数控机床电气知识培训(PDF 29页)

第一节：数控机床基础知识介绍一：数控机床介绍：1：数控机床的由来：20世纪中叶，随着航空工业的不断发展，由于许多的复杂形状零件的加工不仅生产周期长，而且加工精度也无法到达保证，1949年美国帕森斯公司在研制直升机叶片轮廓加工机床时提出了数控机床的概念。

于是美国军方便委托帕森斯公司和麻省理工学院共同进行数控机床的研制工作。

历经三年，1952年试制成功世界上第一台数控机床（数字控制机床－Numerical Control Machine Tools – NC机床），其控制系统全部采用电子管元件，为第一代数控机床。

随着电子技术的不断发展，晶体管元件、集成电路及小型计算机的出现，人们开始将小型计算机应用于数控机床的控制，于是便出现了计算机数字控制机床（Computer Numerical Control Machine Tools –CNC机床）。

2：数控机床的分类：①按工艺用途分：A：一般用途数控机床：这类机床和传统通用的机床种类一样，加工性能也基本相通，有车、铣、钻、磨等。

B：数控加工中心：一般指带有刀库和自动换刀装置的数控机床，又称镗铣加工中心。

C：多坐标数控机床：三轴以上的数控机床②按伺服控制方式分：A：开环控制数控机床：对于被控制量，机床没有检测反馈装置，数控发出的指令的流程是单方向的。

加工精度不高，稳定性差，价格便宜。

B：闭环控制数控机床：对于被控制量，机床带有检测反馈装置，在加工中时刻检测机床的实际移动距离及工作位置，使之与数控系统所发出的指令相复合。

数控发出的指令的流程是双方向的。

加工精度高，调试、维修复杂，价格昂贵C：半闭环控制数控机床：对于被控制量，机床带有检测反馈装置。

但检测反馈装置不是对机床的实际移动距离及工作位置进行检测，而是通过与伺服电机有联系的测量元件，如测速发电机、编码器等简接检测伺服电机的转角，从而推算出机床实际的移动距离。

加工精度、价格满足大多数场合的需要，调试、维修比闭环简单。

③按功能分：A：简易型数控机床：一般指开环控制、步进电机驱动的数控机床。

国外已淘汰。

B：经济型数控机床：一般指功能简化的数控机床C：全功能数控机床：3：数控机床控制部分的组成：①数控装置：数控装置是数控机床的中枢部分，一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置等组成。

该装置可以接受指令信号，将其识别、存储、计算，并输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，进而控制机床动作。

（CNC）② PLC：可编程控制器。

一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置等组成。

该装置可以接受来自机床和CNC的开关信号和部分数据，将其识别、处理，并输出相应的控制信号或数据至CNC或机床，以控制机床动作。

主要用于逻辑信号的采样、处理、控制。

③伺服系统：将来自CNC的控制信号转换为机床移动部件的移动。

一般由伺服驱动系统和伺服电动机组成。

常见的伺服系统有：电液伺服马达、步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机④机床外围控制系统：液压系统、冷却系统、排屑系统、换刀系统等二：当今国内常见数控系统简介：⑴日本发那科（FANUC）：0系列→ 0-C、0－D，0－i18i系列21i系列POWER MATE 0伺服：α系列αc 系列β系列⑵德国西门子（SIEMENS）：810/820系列840D系列802系列⑶西班牙发格（FAGOR）：8025系列800系列8050系列8055系列⑷日本三菱：M5000系列：M520/M530/M540/M50M600系列：M64/M65⑸国产数控系统：简易型：大连大森、南京大方、青海高原、广州数控等普及/高档型：蓝天、华中、航天部等三：MAZATROL 640 CNC和PLC之间的关系及相关信号：1：MAZATROL 640 CNC和PLC之间的关系：PLC信号流程图2：相关信号简介：PLC常用信号列表信号名信号编号说明备注X X0～X4BF (1216点) PLC的输入信号* Y Y0～X53F (1344点) PLC的输出信号*内部中间继电器M M0～M5119 (5120点) PLC内部中间继电器G G0～ G3071(3072点) PLC内部中间继电器L L0～L127 (128点) PLCT0～T15 (16点)10msec定时器TT16～T95 (80点)100msec定时器T96～T103 (8点)100msec积分定时器Q0～Q39 (40点)10msec固定定时器QQ40～Q135 (96点)100msec固定定时器Q136～Q151 (16点)100msec固定积分定时器C C0～C23 (24点)计数器B B0～B103 (104点)固定计数器D D0～D1023 (1024点)数据寄存器R R0～R8191 (8192点)文件寄存器* P P0～P255 (256点)程序编号* K 十进制常数H 十六进制常数机床PLC信号（X） ON的条件：输入电压：DC18V以上输入电流：9mA以上保持时间：40mS以上机床PLC信号（X）OFF的条件：输入电压：DC4V以下输入电流：2mA以下保持时间：40mS以上PLC 机床信号（Y）的工作条件：额定电压：DC24V输出电流：最大60mA第二节：MAZATROL 640数控系统介绍一：MAZATROL 640数控系统简介：⑴ MAZATROL 640数控系统为MAZAK公司与三菱公司合作开发⑵ MAZATROL 640数控系统在三菱数控系统里的编号为M635，属于三菱600序列的数控系统，由三菱公司在98年底最新推出，是世界上第一种CNC和PC相融合的数控系统：⑶ MAZATROL 640数控系统的特点：具有CNC和PC的一切特点：网络化、智能化、信息化网络化、信息化：实现网络在线管理、监控提高机床生产效率实现方便、快捷、准确的在线服务程序存储空间大大扩展（约1.48G大约相当于6000 ～ 10000台一般数控机床的程序存储空间的总和）。

强大的数据处理功能：64位CPU大幅度减小了圆弧插补误差，提高了系统的加工精度智能化：人机对话式编程提供加工向导功能，减少试加工，提高加工效率提高各种程序检验方法，可以对加工程序进行有效、直观的验证提供进给速度自适宜功能，有效保护机床、刀具。

二：MAZATROL 640M/T CNC 简介：1：CNC 外观、结构：I/O单元接口板主CPU板人－机接口板2：CNC 主要部件简介：⑴电源板：向CNC提供工作电源（HR083B）EMG CF02CHECK（O）：电源板输出电压检测口（DC3.3V/ DC5V/ DC12V）DCIN（I）：外部电源输入口，DC24V。

输入电源来自PD25。

CF01（I）：PD25交流电源检测信号。

该信号来自于PD25。

EMG（I）：CNC外部急停信号CF02（O）：LCD亮屏电源，DC12V。

连接至LCD。

A VR（O）：电源板电压输出口（DC3.3V/ DC5V/ DC12V）。

连接至主CPU板。

电池的说明：作用：在机床断电的情况下，用于维持参数、程序的存储。

工作寿命： 5 ～ 7 年工作电压： 3.6伏报警电压：低于2.8伏时更换方法：断电情况下，30分钟之内更换完毕⑵：IC卡、远程I/O单元接口板：IC卡信号输入/输出口、远程I/O单元接口（HR555B）M50：与IC卡插槽的连接口。

连接至IC插槽。

RTBUS：与主CPU板之间的通讯母线接口。

连接至主CPU板。

CF50：远程I/O单元接口。

⑶：PCMCIA卡接口板：网卡接口（HR841C）网卡（ISA接口ISA接口：PCMCIA。

⑷：人－机接口板（HR123A）：HDD CF12 CF14 CFD LCD HDD：硬盘接口CF12：串行接口（RS232C信号接口）CF14：鼠标/打印机接口CFD：硬盘接口LCD：LCD LCD。

⑸：主CPU板（HR113）：包括64位CPU、外围信号控制、PLC控制、系统ROM、程序/参数RAM、盒式磁带接口等A VR：电源板的连接口CBUS＃1：盒式磁带的连接口1CBUS＃2：盒式磁带的连接口2RT＃0：人－机接口板（HR123A）的连接口RT＃1：扩展设备的连接口。

RT＃2：扩展设备的连接口。

（连接“IC卡、远程I/O单元接口板”）CF10：I/O信号的连接口。

包括：PLC I/O 信号/伺服控制信号（SV）/主轴编码器1/SKIP信号（8点）。

CF11：操作键盘信号的连接口。

包括：操作面板信号/手轮/RS232C。

ENC2：主轴位置编码器2的连接口NCSYS：系统工作方式选择开关NCRST：NC复位键（系统正常工作时，无须操作此键）TEST：维修时的测试端口NCLD1：系统工作状态显示⑹：基本I/O单元：CNC与机床信号的通讯装置。

具体说明见第三节。

三：三菱伺服系统的简介：1：VTC/QT系列使用的伺服系统的特点简介：⑴伺服放大器的特点说明：交流数字伺服伺服型号的说明：电源模块：MDS-C1-CV-150主轴模块：MDS-C1-SPH-110X轴模块：MDS-C1-V1-10 （20）Y/Z轴模块：MDS-C1-V2-1010国内常用的三菱伺服为MDS-A/B系列，我们为MDS-C系列MDS-C系列伺服的特点：平滑高增益⑵伺服电机的特点说明：国内常用的三菱伺服电机为HA系列，我们为HC系列伺服电机型号说明：X轴：HC103S-SZY轴：HC103S-SZZ轴：HC103BS-SZ主轴：SJ-11A编码器：增量式编码器、OSE105S21000000脉冲/转HC 系列伺服电机的特点：交流伺服电机体积小发热量小反应灵敏检测精度高（编码器一百万脉冲） 主轴电机的特点：交流主轴伺服电机输出功率为三档：5.5/7.5/11电机拐点转速1500转，拐点以下为恒扭距区，拐点以上为恒功率区。

2：伺服系统的组成：Y/Z第三节：VTC系列主要电气控制元件的功能介绍一：电气控制部分的构成说明：电气控制部分的构成：CNC及操纵台、电气柜、变压器、主轴电机、X/Y/Z轴伺服电机、X/Y/主轴分线盒、各三相及单相电动机所有的检测开关及电磁阀二：主要电气控制元件的功能介绍1：变压器：输入电压AC380V，输出电压为一个三相200V、两个单相100V 变压器过热检测信号⑴三相200V：伺服的动力电源（25.4KV A）变压器→断路器QF2 →电抗器→电源模块→断路器QF3 →三相交流电机⑵单相100V（2KV A）：单相控制电源（QF7）⑶单相100V（0.6KV A）：控制电源（QF9）⑷变压器过热检测信号：3相AC200V输出端3相AC380V输入端2：电气柜元件作用说明：⑴断路器QF1：主电源开关关门确认开关，与QF1连锁⑵断路器QF2：电源模块的过流、过压保护⑶电抗器：用于阻挡电网突变时的高次谐波对电源模块的冲击⑷电源模块：为伺服提供动力工作电源（MDS-C1-CV-110）三相AC 200V（L1/L2/L3）→ DC 300VL+/L-：DC 300V输出口L11/L21：模块自身工作电源接口（AC200V）CN4：信号连接口1⑸主轴模块：主轴电机的控制机构（MDS-C1-SPH-110）L+/L-：DC 300V连接口L11/L21：模块自身工作电源接口（AC200V）U/V/W：主轴电机动力电源接口CN1A：信号通讯输入口（串行信号口）CN1B：信号连接输出口（串行信号口）CN4：与电源模块的信号连接口CN5：主轴电机PLG信号反馈连接口CN6：主轴位置编码器连接口CN8：主轴模块与I/O单元编码器接口的连接口CN9：用于维修时的信号检测口（需专用检测板）⑹X轴伺服模块：X轴电机的控制机构（MDS-C1-V1-10）单轴伺服模块L+/L-：DC 300V连接口L11/L21：模块自身工作电源接口（AC200V）U/V/W：X轴电机动力电源接口CN1A：信号通讯输入口（串行信号口）CN1B：信号通讯输出口（串行信号口）CN2：X轴伺服电机检测编码器信号反馈连接口CN3：分离型编码器信号反馈连接口CN4：与电源模块的信号连接口CN9：用于维修时的信号检测口（需专用检测板）⑺ Y/Z轴伺服模块：Y/Z轴电机的控制机构（MDS-C1-V2-1010）两轴伺服模块L+/L-：DC 300V连接口L11/L21：模块自身工作电源接口（AC200V）LU/LV/LW：Y轴电机动力电源接口MU/MV/MW：Z轴电机动力电源接口CN1A：信号通讯输入口（串行信号口）CN1B：信号通讯输出口（串行信号口）CN2L：Y轴伺服电机检测编码器信号反馈连接口CN2M：Z轴伺服电机检测编码器信号反馈连接口CN3L：Y轴分离型编码器信号反馈连接口CN3L：Y轴分离型编码器信号反馈连接口CN4：与电源模块的信号连接口CN9：用于维修时的信号检测口（需专用检测板）CN20：Z轴制动器控制连接口⑻基本I/O单元：相当于NC与各机构之间的信号中转站，为NC的一个组成部分。