基于PLC的数控机床电气控制系统研究.docx

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1、基于PLC的数控机床电气控制系统研究网络转载导语：数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床，基于PLC的数控机床电气控制系统是数控机床的开展趋势。摘要：是一种高精度、高效率的自动化机床，基于的数控机床电气控制系统是数控机床的开展趋势。通过讨论数控铣床电气控制系统的设计，研究进步数控机床平安可靠性、加工精度及消费率的方法，以期为PLC在数控机床中的进一步应用提供参考。数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床，具有典型的机电一体化系统。PLC在数控机床中的应用是机床开展的必然趋势，既能进步机床的自动化程度，又能进步机床的加工精度和可操控性。本课题以数控铣床为例，讨论数控机床的电气控制技术与设计方法

2、。1、数控系统概述数控机床电气控制系统由数据传输装置、数控系统、PLC可编程逻辑控制器、主轴驱动系统组成。数据输入装置的功能是将指令信息和各种应用数据输入数控系统。数控系统是数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进展解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能完毕。PLC可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心，它将来自CNC的各种运动及功能指令进展逻辑排序，使其可以准确地、协调有序地平安运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC，使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。PLC控制软件多集成于数控系统中，而PLC

3、硬件在规模较大的系统中往往采取分布式构造。主轴驱动系统承受来自CNC的驱动指令，经速度与转矩功率调节输出驱动信号，驱动主电动机转动。2、数控铣床电气控制系统数控铣床电气控制系统主要是通过PLC与CNC的集成采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通讯信息分别指定固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进展实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判定，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或者功能的控制。21系统总体构造整个控制系统由CNC计算机数控系统和强电柜两局部组成。CNC计算机数控系统是一个专用的数控装置，由CNC系统、输入输出接口、驱动单元和执行机构组成，是控制系统执行加工的核心

4、。强电柜由动力电路、控制电路和可编程控制器CNC组成。系统构造框图如图1所示。图1电气控制系统构造框图22系统强电回路系统强电回路由电源局部、伺服强电、主轴强电、冷却电机强电、备用电源组成如图2所示。强电控制是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制系统，其主要作用是接收数控装置输出的主轴变速、换向、启动或者停顿，刀具的选择和更换，分度工作台的转位和锁紧，工件的夹紧或者松开，切削液的开或者关等辅助操纵的信号，经必要的编译、逻辑判定、功率放大后直接驱动相应的执行元件如电器、液压、气动和机械部件等，完成指令所规定的动作，进而实现数控机床在加工经过中的全部自动操纵。电源局部按照系统总功率、总电流选

5、择空气开关。伺服强电给伺服电源模块供电，由沟通控制回路进展控制。主轴强电给主轴电源供电，控制主轴电机。冷却电机强电由PLC进展控制。图2强电回路图23系统控制回路系统控制回路主要由电源回路、沟通控制回路、直流控制回路组成。1电源回路如图3所示主要给控制局部提供沟通和直流电源，保证系统平安供电。在电源回路中，将强电电源通过控制变压器进展转换，获得控制回路需要的220V沟通电及24V直流电。假如系统CNC模块及控制面板开机后不能正常启动，首先排除电源局部是否正常，之后检查各接口电路。图3电源回路图2沟通回路如图4所示利用接触器的得电、失电，进而控制强电回路伺服模块、主轴电机等得失电。在沟通回路中，

6、要利用PLC编程指令控制中间继电器得电，进一步控制接触器，所以PLC在其中发挥核心作用。图4强电控制回路沟通控制回路中的刀具加紧、主轴冷却、主轴光滑、Z轴抱闸等控制回路，也是通过PLC控制信号进展控制的如图5所示。图5主轴夹紧控制回路3直流控制回路如图6所示由于中间继电器一般由24V电源驱动，其利用PLC信号控制中间继电器组，进而控制接触器动作顺序。3PLC输入输出控制系统PLC具有可靠性高、抗干扰才能强，建造工作量小、维护方便，体积小、质量轻，能耗低等显著特点，运用PLC控制数控机床已越来越成为一种趋势。31数控机床PLC控制经过首先确定PLC输入、输出信号，确定哪些机床信号如按钮、行程开关

7、、继电器触点、无触点开关的信号等需要输入给PLC，哪些信号如继电器线圈、指示灯及其他的执行电路需要从PLC输出给数控机床，进而计算出对PLC的输入、输出线数目以及IO地址分配。图6直流控制回路32PLC输入输出信号PLC系统输入输出信号如图7所示。利用系统输入输出IO分配，控制相应动作。输入信号包括刀具换刀、刀具夹紧、气压报警、坐标轴回零、坐标轴正负限位信号、主轴速度到达信号、外部运行允许信号等。根据程序控制输出信号，也可以按照控制需要对程序进展修改，改变输出信号或者IO分配。输出信号包括刀具正反转、刀具换刀位、主轴使能、冷却开、伺服使能、伺强电允许、主轴松紧等，输出信号也可以扩展。图7PLC

8、输入输出信号图8为华中数控系统设计总体框图，图中反映了输入、输出接口连接方式。图8数控系统总体框图4、数控系统常见故障分析为了预防或者防止数控机床在加工经过中对操纵人员、机床本身及加工工件造成伤害或者损伤，通常需要对急停和超程进展处理。急停按钮用于当数控系统或者数控机床出现紧急情况时，需要使数控机床立即停顿运动或者切断动力装置如伺服驱动器等的主电源。当数控系统出现自动报警信息后，必须按下急停按钮；待查看报警信息并排除故障后，再松开急停按钮，使系统复位并恢复正常。数控系机床的急停和超程保护硬件控制回路如图9所示。图9急停和超程保护硬件控制回路图假如机床一直处于急停状态，不能复位，有以下几个方面原

9、因：1电气方面的原因，如急停回路断路、限位开关损坏、急停按钮损坏等。2系统参数设置错误，使系统信号不能正常输入输出或者复位条件不能知足引起的急停故障；PLC软件未向系统发送复位信息。应检查KA中间继电器；检查PLC程序。3PLC中规定的系统复位所需要完成的信息未知足要求，如伺服动力电源预备好、主轴驱动预备好等信息。应检查电源模块；检查电源模块接线；检查伺服动力电源空气开关。4PLC程序编写错误。5、结语本课题设计的电气控制系统采用PLC对数控铣床刀具正反转、主轴夹紧、主轴冷却等进展控制，使机具灵敏性和可靠性得到进步。通过对PLC数控机床在机械局部和电气控制系统方面的改造，进步了消费率，实现了数控机床的自动化。通过介绍数控铣床电气控制系统，讲明PLC在数控系统中的重要作用。随着数控技术的开展，PLC逻辑处理功能越来越完善，CNC数控模块必须与PLC控制模块协同配合，才能最大限度地发挥PLC的准确控制才能。