数控机床主轴控制相关PLC与参数
数控机床中PLC实现的功能
数控机床中PLC实现的功能
1．M、S、T功能
M、S、T功能可以由数控加工程序来指定，也可以在机床的操作面板上进行掌握。
plc依据不同的M功能，可掌握主轴的正转、反转和停止，主轴准停，冷却液的开、关，卡盘的夹紧、松开及换刀机械手的取刀、归刀等动作。
S功能在PLC中可以简单地用四位代码直接指定转速。
CNC送出S代码值到PLC，PLC将十进制数转换为二进制数后送到D／A转换器，转换成相对应的输出电压，作为转速指令来掌握主轴的转速。
数控机床通过PLC可管理刀库，进行刀具的自动交换。
处理的信息包括刀库选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命和刀具刃磨次数等。
2．机床外部开关量信号掌握功能
机床的开关量有各类掌握开关、行程开关、接近开关、压力开关和温控开关等，将各开关量信号送入PLC，经规律运算后，输出给掌握对象。
3．输出信号掌握功能
PLC输出的信号经强电柜中的继电器、接触器，通过机床侧的液压或气动电磁阀，对刀库、机械手和回转工作台等装置进行掌握，另外还对冷却泵电动机、润滑泵电动机及电磁制动器等进行掌握。
4．伺服掌握功能
通过驱动装置，驱动主轴电动机、伺服进给电动机和刀库电动机等。
5．报警处理功能
PLC收集强电柜、机床侧和伺服驱动装置的故障信号，将报警标志区中的相应报警标志位置位，数控系统便发出报警信号或显示报警文本以便利故障诊断。
6．其它介质输入装置互联掌握
有些数控机床用计算机软盘读入数控加工程序，通过掌握软盘驱动装置，实现与数控系统进行零件程序、机床参数和刀具补偿等数据的传输。
分析PLC在数控机床控制系统中的应用
分析PLC在数控机床控制系统中的应用PLC（可编程逻辑控制器）是一种专门用于工业自动化领域的控制设备。
在数控机床控制系统中，PLC起到了关键的作用，扮演着控制、监控和通信的重要角色。
PLC在数控机床控制系统中用于控制整个机床的运行和动作。
通过PLC可以实现对机床主轴、进给运动和各个辅助功能的控制。
PLC可以接收输入信号，如开关、传感器等，根据预设的程序逻辑进行处理，然后输出控制信号给执行元件，如电机、气缸等，从而控制机床的各项运动。
PLC还可以监控机床运行状态，并对可能出现的故障进行诊断和报警。
PLC可以通过接收来自各个传感器的信号，在运行过程中实时监测机床的运行状态，如主轴转速、进给速度、刀具位置等。
当监测到异常情况时，PLC能够根据预设的逻辑进行处理，并发送报警信号，通知操作人员采取相应的措施。
PLC还承担着与外部设备的通信任务。
在数控机床控制系统中，PLC可以通过与人机界面、计算机、网络等设备的连接，实现与它们之间的数据交换和通信。
这样，操作人员可以通过人机界面与PLC进行交互，设置机床参数、编写加工程序等；PLC还可以将机床的生产数据、运行状态等信息传输给计算机，进行远程监控和数据分析。
PLC还具有可编程性和灵活性的特点，可以根据具体的工艺要求进行程序修改和调整，方便实现功能的扩展和变更。
PLC还具有较高的可靠性和稳定性，能够承受恶劣的工业环境和长时间的连续工作，保障数控机床的正常运行。
PLC在数控机床控制系统中扮演着重要的角色。
它能够实现对机床的精确控制和高效监测，提高数控机床的加工精度和生产效率。
随着工业自动化的发展，PLC的应用范围将越来越广泛，对于提升数控机床的智能化水平和竞争力具有重要意义。
数控机床PLC控制基础知识
数控机床PLC控制基础知识
具有内装型PLC的CNC系统
数控机床PLC控制基础知识
子程序必须在第二级程序 后指定。
数控机床PLC控制基础知识
FANUC系统PMC的分类:
PMC—L/M：用于FANUC—OC/OD系统 PMC—SA1：用于FANUC—O i系统/O i Mate系统 PMC—SA3：用于FANUC—O i A系统 PMC—SB7：用于FANUC—16i/18i/21i及O i B/O i C系统 PMC—RB5/RB6：用于FANUC—16/18系统
数控机床PLC控制基础知识
3、CNC至PLC
• CNC至机床的信息主要是M、S、T、F等功能代码。 S功能是指用几位代码指定主轴转速，在PLC中通 过转换输出主轴转速控制指令；T功能是通过PLC 管理刀库，进行自动刀具交换；M功能是辅助功能， 根据不同的M代码，可控制主轴的正、反转和停止， 主轴齿轮箱的换档变速，切削液的开、关，卡盘 的夹紧、松开及换刀机械手的取刀、归刀等动作； F功能是通过PLC控制伺服系统完成坐标轴进给率 的输出。
数控机床PLC控制基础 知识
2020/11/21
数控机床PLC控制基础知识
5.1.1 数控机床PMC概述
PLC用于数控机床通常称之为可编程序机床控制器 PMC（Programmable Machine Controller）。 ❖数控机床的控制，由CNC和PMC协调配合共同完成。 ☺CNC主要完成哪些功能？ ☺PMC主要完成哪些功能？ CNC完成插补运算、译码、位置伺服控制等。 PMC完成工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一 些辅助动作；它还接受机床操作面板的指令，一方面直 接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往CNC用 于加工过程的控制。
FANUC数控系统主轴参数
FANUC数控系统主轴参数1. 主轴转速（Spindle Speed）主轴转速是指主轴每分钟旋转的圈数，通常以转/分钟（rpm）为单位。
FANUC数控系统通常具有高精度的主轴调速系统，可以根据加工要求调节主轴转速，以满足不同工件材料和加工方式的需求。
2. 主轴加速度（Spindle Acceleration）主轴加速度是指主轴从静止状态加速到设定转速时所需的时间。
在精密加工中，主轴加速度的快慢对加工质量、工件表面质量和主轴寿命都有重要影响。
FANUC数控系统通常具有大范围的主轴加速度调节功能，可以根据不同工艺要求进行调整。
3. 主轴减速度（Spindle Deceleration）主轴减速度是指主轴从设定转速减速到静止状态所需的时间。
主轴减速度的合理设置可以保证主轴停止后位置的精度，减少工件因主轴停转而产生的负面影响。
FANUC数控系统通常具有调整主轴减速度的功能，可以根据工件的要求和机床性能进行调整。
4. 主轴定位精度（Spindle Positioning Accuracy）主轴定位精度是指主轴停止后，在指定位置能够保持的精度。
在高精度加工中，主轴定位精度对工件的加工精度至关重要。
FANUC数控系统通常具有高精度的主轴定位控制系统，可以保证主轴在停止后的位置精度。
5. 主轴控制方式（Spindle Control Mode）主轴控制方式是指主轴的启停和转速控制方式。
FANUC数控系统通常具有多种主轴控制方式，如手动控制、自动控制、远程控制等。
不同的主轴控制方式可以满足不同的加工需求。
6. 主轴力矩（Spindle Torque）主轴力矩是指主轴旋转时所产生的力矩。
主轴力矩的大小决定了机床能够承受的加工负荷，对于大型工件的加工尤为重要。
FANUC数控系统通常可以根据加工要求调整主轴力矩，以适应不同的工作情况。
7. 主轴冷却方式（Spindle Cooling Method）主轴冷却方式是指主轴散热的方式。
数控机床主轴驱动与控制
特点，还可以实现定向和进给功能，当然价格也是最高的， 通常是同功率变频器主轴驱动系统的2--3倍以上。
伺服主轴驱动系统主要应用于加工中心上，用以满足系 统自动换刀、刚性攻丝、主轴C轴进给功能等对主轴位置 控制性能要求很高的加工。
6.2.3主轴分段无级调速
6.2主轴驱动与控制(Spindle Drive and Control)
图6.3所示为西 门子802C数控系 统的变频调速控 制连接图。主轴 电机的正反转通 过继电器KA2和 KA3控制，转速 大小通过X7口模 拟电压值大小控 制。
6.2主轴驱动与控制(Spindle Drive and Control)
6.1 概述
1.主轴驱动系统的功能
主轴驱动系统通过控制主轴电机的旋转方向和转速， 从而调节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，加工出理想的零件。因此，主轴驱动的主 要功能是为各类工件的加工提供所需的切削功率。
此外，当数控机床具有螺纹加工、恒线速加工以及准 停要求（比如加工中心换刀）时，对主轴也提出了相应的 位置控制要求，所以此类数控机床还具有主轴与进给联动 功能和准停控制功能。
6.1 概述
（3）DANFOSS（丹佛斯）公司系列变频器 该公司目前应用于数控机床上的变频器系列常用的有：
VLT2800，可并列式安装方式，具有宽范围配接电机功率： 0.37KW-7.5KW 200V/400；VLT5000，可在整个转速范围内进行 精确的滑差补偿，并在3ms内完成。在使用串行通讯时，VLT 5000对每条指令的响应时间为0.1ms，可使用任何标准电机与VLT 5000匹配。
对于中档数控机床而言主要采用这种方案。其主轴传动仅采用两 挡变速甚至仅一挡即可实现100—200 r/min左右时车、铣的重力切 削。一些有定向功能的还可以应用于要求精镗加工的数控镗铣床。 但若应用在加工中心上，还不很理想，必须采用其他辅助机构完成 定向换刀的功能，而且也不能达到刚性攻丝的要求。
机床电气控制与PLC
案例二：加工中心的电气控制与PLC应用
加工中心是一种多功能的机床， 具有钻孔、铣削、攻丝等多种加
工能力。
PLC在加工中心的电气控制中同 样发பைடு நூலகம்着关键作用，能够实现多 轴联动、高精度加工和自动化生
产。
PLC通过接收来自操作面板和数 控系统的指令，控制加工中心的 各个轴电机的运动，实现高精度
的加工和自动化生产。
未来发展方向
未来机床电气控制技术将进一步向智能化、网络化、柔性化方向发展，以满足更加多样化 的加工需求。同时，随着物联网、大数据等新技术的应用，机床电气控制将更加智能化和 自适应。
展望
技术进步与创新
未来机床电气控制技术将继续在智能化、高效化、自动化方面取得突破，推动制造业的转型升级。同时，技术的不断 创新将为机床电气控制带来更多的可能性，如新型传感器、执行器、控制算法等的应用将进一步提高机床的性能。
安全。
机床电气控制系统的功能
控制功能
根据输入的程序和指令，控制 机床的各个运动轴按照预定的
轨迹和速度进行加工。
检测功能
通过各种传感器检测机床的运 行状态和加工过程中的各种参 数，如温度、压力、位置等。
诊断功能
对机床的运行状态进行实时监 测，及时发现并处理故障，确 保机床的稳定运行。
维护功能
根据监测数据和运行状态，对 机床进行预防性维护和保养，
VS
意义
随着工业自动化的发展，机床电气控制与 PLC的应用越来越广泛。研究机床电气控 制与PLC对于推动工业自动化技术的发展 、提高生产效率和产品质量、降低能耗和 排放等方面都具有重要的意义。同时，对 于相关企业和机构来说，掌握机床电气控 制与PLC技术也是实现转型升级和可持续 发展的重要手段。
数控机床主轴控制相关PLC与参数
CTRLOUT_MODULE_NR[ 0,AX3 ] CTRLOUT_NR[ 0,AX3 ] CTRLOUT_TYPE[0] NUM_ENCS ENC_MODULE_NR[ 0,AX3 ] ENC_INPUT_NR[ 0, AX3 ]
值 0 0 8000 0 1 2 1 2 0 1 1 2
数据说明 总线地址12 的报文类型 总线地址10 的报文类型 总线地址12 的功能选项：模拟主轴 双极性模拟量（出厂设定） 单极性模拟量（使能 & 方向） 单极性模拟量（+使能 & -使能） 给定值模块号 给定值号信号端口 给定值输出类型 编码器数量 编码器模块号 编码器信号端口号
说明
P 电源正 M 电源地
A *A 空 B *B 空
引脚
9 10 11 12 13 14 15
说明
P 电源正 R
M 电源地 *R 空 空 空
6)伺服主轴的电气控制原理图
2.数控机床主轴控制的相关PLC 1)配置主轴
2) 主轴使能控制
4）主轴点动
3.数控机床主轴的相关参数 1）与变频主轴相关机床数据的设定
主轴驱动装置，有普通变频器和闭环主轴驱动装置等， 普通变频器的生产厂家很多，目前市场上流行的有德国西门 子公司、日本三肯、安川等。闭环主轴驱动装置一般由各数控 公司自行研制并生产，如西门子公司的611系列，日本发那克 公司的α系列等。
1.2变频主轴的电气控制原理
1)变频器的电气控制原理图
2)MM420 变频器电源及电机强电接线端子排列如下图所示：
30120 CTRLOUT_NR[ 0,AX3 ]
30130 CTRLOUT_TYPE[0]
30200 NUM_ENCS
30220 ENC_MODULE_NR[ 0,AX3 ]
数控机床主轴控制相关PLC与参数
13070 DRIVE_FUNCTION_MASK[ 0 ]
30134 IS_UNIPOLAR_OUTPUT[ 0,AX3 ]
30110 30120 30130 30200 30220 30230
CTRLOUT_MODULE_NR[ 0,AX3 ] CTRLOUT_NR[ 0,AX3 ] CTRLOUT_TYPE[0] NUM_ENCS ENC_MODULE_NR[ 0,AX3 ] ENC_INPUT_NR[ 0, AX3 ]
•在SimoComU 的主画面上选择图标 •选择图标 上电复位
存储数据 ，
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•
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• 机床主轴，一般用于给机床加工提供动力，通常主轴 •驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类； •主轴驱动切削工件旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类。 •主轴电机通常有普通电机与标准主轴电机两种（与之对应的驱 •动装置也分为开环与闭环两种）。 • 主轴驱动装置，有普通变频器和闭环主轴驱动装置等， •普通变频器的生产厂家很多，目前市场上流行的有德国西门 •子公司、日本三肯、安川等。闭环主轴驱动装置一般由各数控 •公司自行研制并生产，如西门子公司的611系列，日本发那克 •公司的α系列等。
数据名
13060 DRIVE_TELEGRAM_TYPE[ 4 ]
30110 CTRLOUT_MODULE_NR[ 0,AX3 ]
30120 CTRLOUT_NR[ 0,AX3 ]
30130 CTRLOUT_TYPE[0]
30200 NUM_ENCS
30220 ENC_MODULE_NR[ 0,AX3 ]
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• 机床主轴，一般用于给机床加工提供动力，通常主轴 •驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类； •主轴驱动切削工件旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类。 •主轴电机通常有普通电机与标准主轴电机两种（与之对应的驱 •动装置也分为开环与闭环两种）。 • 主轴驱动装置，有普通变频器和闭环主轴驱动装置等， •普通变频器的生产厂家很多，目前市场上流行的有德国西门 •子公司、日本三肯、安川等。闭环主轴驱动装置一般由各数控 •公司自行研制并生产，如西门子公司的611系列，日本发那克 •公司的α系列等。
书山有路勤值
30240 ENC_TYPE[0]
2
31020 ENC_RESOL[ 0, AX3 ]
32000 MAX_AX_VELO
32020 JOG_VELO_RAPID
32250 RATED_OUTVAL[ 0, AX3 ]
100
32260 RATED_VELO[ 4 ]
•2) 主轴使能控制
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•
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•4）主轴点动
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3.数控机床主轴的相关参数 •1）与变频主轴相关机床数据的设定
数据号
数据名
13060 DRIVE_TELEGRAM_TYPE[ 0 ]
13060 DRIVE_TELEGRAM_TYPE[ 4 ]
•在SimoComU 的主画面上选择图标 •选择图标 上电复位
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36200 AX_VELO_LIMIT[0]...[5]
35110 35130
GEAR_STEP_MAX_VELO[0]...[5]
GEAR_STEP_MAX_VELO_LIMI T[0]...[5]
数据说明 编码器类型
实际值TTL 编码器每转脉冲数 最大轴速度 点动方式快速速度 额定输出值（%）* 实际值额定电机转速(对应模拟电压)* 速度监控的门限值
13070 DRIVE_FUNCTION_MASK[ 0 ]
30134 IS_UNIPOLAR_OUTPUT[ 0,AX3 ]
30110 30120 30130 30200 30220 30230
CTRLOUT_MODULE_NR[ 0,AX3 ] CTRLOUT_NR[ 0,AX3 ] CTRLOUT_TYPE[0] NUM_ENCS ENC_MODULE_NR[ 0,AX3 ] ENC_INPUT_NR[ 0, AX3 ]
值 0 0 8000 0 1 2 1 2 0 1 1 2
数据说明 总线地址12 的报文类型 总线地址10 的报文类型 总线地址12 的功能选项：模拟主轴 双极性模拟量（出厂设定） 单极性模拟量（使能 & 方向） 单极性模拟量（+使能 & -使能） 给定值模块号 给定值号信号端口 给定值输出类型 编码器数量 编码器模块号 编码器信号端口号
主轴各档最高转速 主轴各档最高转速限制
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•2）与变频主轴相关伺服驱动器的数据设置
•利用准备好的“驱动器调试电缆”将计算机与611UE 的X471 连接起来；
•从WINDOWS 的“开始”中找到驱动器调试工具SimoCom U，并启动；
•选择联机方式；进入专家表（Ctrl+E），配置电机参数：
• 802D数控系统配置变频主轴时,变频器0-10V的指令电压是 通过611UE的X411端口上的75.A和15给出的,正反转指令是通过 X453端口上的Q0.A和Q1.A给出的
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•
•4) X471主轴编码器接口说明
引脚
1 2 3 4 5 6 7 8
说明
P 电源正 M 电源地
•
P890=4 编码器信号源来自X472 接口
•
P922=104 主轴信号的PROFIBUS 报文类型
•
P1007=编码器线数 外装编码器每的转脉冲数。应与主轴参数MD31020
相同。
•在SimoComU 的主画面上选择图标
•选择图标
上电复位
存储数据 ，
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•P922=0 主轴信号的PROFIBUS 报文类型 •P890=4 编码器信号源来自X472 接口 •P915[8]=50103 总线给定值配置：模拟输出送到X441 的端子75.A 和15 •P915[9]=50107 总线给定值配置：数字输出送到X453 的端子Q0.A 和Q1.A •注意：参数的索引号[8]、[9]需要用鼠标右键激活显示滤波器：
A *A 空 B *B 空
引脚
9 10 11 12 13 14 15
说明
P 电源正 R
M 电源地 *R 空 空 空
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•6)伺服主轴的电气控制原理图
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•2.数控机床主轴控制的相关PLC •1)配置主轴
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•1.2变频主轴的电气控制原理
•1)变频器的电气控制原理图
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•2)MM420 变频器电源及电机强电接线端子排列如下图所示：
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•3)变频器接线方框图
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•4)变频器与611U伺服驱动的连接图
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2020年4月10日星期五
•1.数控机床主轴电气控制原理
• 就电气控制而言，机床主轴的控制是有别于机床伺服轴的。 •一般情况下，机床主轴的控制系统为速度控制系统，而机床伺服轴 •的控制系统为位置控制系统。换句话说，主轴编码器一般情况下不 •是用于位置反馈的（也不是用于速度反馈的），而仅作为速度测量 •元件使用，从主轴编码器上所获取的数据，一般有两个用途，其一 •是用于主轴转速显示；其二是用于主轴与伺服轴配合运行的场合 •（如螺纹切削加工，恒线速加工，G95转进给等）。 • 注：当机床主轴驱动单元使用了带速度反馈的驱动装置 •以及标准主轴电机时，主轴可以根据需要工作在伺服状态。 •此时，主轴编码器作为位置反馈元件使用。 •