數控機床電氣控制系統中系統控制“替代”電路解析

韋曉航

（柳州鐵道職業技術學院，廣西柳州545616）

數控機床電氣控制系統中系統控制“替代”電路解析

韋曉航

（柳州鐵道職業技術學院，廣西柳州545616）

數控系統CNC作為數控機床電氣控制系統的控制中心，由其發出的系統指令需要合理介入數控機床的電氣控制系統強電控制部分，二者協同完成對數控機床的控制。由于系統控制CNC及伺服系統的弱電控制電路和外圍強電電路無法直接相連，需要通過中間繼電器或轉換電路等轉變成可連接強電系統的信號，此間的關聯關系通常無法在數控機床的電氣控制原理圖中直接表達，使得讀圖者不易理解其控制關系。以主軸正反轉控制電路為例，探究其強弱電控制結合的“替代”控制回路，有助于讀圖者簡明易懂地理解數控機床的電氣控制原理。

系統控制；“替代”電路；解析

數控機床的電氣控制系統主要由用于數控機床的外圍輔助電氣控制的PLC（即PMC）、外圍電氣控制系統以及執行機構三大部分組成。數控裝置CNC則是數控機床電氣控制系統的控制中心，數控機床的控制需要通過數控系統的CNC裝置和PMC這兩大部分的協調配合來共同完成[1]。其中，CNC裝置實現刀具相對于工件各坐標軸位置伺服運動的控制，PMC則實現數控機床加工過程中的順序控制，主要包括在數控機床運行過程中，根據CNC指令以及機床的控制開關、檢測元件、運行部件的狀態，按照程序設定的控制邏輯對諸如刀庫運動、換刀機構、切削液及機床操作面板各功能按鈕（如主軸的正反轉、啟停、工件夾緊和放松等）的運行進行控制[2]。PMC通常要通過外圍電路才能夠實現對機床輔助設備的控制。由于數控系統中CNC和伺服系統均屬于弱電控制系統，無法和控制執行元件如電機、電磁閥、電磁鐵等，由電源變壓器、控制變壓器、各種斷路器、保護開關、繼電器、接觸器等構成的強電回路直接相連。CNC或伺服系統弱電控制回路來的控制信號必須經過中間繼電器或轉換電路轉變成能連接到強電線路的信號，反之亦然。而這些轉換內部電路和大多CNC及伺服系統的弱電控制電路原理圖一般不在用戶電氣控制原理圖中呈現，造成用戶在分析數控機床電氣控制原理時，強弱電回路之間的邏輯控制關系不容易解釋清楚。

為此，本文針對數控機床較為典型的伺服急停控制和主軸正反轉控制回路強弱電連接部分設計了“替代”電路，此“替代”回路有利于讀圖者簡單清晰地理解數控系統控制邏輯關系。

1 典型電氣控制回路——主軸正反轉控制回路中系統控制“替代”回路解析

以FANUC 0i mate TD系列數控系統為例，主軸正反轉控制PMC輸出電路[3]如圖1所示。

圖1 主軸正反轉控制PMC輸出電路

數控機床的主軸運動通常有三種啟動方式：一是通過數控加工程序指令啟動主軸；二是通過MDI方式編程啟動主軸[4]；三是通過機床操作面板上的主軸正反轉按鈕啟動主軸。前兩種方式啟動主軸的本質是相同的。以下以主軸正轉為例，從電氣控制原理角度分析主軸正轉的控制實現。

數控機床上電，數控系統得電后，在系統各路斷路器正常合閘的情況下，PMC繼電器板上的開關電源通過控制變壓器及自身二次變壓得到直流低壓電DC24V（此電壓值可能因不同系統而不同），提供給PMC輸出電路，如圖1所示。由P03/1.E4得到DC24V低壓直流電后，經端子排-XTI的25端子到端子排-XT2的19（I/O模塊電源0 V一端）端子接入主軸正轉控制繼電器KA5線圈，再接入I/O模塊。若此時系統通過掃描程序指令或以MDI方式發出指令啟動主軸，則指令信號通過數控裝置的JD51A接口經系統I/O LINK總線傳輸到I/O模塊上的JD1B，這些信號經過I/O模塊內部電路的相應信息轉換（如A/D、D/A、電平轉換、數字量轉開關量、弱電轉換強電等）后，由CB105接口經數據總線傳輸到繼電器板上的CB105接口，再經由端子排-XT217端子（I/O模塊電源24 V一端）到端子排-XTI的24端子，返回開關電源形成閉合回路，主軸正轉繼電器線圈KA5得電，接入變頻器正轉控制電路的繼電器常開觸點吸合，如圖2所示，實現主軸正轉。

圖2 主軸變頻器正反轉控制電路

如果數控機床是采用第三種方式，即通過機床操作面板上的主軸正反轉按鈕啟動主軸，實質上就相當于直接采用PMC開關量輸入模式，如圖3所示。主軸正反轉開關量信號由機床操作面板直接通過CB107接口傳輸到I/O模塊，輸出信號則同樣由CB105接口經數據總線傳輸到繼電器板上的CB105接口，再接入后續主軸正轉強電控制回路，實現主軸正轉[5]。

由上述分析，再與主軸正反轉控制電路比對可知，無論采用哪種方式啟動主軸，在主軸正反轉控制PMC輸出電路圖上均未能直觀表達系統指令或者通過機床操作面板的手動控制是如何介入控制回路形成對主軸正反轉的控制的，容易造成讀圖者的困擾，如圖3所示。為解決這一困擾，依據前文所述主軸正反轉系統控制原理，針對此類回路設計了“替代”控制電路，將系統指令控制或通過機床操作面板手動控制介入系統電氣控制回路設計成直觀易懂且符合電氣控制原理常規的“替代”表達形式。“替代”后的主軸正反轉電氣控制原理圖如圖4所示。

圖3 主軸正反轉控制PMC輸出電路

圖4 主軸正反轉控制PMC輸出“替代”電路

“替代”后的主軸正反轉電氣控制原理圖以電氣控制常開觸點代表數控加工程序指令啟動主軸及MDI方式編程啟動主軸；以PMC常開觸點代表通過機床操作面板上的主軸正反轉按鈕啟動主軸，二者并聯表示可以其中任一種方式使電氣控制回路閉合，啟動主軸正反轉。此外，采用雙點劃線的矩形框將“替代”部分與電氣原理圖的其他部分隔離，表示此部分并非實際的電氣控制連接方式，僅表達系統參與控制的控制原理。

此系統控制“替代”回路所表達的含意是，當數控系統順序程序掃描到“M03 S---；”或“M04 S---；”指令時，相當于將圖4中常開觸點閉合，則主軸正反轉控制電路接通，實現主軸正轉或者反轉。而當按下機床操作面板上的主軸正反轉按鈕時，則意味著圖4中PMC常開觸點X11.5或者X11.6得電接通回路，同樣可使主軸正反轉電路接通實現主軸的運動。

2 結束語

在數控機床的電氣控制原理中，除了主軸正反轉控制可以“替代”的方式表達通過數控系統或通過機床操作面板如何參與電氣控制外，其他如刀架正反轉、三色燈控制、手輪啟用、切削液、工件夾緊和放松等均可采用類似的“替代”方式表達系統控制原理，極大地方便了數控機床電氣控制原理的分析講解和讀圖者理解，在日常教學培訓中使用，具有一定的推廣價值。

[1]陳西平.數控機床電氣控制[M].吉林：吉林大學出版社，2008.

[2]周蘭，陳少艾.數控系統連接調試于PMC編程[M].北京：機械工業出版社，2013.

[3]宋松.FANUC 0i系列數控系統連接調試與維修診斷[M].北京：化學工業出版社，2012.

[4]鄭小年.數控機床電氣控制[J].伺服控制，2011（4）：91-94.

[5]鄭小年陳吉紅.數控機床電氣控制電路設計及實例分析[J].伺服控制，2011（7）：49-53.

Analysis of the"Alternative"Circuit for System Control in the Electrical Control System of CNC Machine Tools

WEI Xiao-hang
（Liuzhou Railway Vocational Technical College，Liuzhou Guangxi 545616，China）

CNC system as the control center of the electrical control system of the machine tools.The system instructions issued by the CNC control needs rational intervention in the electric control system of CNC machine tools，their cooperative control CNC machine tools.Because of the weak current control circuit of servo system and and the CNC control system can not be directly connected with the periphery electric circuit，a signal can be connected to power system by changing the intermediate relay or conversion circuit，usually，the relationship cannot be expressed in the electrical control principle diagram of the CNC machine tools.This makes it difficult to understand the control relationship.In this paper，taking the main spindle reversing control circuit as an example，the paper explores the“alternative”control loop of the strong and weak electricity control，which helps the paper explores to understand the electrical control principle of the numerical control machine easily.

system constrain；“alternative”circuit；analysis

TG659

A

1672-545X（2016）11-0174-02

2016-08-01

2015年度廣西高等學校科學研究項目（編號：桂教科研【2015】2號）

韋曉航（1967-），女，廣西柳州人，副教授，主要研究方向：機械制造自動化，計算機輔助設計與制造。