机床数控原理与系统第8章 数控机床电气控制电路设计与案例(2015-08))

机床数控原理与系统
第8章 数控机床电气控制电路设计与案例
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【教学重点】 数控机床电气控制电路是由CNC、伺服系统、PLC和机床电气的主电路、 电源电路和典型电动机拖动继电控制电路以及抗电磁干扰和安全防护等电路 综合设计而成。在学习完前7章数控技术基本原理与典型数控系统的基础上， 本章通过西门子808D系统在CK6140数控车床上应用和FANUC 0i-Mate MD系统 在XK714A数控铣床上应用的典型设计案例，介绍了数控机床电气控制电路的 设计思路、步骤与方法以及数控机床电气原理图工程画法等，从“系统”的 角度上做到识图、懂图，有利于读者进行数控机床的安装、调试与维修工作。 【教学内容】 8.1数控机床电气控制电路概述 8.1.1数控机床电气控制电路构成与功能 8.1.2 数控机床电气控制电路图设计要点 8.1.3 抗电磁干扰电路设计 8.2 西门子808D系统CK6140数控车床电气控制电路的设计 8.2.1 CK6140数控车床控制要求 8.2.2 CK6140数控车床设计方案 8.2.3 CK6140数控车床电气控制电路的设计 8.3 FANUC 0i-MateD系统XK714A数控铣床电气控制电路的设计 8.3.1 XK714A数控铣床控制要求 8.3.2 XK714A数控铣床设计方案 8.3.3 XK714A数控铣床电气控制电路的设计 【教学课时】6课时

同理，为抗电磁干扰需在三相交流接触器出线端并联阻容吸 收器如FV2、在直流继电器线圈两端需并联反向二极管，以抑制 直流继电器线圈通断时产生的反电势。

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③ CNC接口及系统连接电路、主轴与进给伺服系统接口及连接电路。 这些电路对不同的系统有着不同的接口与连接，详见第7章第7.2节“典 型数控系统和通信接口与系统连接”。 ④ PLC I/0接口单元的输入输出电路。该电路用来完成NC侧、机床侧、 机床控制面板、电气柜内继电控制电路等机床顺序控制开关信号的连接。 由于在数控系统内部是直流弱电信号，而机床电气控制电路是交流强电 信号，为防止电磁场干扰或工频电压串入计算机数控系统中，接口一般 都采用光电耦合器进行隔离，如第7章图7-20所示电路。由于I/0接口点 数较多，特别是大型加工中心高达数百点，怎样与CNC数控单元及内置 的PLC通信连接上就成了大问题。 一些普及型的数控系统如西门子808D系统往往采取点到点的汇点/源 式的输入输出连接方式，虽然直接但是难以在CNC数控单元背面狭小空 间内布置更多的端子排或插座等形式接口。 近年来，在开发的新系统中如西门子828D、FANUC 0i-C/D系统，多 已采用了Profibus、FSSB、Drive Cliq或I/0 Link等串行异步通信总线 连接方式，解决了CNC、PLC的 I/0输入输出信号传输问题。不仅减少了 电缆连接、安装连接容易，而且特别适合CNC数控计算机的数字信号传 输，信号传输的可靠性和抗干扰性能也大为提高，电路连接也简捷。
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8.1.2 数控机床电气控制电路图设计要点
1.一个完整的数控机床电气控制电路图设计应包括：
①电气原理图(含主电路、继 电控制电路原理图)；
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② 继电控制电路如图8-1右半部分所示。该电路主要用来实
现对机床的主轴正反转、刀架电动机正反转和其它辅助电动机 如冷却、润滑、液压、排屑、机械手等电动机进行控制。 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。
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8.1数控机床电气控制电路概述
8.1.1 数控机床电气控制电路构成与功能
数控机床是典型的机电一体化产品。数控机床电气控制 电路以数控计算机与伺服系统为控制核心，内置PLC及其接 口为信息交换中心，辅以机床电气的主电路、电源电路和 典型电动机拖动继电控制电路等，完成零件轮廊插补计算 与坐标轴联动控制，以及机床辅助功能(M、S、T)顺序控制。 数控机床电气控制电路由数控机床电气控制电路是由 CNC电路、PLC电路、伺服系统电路、机床电气主电路、电 源电路和典型电动机继电控制电路以及抗电磁干扰、安全 防护等电路综合设计而成。图8-1示出了某数控车床的机床 电气主电路与继电控制电路原理图(主轴为手动分档变速)。
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图8-1 某数控车床的机床主电路与继电控制电路原理图
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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。 这些电气元器件的选型，按电路的工作电压、工作负载和过流、过 压等保护要求进行。在数控机床中主电路用来实现电能的分配，提供机 床主轴电动机、伺服电动机、辅助控制电动机和液压、气动装置等的动 力电源，並具有短路保护、欠压保护、过载保护等功能。 为了消除外电网波动和干扰电磁波影响数控系统运行，有的系统要 求在三线交流电源进线上加电抗器和电磁滤波噐。在控制要求较高的伺 服系统三相电源回路中，一般要通过伺服隔离变压器供电。 主电路除伺服变压器外还有机床控制变压器，用作继电控制电路的 电源，一般初级输入为AC 380V，次级输出有AC 220V、AC 24V等，分别 接至继电控制电路、交流开关稳压电源和机床局部照明电源等。 交流开关稳压电源输入为AC 220V交流电压，输出为+24V、+5V直流 电压，供给CNC、伺服驱动器、I/0接口单元等工作直流电源。 对于主回路中容量较大、频繁通/断的交流电动机的控制接触器回 路，为了防止其对数控系统产生干扰，一般要加装阻容吸收器（灭弧 器）。