数控铣床控制电路分析与检测
认识数控机床的电气图
【例1—4】
故障现象：一台数控机床，某天开机，主轴报警，显示器显示
“S axis not ready”(主轴没准备好)。 分析及处理：打开主轴伺服单元电箱，发现伺服单元无任何显示
。用万用表测主轴伺服驱动BKH电源进线供电正常，而伺服单元数
码管无显示，说明该单元损坏。检查该单元供电线路，发现供电线 路实际接线与电气图不符，该单元通电起动时，KM5先闭合，2～3s 后，KM6闭合，将电阻R短接。电阻与扼流圈L的作用是在起动时防 止浪涌电流对主轴单元的冲击。 故障排除：按电气图重新接线，更换新主轴单元后，机床恢复正常 。
上电源后，系统开始自检，当自检完毕进入基本画面时，
系统断电。 分析及处理：经检查，故障原因是X轴抱闸线圈对地短路
。系统自检后，伺服条件准备好，抱闸通电释放。抱闸线
圈采用24V电源供电，由于线圈对地：一台FANUC-0T数控车床，开机后CRT无画面
1.电气原理图一般分为主电路、控制电路和辅助电路三个部分。 2.电气原理图中所有电气元件的图形和文字符号符合国家标准。 3.在电气原理图中，所有电气元件的可动部分均按原始状态画出。 4.动力电路的电源线应水平画出；主电路应垂直于电源线画出；控 制电路和辅助电路应垂直于两条或几条水平电源线之间；耗能元件应接 在下面一条电源线一侧，而各种控制触点应接在另一条电源线上。 5.电气原理图中采用自左向右或自上而下表示操作顺序，同时应尽 量减少线条数量，避免线条交叉。
1．分析主回路
2．分析控制电路
3．分析辅助电路 4．分析连锁与保护环节
5．总体检查
一、数控机床电气线路的分析
1.主回路分析
TK40A强电回路
2.电源电路分析
TK40A电源回路图
TK40A交流控制回路图
XA6132卧式万能铣床控制电路的分析、故障诊断
冷却 M3 长动
SA3
泵
KA3
数控机床电气控制 三、分析铣床电气原理图
数控机床电气控制
工作台纵向限位开关工作状态
纵向手柄 触点
向左
中间 （停）
向右
SQ1-1
-
-
+
SQ1-2
+
+
-
SQ2-1
+
-
-
SQ2-2
-
+
+
数控机床电气控制
工作台升降、横向限位开关工作状态
升降、横向手柄 触点
向前 向下
中间 （停）
数控机床电气控制
注意： 测量前应该仔细检查万用表的测量棒是否绝缘，插
口是否牢靠。 测量时要操作动作正确，保证人身安全，防止触电。 测量时应注意所测电路的电压值。 测量时电压的档位是不能带电切换的。
数控机床电气控制 二、铣床运动、控制要求分析
1.主要结构与运动分析 XA6132铣床除主运动和较复杂的进给运动
故障点
1 不能向任 KM3、KM4不吸合 FR2常闭触点脱线
何方向进
给
2
KM3、KM4吸合 FR2驱动元件脱线
3
M2电动机损坏
数控机床电气控制
(2)诊断故障
工作台不能正常进给
KM3或KM4
否
线圈是否吸合？
是
FR2是否动作？
否
是 检查动作原因并复位
检查进给控制回路 检查M2电动机
数控机床电气控制
3.操作要点 （1）按步骤正确操作车床，确保设备安全。 （2）注意观察车床电气元件的安装位置和走线情
控制电路功能出现问题时，不用切断电源，根据被 测电路的情况，将万用表的转换开关置于交流电压 或直流电压的档位，选择好量程，根据诊断逐段测 量电路。 如果测得电气元件两点间电压值与正常值不同，即 说明该两点之前的电路接触不良或元件有损坏。 如果测得某两点间电压值为0V，即说明该两点间有 断路情况。
数控机床常见故障诊断和常规维修方法
许 多焊 点，板 问或 模块 问又通过 插接件及 电缆相 连。
因此，任 何虚焊 或 接触不 良 都可 能 引起故 障 ， 当
用绝缘物轻轻敲打有虚焊及接触 不 良的疑点处，故障
肯定会重复出现 。
３３ 、 测 量 比较 法 ．７
第一次开机 的检查，机床加工造成废 品但又无法报警、
一
Ｃ Ｃ系统 厂家在设计 印刷线路板 时， 为了调整， Ｎ
即从故 障现象开始，根据故 障机理 列出多种可能产生 故障的原 因，然后对这些原 因逐点 进行分 析，排 除不
正确的原因，最后确定故 障点。
以故 障产生时有无破坏 性而将故 障分为破坏性故 障和非破坏性故障。
２ ４ 、破 坏性故 障 ．１ 此 类故 障产生会对机床 和操作 者造成伤害，导致
故障部件。 当然采用此法 时，一定要注意 元器 件的温 分析和 比较、从而对故 障定位 。运 用这种方法，要求
度等参数，不要将原来是好 的器材烤坏。
３３ 、参数检测法 ．５
维修人 员必须 对整个 系统或每 个 电路 的原理 有清楚、
深刻的了解。
数 控 参 数 能 直 接 影 响 数 控 机 床 的 性 能。 参 数 通 常 是 存 放 在 参 数 内存 或 存 放 在 需 由 电 磁 保 持 的 ＣＭＯ Ｒ Ｍ。一 旦 电磁 不足 或 由于 外界 的某种 干扰， Ｓ Ａ 使 个别参 数丢 失或 变化，就会使 机床 无法正 常工作。 此 时，通 过核对、修正参数就能将故 障排除。 当机床
功能。本文介绍几种常规 的维修方法。
３． １ ３ 、直 观 法
这是一种最基本 的方法，维修 人员通过对故 障发
生 的各种 光、声、味等异常现象的观察 以及认真查看 系统 的每一处 ，往往 可将故 障范围缩小到一个模块或
数控机床的故障诊断、处理
数控机床的故障诊断、处理数控机床，是一种技术含量很高的机、电、仪一体化的高效复杂的自动化机床，机床在运行过程中，零部件不可避免地会发生不同程度、不同类型的故障，因此，熟悉机械故障的特征，掌握数控机床机械故障诊断的常用方法和手段，对确定故障的原因和排除有着重大的作用。
一、数控机床故障诊断原则与基本要求1.1排障原则。
主要包括以下几个方面：1)充分调查故障现象，首先对操作者的调查，详细询问出现故障的全过程，有些什么现象产生，采取过什么措施等。
然后要对现场做细致的勘测;2)查找故障的起因时，思路要开阔，无论是集成电器，还是和机械、液压，只要有可能引起该故障的原因，都要尽可能全面地列出来。
然后进行综合判断和优化选择，确定最有可能产生故障的原因;3)先机械后电气，先静态后动态原则。
在故障检修之前，首先应注意排除机械性的故障。
再在运行状态下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。
而对通电后会发生破坏性故障的，必须先排除危险后，方可通电。
1.2故障诊断要求。
除了丰富的专业知识外，进行数控故障诊断作业的人员需要具有一定的动手能力和实践操作经验，要求工作人员结合实际经验，善于分析思考，通过对故障机床的实际操作分析故障原因，做到以不变应万变，达到举一反三的效果。
完备的维修工具及诊断仪表必不可少，常用工具如螺丝刀、钳子、扳手、电烙铁等，常用检测仪表如万用表、示波器、信号发生器等。
除此以外，工作人员还需要准备好必要的技术资料，如数控机床电器原理图纸、结构布局图纸、数控系统参数说明书、维修说明书、安装、操作、使用说明书等。
二、故障处理的思路不同数控系统设计思想千差万异，但无论那种系统，它们的基本原理和构成都是十分相似的。
因此在机床出现故障时，要求维修人员必须有清晰的故障处理的思路：调查故障现场，确认故障现象、故障性质，应充分掌握故障信息，做到“多动脑，慎动手”避免故障的扩大化。
根据所掌握故障信息明确故障的复杂程度，并列出故障部位的全部疑点。
FANUC_0i_Mate_MC数控加工中心电气设计和调试(DOC)
前言数控机床集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品，它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。
现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在数控技术之上。
数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的核心标志，实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。
我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势：一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国内机床产品充斥市场，严重影响我国数控机床自主发展的势头。
这种现象的出现，除了有经营上、产品质量上和促销手段上等的原因外，一个最主要的原因就是新产品（包括基型、变型和专用机床）的开发周期长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。
本论文采用的是FANUC数控加工中心系统，深入浅出地介绍了FANUC数控加工中心的电气原理图、PMC程序的编制和简单系统的调试等。
电气原理图与PLC程序设计是这次设计中的重点内容，同时也是难点。
由于本人水平有限，设计中的错误和不足之处在所难免，敬请各位指导老师和验收老师批评指正。
目录前言 (1)第一章绪论 (3)1.1 选题背景 (3)1.2 FANUC数控系统概述 (4)1.2.1 FANUC数控系统的主要类型 (4)1.2.2 FANUC数控系统的特点 (4)1.2.3 FANUC 0系列的主要功能及特点 (5)1.2.4 FANUC 0i系列的主要功能及特点 (5)1.3 FANUC数控加工中心的创新与应用 (6)第二章 FANUC加工中心电气原理图的设计 (6)2.1 常用电器的选型 (6)2.1.1 伺服电机的选型 (6)2.1.2 低压元器件选择 (7)2.2 电气原路图的基础知识 (8)2.2.1 电气原理图 (8)2.2.2 电气原路图的构成要素 (8)2.2.3 电气原路图的画法规则 (8)2.3 电气原理图的设计原则和设计步骤 (9)2.3.1 电气原理图中的图形符号、文字符号和接线端子标记 (9)2.3.2 电气原理图 (9)2.4 电气原理图电路示例 (12)第三章 FANUC PMC程序的设计 (14)3.1 概述 (14)3.2 PMC的地址 (15)3.3 PMC程序的结构 (16)3.4 基本指令 (16)3.5 功能指令 (18)3.5.1功能指令的格式 (19)3.5.2部分功能指令说明 (20)3.6 FANUC数控加工中心PMC的分析 (24)3.6.1 I/O分配表 (24)3.6.2 PLC完成M功能信号的处理 (25)第四章系统的调试 (27)4.1 FANUC Oi Mate-MC数控系统操作面板 (27)4.2 参数的显示 (28)4.3 用MDI设定参数 (29)4.4 重要参数的设定 (30)4.4.1 有关“SETTING”的参数 (30)4.4.2 有关轴控制/设定单位的参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．324.4.3 有关存储式行程检测的参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．354.4.4 有关进给速度的参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．354.4.5 有关加减速控制的参数 (35)4.4.6 有关伺服的参数 (35)4.4.7 有关DI/DO的参数 (36)4.4.8 有关MDI、显示和编辑的参数 (37)4.4.9 有关程序的参数 (39)4.4.10 有关螺距误差补偿的参数 (39)4.4.11 有关主轴控制的参数 (40)结论 (41)致谢 (41)参考文献 (42)第一章绪论1.1 选题背景加工中心（Machining Center，简称MC）是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。
数控机床第8章 数控机床电气控制电路设计与案例(2015-08))
图8-4 保护接地连接
11
(2）工作接地
为了保证设备的正常工作，如直流电源常需要有一极接地，作为参 考零电位，其他极与之比较，形成直流电压，例如±15V、±5V、±24V 等；信号传输也常需要有一根线接地，作为基准电位，传输信号的大小 与该基准电位相比较，这类地线称工作地线。在系统中一定要注意工作 地线的正确接法，否则非但起不到作用反而可能产生干扰，如共地线阻 抗干扰、地环路干扰、共模电流辐射等等。
周德卿 2015.8
2
图8-1 某数控车床的机床主电路与继电控制电路原理图
周德卿 2015.8
3
① 主电路如图8-1左半部分所示。该电路是指3相交流380V电源和起 拖动作用的电动机之间的电路，它由电源开关、熔断器、断路器或电动 机保护器的过流过压触点、热继电器的热元件、交流接触器的主触点、 电动机以及其它要求配置的电器如电源变压器、控制变压器、变频器、 交流开关稳压电源等电气元件连接而成。
在数控系统中，常用的隔离变压器有伺服变压器和控制变压器， 其产品与电气符号如图8-7所示。
图8-5 单点接地几种形式
周德卿 2015.8
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(3）屏蔽接地
为了抑制噪声，电缆、变压器等的屏蔽层需接地，相应的地线称为 屏蔽地线。在低阻抗网络中，低电阻导体可以降低干扰作用，故低阻抗 网络常用作电气设备内部高频信号的基准电平（如机壳或接地板），连 接时应标明符号“ ” 作为屏蔽地。以屏蔽电缆为例，数控系统中有很 多弱信号传输线，传输模拟信号或数字信号，如CNC到伺服驱动信号线、 编码器反馈电动机位置与速度的信号线等，它们极易受干扰必须使用屏 蔽电缆。
该电路的控制原理同典型的电动机拖动控制电路，只是控制 触点的信号来自CNC数控单元和I/0接口单元输出电路中的直流 继电器的常开（或常闭）触点，如图8-1中控制主轴电动机正、 反转的直流继电器KA1、KA2；控制刀架电动机正、反转的直流 继电器KA4、KA5等，均是由PLC相应输出接口控制的。
XK714A数控铣床电气控制线路识读
XK714A数控铣床电气控制线路识读XK714A数控铣床工作台左右运动为X坐标，前后运动为Y坐标，均由GK6062-6AF31交流永磁伺服电动机通过同步齿形带、带轮、滚珠丝杠和螺母实现；主轴箱上下运动为Z坐标，其运动由GK6063-6AF31带抱闸的交流永磁伺服电动机通过同步齿形带、带轮、滚珠丝杠和螺母实现。
机床主轴旋转运动则由YPNC-50-5.5-A主轴电动机经同步带及带轮传至主轴。
主轴电动机为变频调速三相异步电动机，由数控系统控制变频器的输出频率实现主轴无级调速。
1. 动力电路图1是XK714A数控铣床的380V动力电路。
图中QF1、QF3、QF2、QF4分别为电源总开关以及主轴强电、伺服强电、冷却电动机所在电路的断路器，在各自的电路中起接通电源及短路保护、过流保护等作用，其中QF4断路器还带有辅助触头，该触头信号输进到PLC中作为报警信号。
图1 XK714A数控铣床动力电路KM1、KM2、KM3分别为控制伺服电动机、主轴电动机、冷却泵电动机的交流接触器的主触头，分别控制相应的电动机。
TC1则是将380V电压变换为交流220V电压的主变压器，采用三角-星连接，输出的220V交流电供给伺服电源模块。
RC1、RC2、RC5为阻容吸收器，当相应的电路断开后，可吸收伺服电源模块、主轴变频器、冷却电动机的瞬时开释能量，进行过电压保护。
2. 电源控制线路图2是XK714A数控铣床的电源控制线路。
图中TC2是控制变压器，一次侧接进来自动力电路U、V真个AC380交流电源，二次侧则输出AC110V、AC24V 、AC220V三路。
图2 XK714A数控铣床电源控制线路AC110V供给交流控制线路、电柜热交换器电源； AC24V 供给工作灯线路；AC220V供给主轴风扇电动机、润滑电动机和24V直流稳压电源VC1，并通过低通滤波器滤波后再供给伺服模块、电源模块和24V直流稳压电源VC2。
VC1直流稳压电源将给数控装置、PLC输进输出接口、24V继电器线圈、伺服模块、电源模块、悬挂风扇提供电源；VC2直流稳压电源则给Z轴电动机提供24V的Z轴抱闸装置。
数控机床常见故障诊断及排除方法
数控机床常见故障诊断及排除方法不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但随着微电子技术的发展，在故障诊断上有它的共性。
1、数控机床故障诊断原则在故障诊断时应掌握以下原则：（1）先外部后内部数控机床是集机械、液压、电气和光学为一体的机床，故其故障的发生也会由这四者综合反映出来。
维修人员应先由外向内逐一进行排查。
尽量避免随意地启封、拆卸机床，否则会扩大故障，使机床大伤元气，丧失精度，降低性能。
（2）先机械后电气一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统故障的诊断则难度较大些。
在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可达到事半功倍的效果。
（3）先静后动先在机床断电的静止状态，通过了解、观察测试、分析确认为非破坏性故障后，方可给机床通电。
在运行工况下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。
而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可通电。
（4）先简单后复杂当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。
往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。
2、数控机床的故障诊断技术数控系统是高技术密集型产品，要想迅速而正确的查明原因并确定其故障的部位，要借助于诊断技术。
随着微处理器的不断发展。
诊断技术也由简单的诊断朝着多功能的高级诊断或智能化方向发展。
诊断能力的强弱也是评价CNC数控系统性能的一项重要指标。
目前所使用的各种CNC系统的诊断技术大致可分为以下几类：1. 启动诊断（Start Up Diagnostics）启动诊断是指CNC系统每次从通电开始，系统内部诊断程序就自动执行诊断。
诊断的内容为系统中最关键的硬件和系统控制软件，如CPU、存储器、I/O等单元模块，以及MDI/CRT单元、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备。
只有当全部项目都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常运行的准备状态。
否则，将在CRT画面或发光二极管用报警方式指示故障信息。
此时启动诊断过程不能结束，系统无法投入运行。
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电平信号的使用
TTL规范
• TTL输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V 。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输 出低电平是0.2V。
脉冲信号
• 脉冲信号是一种离散信号，形状多种多样 ，与普通模拟信号（如正弦波）相比，波 形之间在时间轴不连续（波形与波形之间 有明显的间隔）但具有一定的周期性是它 的特点。
• 最常见的脉冲波是矩形波（也就是方波） 。
脉冲信号
差分信号
• 差分传输是一种信号传输的技术，区别于 传统的一根信号线一根地线的做法，差分 传输
• 差分信号在这两根线上都传输信号，这两 个信号的振幅相等，相位相反。
• 差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、 且在同一层面的两根线。
差分信号的优势
•
安全是最大的节约，事故是最大的浪 费。。1 8:47:08 18:47:0 818:47 Tuesda y, March 22, 2022
•
我的宗旨一向是逐步稳健发展，既不 要靠耸 人听闻 的利润 ，也不 要在市 场不景 气时， 突然有 资金周 转不灵 的威胁 。。22. 3.2222. 3.2218: 47:0818 :47:08 March 22, 2022
5VDC
控制逻辑电路 24VAC
执行电路 负载
强电
信号
• 电平信号 • 脉冲信号 • 差分信号
电平信号
• TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据 表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑"1"， 0V等价于逻辑"0"，这被称做TTL（晶体管晶体管逻辑电平）信号系统
• 这是计算机处理器控制的设备内部各部分 之间通信的标准技术。
PLC控制原理
•
人生为棋，我愿为卒，行动虽慢，可 谁又曾 看见我 后退一 步。。2 2.3.222 2.3.22T uesday , March 22, 2022
•
每一种创伤，都是一种成熟。。18:47: 0818:4 7:0818: 473/22/ 2022 6:47:08 PM
•
为明天做准备的最好方法就是集中你 所有智 慧，所 有的热 忱，把 今天的 工作做 得尽善 尽美， 这就是 你能应 付未来 的唯一 方法。 。22.3.2 218:47: 0818:4 7Mar-2 222-Ma r-22
5VDC
控制逻辑电路 24VAC
变频器 强电220V/其他
• 变频主轴的反馈（反馈到变频器）
闭环/半闭环控制
根据控制对象输出反馈来进行校正的控制
半闭环控制
模拟主轴控制
• 采用模拟量控制的主轴（-10V~+10V） • 模拟主轴和数字主轴 • 模拟量和数字量
– 可计算 – 抗干扰 – 有级/连续
•
惟愿：现世安稳，岁月静好。。2022 年3月22 日下午 6时47 分22.3.2 222.3.2 2
•
事实上，成功仅代表了你工作的%， 成功是% 失败的 结果。 不要等 待机会 ，而要 创造机 会。。 2022年 3月22 日星期 二下午6 时47分 8秒18:，要坚持的看到 希望。 。2022 年3月下 午6时4 7分22. 3.2218: 47March 22, 2022
•
人固有一死，或重于泰山，或轻于鸿 毛。—汉·司马 迁《史 记》。 2022年 3月22 日星期 二6时47 分8秒T uesday, March 22, 2022
•
改变自己会痛苦，但不改变自己会吃 苦。。2 2.3.222 022年3 月22日 星期二 6时47 分8秒22 .3.22
谢谢各位！
• 容易地识别小信号 • 对外部电磁干扰（EMI）是高度免疫 • 在一个单电源系统，能够从容精确地处理'
双极'信号
基本电路分析
1.工作灯电路分析（基础） 2.冷却液电路分析（基础） 3.主轴控制电路分析（重点难点） 4.伺服控制电路分析（重点难点）
主轴控制电路分析
• 电路原理
信号逻辑电路
NC产生控制信号 电平信号 脉冲信号
• KND K1000M K1000M4K1000M8用户手 册.pdf P273
模拟主轴（控制电压范围多少？）
伺服轴控制
• KND K1000M K1000M4K1000M8用户手 册.pdf P266
扩展知识：BCD码
• BCD码（Binary-Coded Decimal）亦称二 进码十进数或二---十进制代码。用4位二进 制数来表示1位十进制数中的0~9这10个数 码。是一种二进制的数字编码形式
项目四 数控铣床控制电路 分析与检测
NC-PMC/PLC-MT三层结构
PMC的功能
• M/S/T代码的译码 • 辅助功能的实现（照明、冷却等） • 键盘、指示灯等输入输出
• 协调NC与MT之间的信息传输
NC控制功能的实现
数控机床主要功能模块
• 主轴控制 • 各轴位置速度控制 • 刀库/换刀控制 • 辅助系统控制
“有电”的含义
• 逻辑电（控制电） • 强电（能量的来源）
有电么？
“隔离”思想与实现
• 接触器 • 继电器
– 电流型继电器KA – 电压型继电器KV
• 如何产生电流？ • 思考：不同电源的正负极与负载连接，可
以么？ • 何为同一电源？
“电气隔离”电路原理
• 三层控制结构
信号逻辑电路
NC产生控制信号 电平信号 脉冲信号
•
勇气是控制恐惧心理，而不是心里毫 无恐惧 。。202 2年3月 22日星 期二6 时47分8 秒18:4 7:0822 March 2022
•
坚持是一种智慧，固执是一种死板。 。下午6 时47分 8秒下 午6时47 分18:4 7:0822. 3.22
•
这天工作不发奋，明天发奋找工作。2 2.3.222 2.3.221 8:4718: 47:081 8:47:08 Mar-22