元件选型(1) 主轴伺服电机的选择伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。伺服电机的构造与普通电机是有区别的，要满足快速响应和定位。数控机床对伺服电机的规定重要为：机械特性刚性好。规定伺服电机的速降小、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的转角位置变化小。a）快速响应。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）调速范围宽。这可以使数控机床合用于各种不同的刀具、加工材质，适应于各种不同的工艺内容。c）低速大转矩，并规定一定的过载转矩。机床进给机械负载的性质重要是克服工作台的摩擦力和切削力，因此重要是“恒转矩”的性质。原则上应根据负载来选择伺服电机。电机轴上的负载有两种，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，在整个速度范围内，加在伺服电机轴上的负载转矩应在电机连续额定转矩范围内，即在转矩转速特性曲线的连续工作区。b) 最大负载转矩、负载周期以及过载实验都在提供的特性曲线的准许范围内。c) 电机在转/减速过程中的转矩应在加减速区（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的负载，必须检查它在一个周期中的转矩均方根值，它应小于电机的连续额定转矩。e) 加在电机轴上的负载惯量大小对电机的灵敏度和整个伺服系统的精度将产生影响。惯量即物体转动时的惯性，与物体的质量、直径有关。通常，当负载惯量小于电机转子惯量时，上述影响不大。但当负载惯量达成甚至超过转子惯量的5倍时，会使灵敏度和响应时间受到很大的影响，甚至会使伺服放大器不能再正常调节范围内工作，所以对这类惯量应避免使用。下图为FANUC is 3/5000伺服电动机： 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 （Nm）5000 最高转速 （r/min）图3-1 FANUC is 3/5000伺服电动机(2) 伺服放大器的选择FANUC i SVPM 伺服放大器是多伺服轴/主轴一体型的伺服驱动装置，其基本规格以i SVPM3-15伺服放大器为例，规格如下：电源电压：3，200V240V，-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 i SVPM3-15伺服放大器(3) 熔断器的选择熔断器是一种简朴有效的保护电器。在电路中重要起短路保护作用，选择熔断器时重要是选择熔断器的类型、额定电压、额定电流及熔体的额定电流。熔断器的类型应根据线路规定和安装条件来选择。熔断器的额定电压应大于或等于线路的工作电压。熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额定电流。熔体额定电流的选择是熔断器选择的核心，其选择方法如下：对于如照明线路等没有冲击电流的负载，应使熔体的额定电流大于或稍大于电路电流，即 Ifu I电路 式（1） 式（1）中，Ifu为熔体的额定电流；I电路为电路的工作电流对与电动机一类的负载，应考虑启动冲击电流的影响，按下式计算： Ifu 1.52.5IN 式（2） 式（2）中，IN为电动机的额定电流。 对于多台电动机，假如由一个熔断器保护，则熔体的额定电流应按下式计算： Ifu （1.52.5）INmax + IN 式（3）式（3）中，INmax为容量最大的一台电动机的额定电流；IN为其余电动机额定电流总和。 (4) 接触器的选择接触器是一种用来频繁地接通和分断带有负载的主电路的自动控制电器。接触器由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其他部件四部分组成。其中电磁机构由线圈、动铁心和静铁心组成；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的作用下释放，触电系统随之复位。选择交流接触器时重要考虑主触点的额定电压、额定电流、辅助触点的数量与种类、吸引线圈的电压等级、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/KWCJ20-1050536、127220、38010380/2204/2.2CJ20-1616380/2207.5/4.5CJ20-2525380/22011/5.5CJ20-4040380/22022/11CJ20-6363380/22030/18CJ20-100100380/22050/28CJ20-160160380/22085/48CJ20-250250380/220132/80CJ20-400400380/220220/115(5) 继电器的选择继电器是一种根据电量参数（电压、电流）或非电量参数（时间、温度、压力等）的变化自动接通或断开控制电路，以完毕控制或保护任务的电器。继电器用途广泛，种类繁多。按反映的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系列继电器的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JZ7-44500544交流50Hz时12、36、127、220、3801200JZ7-6262JZ7-80810(6) 低压断路器的选择低压断路器通常称为自动开关或空气开关，具有控制电器和保护电器的复合功能，可用于数控机床主电路及分支电路的通断控制。当电路发生短路、过载或欠压等故障时能自动分断。在正常情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，按其用途和结构特点分为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型直流快速断路器和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，重要用做配电线路的保护开关，而塑料外壳式断路器相对较小，除用作配电线路的保护开关外，还可用做电动机、照明电路及电热电路的控制，因此数控机床重要使用塑料外壳式断路器。目前数控机床常用的有DZ5、DZ20、DZX19、DZ108和C45N等系列产品。其中DZ5断路器具有体积小、分断能力高、限流性好、操作轻便、型号规格齐全、可以方便地在单级结构基础上组合成二级、三级、四级断路器的优点，广泛使用在60A及以下的支路中。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/ADZ5-20/200交流380202无脱扣器DZ5-20/3003DZ5-20/2102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的8-12倍DZ5-20/3103DZ5-20/220直流2202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的8-12倍DZ5-20/3203DZ5-20/2302复式脱扣DZ5-20/3303(7) 其他元气件的选择a）直流稳压电源的选择直流稳压电源的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、直流继电器及信号指示灯等提供直流电源。在数控机床中重要使用开关电源。直流稳压电源的功率为100W。b）按钮的选择根据需要的触电数目，动作规定，使用场合及颜色等进行按钮的选择。一般用红色表达停止，绿色表达启动。3.3 电气硬件连接（1）对于i 系列的伺服放大器，带主轴的放大器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的右下面)不要接线。c)上部的两个冷却风扇要自己接外部200V电源。d)三个（或两个）伺服电机的动力线放大器端的插头盒是有区别的，CZ2L（第一轴）, CZ2M（第二轴）, CZ2N（第三轴）分别相应为XX，XY，YY，一般FANUC公司提供的动力线，都是将插头盒单独放置，用户自己根据实际情况装入，所以在装入时要注意一一相应。图3-3 i 系列的伺服放大器连接图（2）上述图中的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）。一般不要连接线。假如将TB1和TB2接反，则测量TB3电压正常（约直流300V），但系统会出现401报警。其中，CX38，CX38 是连接断电保护回路，一般不用连接。（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的简介FANUC系统是日本富士通公司的产品，通常其中文译名为发那科。FANUC系统进入中国市场有非常悠久的历史，有多种型号的产品在使用，使用较为广泛的产品有FANUC0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在这些型号中，使用最为广泛的是FANUC0系列。系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装、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的自我保护电路。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，并且增长了编程的灵活性。系统提供串行RS232C接口，以太网接口，可以完毕PC和机床之间的数据传输。FANUC系统性能稳定，操作界面和谐，系统各系列总体结构非常的类似，具有基本统一的操作界面。FANUC系统可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度等外界条件的规定不是特别高，因此适应性很强。鉴于前述的特点，FANLIC系统拥有广泛的客户，使用该系统的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的电子系统，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的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC重要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。PLC的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的 PLC。目前FANUC系统中的PLC均为内装型PMC。CNC侧涉及CNC的硬件和软件；MT侧涉及机床机械部分、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侧的输入、输出信号进行解决。PMC、CNC侧和MT侧三者之间的信息互换包换如下4部分：MT侧至PMC；PMC至MT侧；CNC至PMC；PMC至CNC侧。PMC地址的规定如下：X：由机床至PMC的输入信号（MTPLC）Y：由PMC至机床的输出信号（PMCMT）F：由CNC至PLC的输入信号（CNCPLC）G：由PMC至CNC的输出信号（PMCCNC）R：内部继电器D：非易失性存储器4.2 PMC的指令PMC的指令有两种：基本指令和功能指令两种指令。在设计顺序程序时，使用最多的是基本指令。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，因此必须借助功能指令以简化程序。PMC的基本指令、功能指令见表4-1,4-2。表4-1 PMC指令表NO.指令解决内容1RD读出指定信号状态，在一个梯级开始的触点是常开触点时使用2RD.NOT读出指定信号的“非”状态，在一个梯级开始的触点是常闭触点时使用3WRT将运算结果写入到指定的地址4WRT.NOT将运算结果的“非”状态写入到指定的地址5AND执行触点逻辑“与”操作6AND.NOT以指定信号的“非”状态进行逻辑“与”操作7OR执行触点逻辑“或”操作8OR.NOT以指定信号的“非”状态进行逻辑“或”操作9RD.STK电路块的起始读信号，指定信号的触点是常开触点使用10RD.NOT.STK电路块的起始读信号，指定信号的触点是常闭触点使用11AND.STK电路块的逻辑“与”操作12OR.STK电路块的逻辑“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1END1SUB1第一级程序结束2END2SUB2第二级程序结束3TMRBSUB24固定定期器解决4DECBSUB25二进制译码5CODBSUB27二进制代码转换4.3 PMC程序梯形图（1）梯形图（LAD）是在继电器控制系统基础上发展出来的一种图形语言，在形式上类似于继电器控制电路。FANUC PMC的梯形图见图4-3-1。 图4-3-1 FANUC梯形图梯形图编程语言的特点：梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列，两侧的垂直 公共线称为母线；梯形图中的继电器室PMC内部的编程元件；在梯形图中有一个假想的电流，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1X8.4急停开关2X10.0主轴正传开关3X10.1主轴停止开关4F1.1复位开关5X10.2主轴反转开关6Y0.0主轴正转线圈7Y5.3主轴正转指示灯8Y0.1主轴反转线圈9Y5.7主轴反转指示灯10F7.0M代码选通11F1.3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，在卡盘夹紧的状态下R36.0触点闭合，形成