数控机床及应用五PPT课件
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殊的输入/输出设备的接口，后者适用于多种设备的接口。 接口电路的主要任务是：（1）进行电平转换和功率放大
一般CNC系统的信号是TTL电平，而控制机床的电平则不 一定是TTL电平，负载较大，因此要进行必要的信号电平 转换和功率放大。（2）防止干扰信号引起误动作 在数控 系统中常采用光耦合器或继电器将数控系统和机床之间的 信号在电气上加以隔离。
（1）数控装置开关量I/O接口的内部结构
（1）数控装置开关量I/O接口内部结构
开关量包括开关状态的闭合和断开，指示灯的亮和灭，继 电器或接触器的吸合和释放，电动机的启动和停止。
典型开关量I/O模板的电路框图如图5-1所示，它一般总线 接口逻辑、输入缓冲器和输出缓冲器、I/O电气接口。
2）模拟量输出
图5-2 光电编码器与数控装置的连接
图5-3 PLC基本组成框图
图5-4 PLC在数控机床中的配置形式
图5-5 数控系统中PLC与CNC装置 的连接
图5-6 内装型PLC的CNC系统
图5-8独立型PLC的CNC系统
图5-7 SINUMERIK 810数控系统的 I/O模块
图5-9 T功能处理框图
图5-28 主轴分段无级变速控制结构
图5-29 自动变速动作控制时序
图5-30 磁性传感器主轴准停装置
1—磁传感器 2—发磁体 3—主轴 4—支架 5—主轴箱 6、主轴驱动与CNC的信号连接
图5-31安川YASKAWA VS-626MT 外部连线图
图5-32内部原理图
图5-33主轴伺服系统的连接
图5-22 使用机床操作面板的 后视图
图5-23 FANUC 直流主轴电动机 驱动控制示意图
图5-24 三相桥式反并联逻辑 无环流可逆调速系统主电路
a)主电路 b)主电路简图
图5-25 四象限运行
图5-26 6SC650系列交流主轴驱动装 置原理图
图5-27 6SC650系列主轴 驱动系统组成
4、数控机床的输入输出信号
数控机床的输入输出信号大致包括五类信号。 （1）开关量I/O：用于完成机床的开关量辅助功能控制以
及数控系统与机床信号的交换； （2）模拟量输出：高分辨率的模拟量输出用于控制进给
伺服与主轴驱动的转速； （3）位置反馈输入：用于各进给轴与主轴位置的接收、
处理以及计数； （4）手轮输入：用于连接MPG手轮脉冲发生器； （5）通信与网络接口：通常数控装置均具有标准的RS232
接口，许多系统同时还配有20mA电流环及RS422远程通信 接口。作为选件，还可配置各种网络接口。
1）开关量I/O
数控装置通常可直接处理开关量I/O信号或 通过内置PLC处理开关量I/O信号。开关量 的种类很多。例如可分为直流与交流、无 源与有源、触点与无触点等多种，在数控 系统中以直流开关量输入输出使用最为普 遍。
图5-16 SPWM变频器主电路 原理与电动机线电压波形
a)原理图 b) 线电压波形图
图5-17 数字控制的开环变频 调速系统框图
图5-18 FANUC数控系统总体 连接框图
图5-19 0i系列-机床操作面板的信号 示意图
图5-20 主控制信号
图5-21 标准机床操作面板的 外观前视图
2、接口的分类规范
根据国际标准“ISO4336-1981（E）机床数字控制—数控 装置和数控机床电气设备之间的接口规范”的规定，接口 分为四种类型：如图2-7所示。
Ⅰ—与驱动命令有关的连接电路（动力驱动的联接）； Ⅱ—数控装置与测量系统和测量传感器间的连接电路； Ⅲ—电源及保护电路； Ⅳ—通/断信号和代码信号连接电路。
第５章 数控机床信号传递及连接
Hale Waihona Puke Baidu
5．1 数控机床信号传递概述
5．2 可编程控制器及连接
5．3 变频器控制及连接
5．4 数控系统与各控制单元的连接
学习目标
本章小结
思考题与习题
学习目标
掌握数控机床各组成部分之间的信号传递 及其联接
图5-1 典型开关量I/O模板的电路框图
STD—信号 IORQ*—I/O地址选通 WR*—写存储器或I/O IOEXP—I/O扩展 SYSRESET—系统复位 *表示低电平有效
图5-34 S系列进给伺服系统的连接方法
5．1 数控机床信号传递概述
数控装置协调各种设备按要求工作，是数控机床能 够正常运行的基础，数控机床的接口就是这种协 调工作的重要保证，其主要是解决数控装置间信 息交换或与数控装置外的信号交换过程，其实现 的方法包括电气联接和软件的协调管理。数控机 床信号传递主要是通过此接口来实现的。
数控机床中的被测量(如：位移、速度、温度、力 矩等)往往是连续变化的模拟信号，而执行机构 (如电动机)则需要以模拟量来驱动，因此模拟量 输入/输出接口是数控系统中一种重要的接口方式。 被测模拟量输入接口电路即A/D转换接口电路。 被测模拟量(实际位置或速度)经过信号调理后， 输入模拟量输入接口，由A/D转换器转换为数字 量后，才能为数控装置的计算机控制电路所接受； 模拟量输出接口电路即D/A转换接口电路，数控 系统送往执行机构的控制信号(位置命令或速度命 令)应经过模拟量输出接口的D/A转换和信号调理 后才能为执行机构所接受。
图5-10 两种类型的变频器
a)交-交变频器 b)交-直-交变频器
图5-11 电压型变频调速系统原理框图
图5-12典型的电流型变频器 控制系统框图
图5-13 PWM交-直-交变频器示意图
图5-14 与正弦波等效的SPWM波形
a)正弦波的正半波 b)等效的SPWM波形
图5-15 三相SPWM控制电路原理框 图
1、信号的分类 2、接口的分类规范 3、数控机床的输入/输出接口 4、数控机床的输入输出信号 5、数控机床各单元的信号传递
1、信号的分类
从数控机床信号传递来看，主要有两类： 一类是单台机床内部各种部件之间的信号传递；
控制机床坐标轴实时运动的相关信号，它由数控 装置将控制信号传递给对应的驱动装置（伺服或 变频），由驱动装置控制相应的电动机旋转；机 床运行前后，数控装置对机床上各种开关信号的 处理，包括主轴、冷却液启停等机床按钮和各行 程开关信号等。 另一类是机床与机床之间或机床与数控装置之间 的信号传递。主要是指数控系统之间通信，包括 RS-232C通信和调制解调器等通信方式。
图2-7 数控装置、控制设备和机床之间的连接
3、数控机床的输入/输出接口
输入信号：对CNC装置来说，由机床向CNC传送的信号。 输出信号：由CNC向机床传送的信号 不同的输入/输出设备与CNC系统相联接，采用与其相应
的I/O接口电路和接口芯片。 接口芯片一般分为专用芯片和通用芯片。前者专门用于特
一般CNC系统的信号是TTL电平，而控制机床的电平则不 一定是TTL电平，负载较大，因此要进行必要的信号电平 转换和功率放大。（2）防止干扰信号引起误动作 在数控 系统中常采用光耦合器或继电器将数控系统和机床之间的 信号在电气上加以隔离。
（1）数控装置开关量I/O接口的内部结构
（1）数控装置开关量I/O接口内部结构
开关量包括开关状态的闭合和断开，指示灯的亮和灭，继 电器或接触器的吸合和释放，电动机的启动和停止。
典型开关量I/O模板的电路框图如图5-1所示，它一般总线 接口逻辑、输入缓冲器和输出缓冲器、I/O电气接口。
2）模拟量输出
图5-2 光电编码器与数控装置的连接
图5-3 PLC基本组成框图
图5-4 PLC在数控机床中的配置形式
图5-5 数控系统中PLC与CNC装置 的连接
图5-6 内装型PLC的CNC系统
图5-8独立型PLC的CNC系统
图5-7 SINUMERIK 810数控系统的 I/O模块
图5-9 T功能处理框图
图5-28 主轴分段无级变速控制结构
图5-29 自动变速动作控制时序
图5-30 磁性传感器主轴准停装置
1—磁传感器 2—发磁体 3—主轴 4—支架 5—主轴箱 6、主轴驱动与CNC的信号连接
图5-31安川YASKAWA VS-626MT 外部连线图
图5-32内部原理图
图5-33主轴伺服系统的连接
图5-22 使用机床操作面板的 后视图
图5-23 FANUC 直流主轴电动机 驱动控制示意图
图5-24 三相桥式反并联逻辑 无环流可逆调速系统主电路
a)主电路 b)主电路简图
图5-25 四象限运行
图5-26 6SC650系列交流主轴驱动装 置原理图
图5-27 6SC650系列主轴 驱动系统组成
4、数控机床的输入输出信号
数控机床的输入输出信号大致包括五类信号。 （1）开关量I/O：用于完成机床的开关量辅助功能控制以
及数控系统与机床信号的交换； （2）模拟量输出：高分辨率的模拟量输出用于控制进给
伺服与主轴驱动的转速； （3）位置反馈输入：用于各进给轴与主轴位置的接收、
处理以及计数； （4）手轮输入：用于连接MPG手轮脉冲发生器； （5）通信与网络接口：通常数控装置均具有标准的RS232
接口，许多系统同时还配有20mA电流环及RS422远程通信 接口。作为选件，还可配置各种网络接口。
1）开关量I/O
数控装置通常可直接处理开关量I/O信号或 通过内置PLC处理开关量I/O信号。开关量 的种类很多。例如可分为直流与交流、无 源与有源、触点与无触点等多种，在数控 系统中以直流开关量输入输出使用最为普 遍。
图5-16 SPWM变频器主电路 原理与电动机线电压波形
a)原理图 b) 线电压波形图
图5-17 数字控制的开环变频 调速系统框图
图5-18 FANUC数控系统总体 连接框图
图5-19 0i系列-机床操作面板的信号 示意图
图5-20 主控制信号
图5-21 标准机床操作面板的 外观前视图
2、接口的分类规范
根据国际标准“ISO4336-1981（E）机床数字控制—数控 装置和数控机床电气设备之间的接口规范”的规定，接口 分为四种类型：如图2-7所示。
Ⅰ—与驱动命令有关的连接电路（动力驱动的联接）； Ⅱ—数控装置与测量系统和测量传感器间的连接电路； Ⅲ—电源及保护电路； Ⅳ—通/断信号和代码信号连接电路。
第５章 数控机床信号传递及连接
Hale Waihona Puke Baidu
5．1 数控机床信号传递概述
5．2 可编程控制器及连接
5．3 变频器控制及连接
5．4 数控系统与各控制单元的连接
学习目标
本章小结
思考题与习题
学习目标
掌握数控机床各组成部分之间的信号传递 及其联接
图5-1 典型开关量I/O模板的电路框图
STD—信号 IORQ*—I/O地址选通 WR*—写存储器或I/O IOEXP—I/O扩展 SYSRESET—系统复位 *表示低电平有效
图5-34 S系列进给伺服系统的连接方法
5．1 数控机床信号传递概述
数控装置协调各种设备按要求工作，是数控机床能 够正常运行的基础，数控机床的接口就是这种协 调工作的重要保证，其主要是解决数控装置间信 息交换或与数控装置外的信号交换过程，其实现 的方法包括电气联接和软件的协调管理。数控机 床信号传递主要是通过此接口来实现的。
数控机床中的被测量(如：位移、速度、温度、力 矩等)往往是连续变化的模拟信号，而执行机构 (如电动机)则需要以模拟量来驱动，因此模拟量 输入/输出接口是数控系统中一种重要的接口方式。 被测模拟量输入接口电路即A/D转换接口电路。 被测模拟量(实际位置或速度)经过信号调理后， 输入模拟量输入接口，由A/D转换器转换为数字 量后，才能为数控装置的计算机控制电路所接受； 模拟量输出接口电路即D/A转换接口电路，数控 系统送往执行机构的控制信号(位置命令或速度命 令)应经过模拟量输出接口的D/A转换和信号调理 后才能为执行机构所接受。
图5-10 两种类型的变频器
a)交-交变频器 b)交-直-交变频器
图5-11 电压型变频调速系统原理框图
图5-12典型的电流型变频器 控制系统框图
图5-13 PWM交-直-交变频器示意图
图5-14 与正弦波等效的SPWM波形
a)正弦波的正半波 b)等效的SPWM波形
图5-15 三相SPWM控制电路原理框 图
1、信号的分类 2、接口的分类规范 3、数控机床的输入/输出接口 4、数控机床的输入输出信号 5、数控机床各单元的信号传递
1、信号的分类
从数控机床信号传递来看，主要有两类： 一类是单台机床内部各种部件之间的信号传递；
控制机床坐标轴实时运动的相关信号，它由数控 装置将控制信号传递给对应的驱动装置（伺服或 变频），由驱动装置控制相应的电动机旋转；机 床运行前后，数控装置对机床上各种开关信号的 处理，包括主轴、冷却液启停等机床按钮和各行 程开关信号等。 另一类是机床与机床之间或机床与数控装置之间 的信号传递。主要是指数控系统之间通信，包括 RS-232C通信和调制解调器等通信方式。
图2-7 数控装置、控制设备和机床之间的连接
3、数控机床的输入/输出接口
输入信号：对CNC装置来说，由机床向CNC传送的信号。 输出信号：由CNC向机床传送的信号 不同的输入/输出设备与CNC系统相联接，采用与其相应
的I/O接口电路和接口芯片。 接口芯片一般分为专用芯片和通用芯片。前者专门用于特