数控机床PLC与电气诊断课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数控机床PLC及电气诊断,教学项目三,数控机床PLC及电气诊断教学项目三,1,本项目包含下列课题：,课题一：数控机床电气连接,课题二：数控机床供电和抗干扰,课题三：数控机床检测反馈装置,课题四：数控机床PLC功能及应用,课题五：机床数据对PLC信号的影响,课题六：数控机床回参考点功能,课题七：数控机床电气故障与诊断方法,本项目包含下列课题：,2,在数控机床中，数控系统除了对各坐标轴的位置进行连续控制外，还对机床电气的开关量进行顺序控制。这些顺序控制信号通过输人输出（I/O）接口来进行控制。数控机床利用可编程逻辑控制器(PLC)来完成上述功能。,因此数控机床PLC是连接机床与数控系统的桥梁。连同机床电气系统一起是数控机床的重要组成部分。,在数控机床中，数控系统除了对各坐标轴的位置进行连续控制外，还,3,课题（任务）1,数控机床电气连接,任务目标：,能熟悉典型数控机床电气系统的组成与连接；,能理解数控机床电气控制原理。,课题（任务）1数控机床电气连接任务目标：,4,数控机床电气连接,数控机床种类繁多，国内外许多公司都有生产数控机床。这些数控,机床虽然型号各异，结构形,式也有些不同但其原理却是,相同的，总的构成和电气连,接也是大致相同的。,数控机床电气连接 数控机床种类繁多，国内外许多公司都有,5,数控机床的构成功能,数控机床电气控制系统的电源部分包括：,总开关、断路器、变压器、电抗器、开关电源等, 担负整机的供电任务,数控机床数控系统部分包括：,系统操作面板/机床面板、控制器电源、NC控制器、伺服放大器、变频器、电机等。, 是数控机床的核心，数控机床的使用目的由她体现,数控机床的构成功能 数控机床电气控制系统的电源部分包括,6,数控机床的构成功能,数控机床电气控制系统的PLC接口部分包括：,PLC接口模块、接口转换器、中间继电器、和PLC输入/输出元件等。, 担负数控机床的开关量逻辑控制,数控机床电气控制系统的辅助电气控制部分包括：,交流接触器、热继电器、电磁铁（换向阀等）、灯、泵电机等负载。, 担负数控机床的辅助控制,数控机床的构成功能数控机床电气控制系统的PLC接口部分包括：,7,SIEMENS 802Sbl系统基本连接实训,实训目的:,了解SIEMENS 802Sbl 数控系统的各基本单元及电气连接,实训装置: SIEMENS 802Sbl数控系统装置。,实训内容：,（1)熟悉SIEMENS 802Sbl数控系统的组成及主要部件的功用（2)熟悉SIEMENS 802Sbl 系统与驱动及电机之间的连接关系,（3)熟悉SIEMENS 802Sbl 系统与主轴变频器之间的连接关系,（4)熟悉系统PLC逻辑控制输入/输出信号的连接方式,（5)熟悉系统供电的连接方式。,实训要求：画出系统连接线路图,SIEMENS 802Sbl系统基本连接实训实训目的:,8,课题（任务）2,数控机床供电和抗干扰,任务目标：,能熟悉典型数控机床的供电系统；,能熟悉电磁兼容知识；,能理解并熟悉典型数控机床抗干扰的常见方式方法；,能掌握常见数控机床供电和抗干扰故障的排除方法。,课题（任务）2数控机床供电和抗干扰 任务目标：,9,数控机床供电和抗干扰,数控机床的数控系统、伺服驱动系统、输入/输出接口、机床强电控制系统等电路离不开电源的供给。同时数控机床一般在电磁环境较恶劣的工业现场使用。为保证正常工作，要求数控机床电气系统对电磁骚扰应有足够的抗干扰度。,在数控机床的工作过程中，电源部分的故障通常占有一定的比例，因此熟悉电源的配置，掌握其工作原理，是数控机床故障诊断与维修的基础。,数控机床供电和抗干扰数控机床的数控系统、伺服驱动系统、输入/,10,数控机床从供电线路上输入电能后，在电器控制柜中进行再分配，根据不同的负载性质和要求，提供不同容量的交流、直流电压和电流，分别输送到数控系统、伺服驱动系统、输入输出接口、机床强电控制系统等电路。,数控机床电源配置,数控机床从供电线路上输入电能后，在电器控制柜中进行再分配，根,11,电源的组成：,三相输入线路、熔断器、电源开关、电源变压器、控制变压器、电抗器、断路器、各种接触器等。,通过电源配置提供给数控机床所需要的各种电源，以满足不同负载的要求。,一般有：交流380V、220V、200V、直流24V、5V等,数控机床电源配置,电源的组成：数控机床电源配置,12,门保护开关,维修,照明灯,强,电,柜,变压器,接线排,变压器,门保护开关维修强变压器接线排变压器,13,开关电源,开关电源,14,电源元件及其应用,熔断器,在供配电线路中作为短路保护，当通过熔断器的电流大于熔断器的额定值时，它产生热量使熔体熔化而自动分断电路。,数控机床的配电线路中常用螺旋式熔断器和扳动式熔断器，有的熔断器上有指示器，观察指示器可以发现是哪个熔体熔断。,熔断器的电流等级是不一样的，,更换时要合理选择，避免过电流引起,线路发热或损坏其他器件。,电源元件及其应用 熔断器 在供配电线路中作为短路保护,15,熔断器,熔断器,16,电源元件及其应用,断路器,相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合，是一种既有手动又能自动进行欠电压、失电压、过载和短路保护的电器。,断路器与熔断器最大区别是断路后能手动恢复。数控机床常用断路器有扳动式和按钮式等。使用中要合理选择适当的电流额定值，避免过电流引起线路发热或损坏其他器件。,电源元件及其应用 断路器 相当于刀开关、熔断器、热继,17,断路器,断路器,18,电源开关,电源开关,19,电源元件及其应用,电抗器,交流电抗器用于交流回路当中，一般有三相和单相之分，直流电抗器用于直流系统回路中，只能是单相。,交流电抗器的作用：,降低主电源谐波、浪涌和峰值电流；,提高低频传导抗干扰性；,保护驱动机构的电力电子元件；,提高功率因素；,防止主电源的电压尖脉冲引起,的跳闸。,电源元件及其应用 电抗器 交流电抗器用于交流回路当中，一,20,变压器与电抗器,变压器与电抗器,21,变压器与电抗器,能够通过一、二次线圈改变电压实现功率的转换的设备叫变压器。,连接在电路中能够对电量的突变产生扼制的电感线圈叫电抗器。,变压器就是用来改变电压，实现升压与降压的变换，实现远距离传输和电能的分配功能。,电抗器实质就是一组可以根据不同使用性质而采取的串或并联连接方式连接在电路中，对系统出现短路、谐振等异常原因引起电流的突变进行扼制,从而达到维护系统稳定的一种设备。它实际上就是一个经特殊加工的电感线圈。,变压器与电抗器能够通过一、二次线圈改变电压实现功率的转换,22,数控机床电源配置,数控机床电源配置,23,注意：,电源故障要确认排除后，方可更换熔断器或合上断路器！检查电源故障在确查熔断器熔断或断路器跳闸后，一定再看电路元件有无焦痕、异味等，,并用万用电表测查电路。,注意：电源故障要确认排除后，方可更换熔断器或合上断路器,24,数控机床的通电有顺序要求，在操作过程中，操作者应严格按照说明书要求的顺序操作，否则会引起机床故障。当机床运行中遭遇突然停电或根本无法启动时，可以从电源方面查找原因。,数控机床的厂家众多，机床的规格形式不尽相同，虽且同一厂家亦采用不同的数控系统。但机床电源配置基本工作原理相同。,通过电气原理图诊断电源故障,数控机床的通电有顺序要求，在操作过程中，操作者应严格,25,数控机床的抗干扰,数控机床的抗干扰,26,我们知道：对数控机床稳定性、可靠性的要求是首要条件。数控系统一般在电磁环境较恶劣的工业现场使用。为保其正常工作，要求对电磁骚扰应有足够的抗干扰度。,大量的实践和统计数据表明，数控装置和计算机的故障大部分来自电源的噪声和电磁干扰。采取有效的抗干扰措施，必须“对症下药”才能收到良好的效果。,我们知道：对数控机床稳定性、可靠性的要求是首要条件。,27,电气设备产生的电磁骚扰不应超过其预期使用场合允许的水平,设备对电磁骚扰应有足够的抗扰度水平,以保证,电气设备在预期使用环境中,可以正常运行。,电磁兼容性（EMC,）,电气设备产生的电磁骚扰不应超过其预期使用场合允许的,28,干扰的三要素,电磁兼容的主要内容是围绕造成干扰的,三要素,进行的：,电磁干扰源,、,传输途径,和,敏感设备,。,干扰,由,电磁骚扰,引起的设备、传输通道或系统性能的下降；,干扰的三要素 电磁兼容的主要内容是围绕造成干扰的三要素,29,干扰的三要素,骚扰, 是一种客观存在，只有影响到敏感设备正常工作时才构成,干扰,；,干扰, 由,电磁骚扰,引起的设备、传输通道或系统性能的下降。,电磁骚扰源 电磁骚扰源主要有二种：,自然界：雷电、宇宙射电、太阳辐射等,人为：有意 必须发射电磁波,无意 电子电力设备、器件等,干扰的三要素 骚扰 是一种客观存在，只有影响到敏,30,电磁传输途径,以电流的形式沿电源线传播；,以辐射波的形式通过空间传播：高阻抗的电场源(如广播发射塔)、低阻抗的磁场源(如变压器)，空间场的强弱取决于与源之间的距离、频率和源的性质；,以传导发射的形式：干扰电压叠加到有用信号上，造成指令的紊乱。,电磁传输途径 以电流的形式沿电源线传播；,31,敏感设备,电磁骚扰可以通过各种途径传输到设备，但能否产生干扰，影响正常工作，则取决于该设备的抗干扰能力。,设备的抗干扰能力通常由设备内部所含的最敏感电路或元件的抗干扰能力所决定。,设备的电磁敏感性即是电磁骚扰的强度和设备的抗干扰能力。,敏感设备 电磁骚扰可以通过各种途径传输到设备，但能否,32,电磁干扰形式,一、,外界电磁干扰,电火花及中、高频电加热设备的电源都会产生强烈的电磁波，通过空间传播被附近的数控系统所接受，如果能量足够，就会干扰数控机床的正常工作。,（远离这些设备）,电磁干扰形式一、外界电磁干扰,33,电磁干扰形式,二、,供电线路干扰,1. 输入电压过压或欠压引起电源报警而停机;,2. 电源波形畸变，引起数控系统不稳定工作;,3. 大电感量负载在电网中会形成高峰尖脉冲,干扰严重但变化迅速，不会引起监控反映，窜入数控系统会引起的错误信息会导致CPU停止运行，甚至造成数控系统参数丢失，机床运行瘫痪。,电磁干扰形式二、供电线路干扰,34,电磁干扰形式,三、,信号传输干扰,数控信号在传递过程中受到外界的干扰,串模干扰 干扰电压叠加在有用信号上，由绝缘不良、漏电阻及供电线路等引入。,共模干扰 干扰电压对二根或以上信号线的干扰大小相等、相位相同。装置的共模抑制比较高，影响不大。当不平衡时，一部分转为串模。,电磁干扰形式三、信号传输干扰,35,抗干扰措施,1.减少供电线路的干扰,数控机床远离具有中、高频电源的设备；,数控机床不要和大功率且频繁起、停的设备在同一供电干线上；,在电源电压波动较大的地区，加稳压电源；,动力线和信号线分开走线；,信号线采用屏蔽线或双绞线；,控制线和电源线相交时，要采用直角相交。,抗干扰措施1.减少供电线路的干扰,36,抗干扰措施,2.减少机床控制中的干扰,压敏电阻保护,(浪涌吸收器),可对线路中的瞬变、尖峰等噪声进行保护,阻容保护,交流接触器和电机频繁起停时，因电磁感应会在机床电路中产生浪涌或尖峰，可抑制、吸收干扰噪声；,续流二极管保护,直流电感元件在断电时，在线圈着将产生较大的感应电动势，并联的二极管可减少对控制电路的干扰；,抗干扰措施2.减少机床控制中的干扰,37,交流负载的阻容保护,压敏电阻保护,续流二极管保护电路,减少机床控制,中的干扰,交流负载的阻容保护压敏电阻保护续流二极管保护电路减少机床控制,38,抗干扰措施,3.屏蔽技术（电磁、静电屏蔽）,信号线采用屏蔽线（铜质网状）、穿在铁质蛇皮管或铁管中；,关键元件或组件采用金属容器屏蔽。,4.保证“接地”良好,“接地是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施。电网的许多干扰都是通过“接地”对机床起作用的。,抗干扰措施3.屏蔽技术（电磁、静电屏蔽）,39,信号地,用来提供电信号的基准电压 0V,框架地,是以安全性及防止外来噪声和内部噪声为目的的地线系统。它是装置的面板、单元的外壳、操作板及各装置间接口的屏蔽线,系统地,是将框架地和大地相连接接地要可靠（接地电阻应小于10欧姆）接地线要粗（应大于电源线的截面积）,信号地 用来提供电信号的基准电压 0V,40,数控机床的接地系统,数控机床的接地系统,41,数控机床的接地系统,数控机床的接地系统,42,思 考 题,1. 什么是电磁兼容性？数控机床抗干扰的意义是什么？,2. 电磁兼容的主要内容是围绕造成干扰的哪三个要素进行的？,3. 减少数控机床控制交流线路中的干扰常采取什么方法？,思 考 题 1. 什么是电磁兼容性？数控机床抗干扰的意义是什,43,课题（任务）3,数控机床,检测反馈装置,任务目标：,1.熟悉检测反馈装置在数控机床中所起的作用；,2.熟悉常见检测反馈装置的组成结构及其功用。,课题（任务）3数控机床任务目标：,44,检测反馈装置是数控机床重要部件之一。位置检测装置更是闭环控制装置中的重要组成部分，其,作用,是检测机床移动部件的位移和速度,并发送反馈信号，以构成闭环系统。,由于数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定,所以检测反馈装置直接,影响,到数控机床的性能和被加工件精度的优劣。,检测的精度不仅取决于检测传感器，也取决于测量电路,检测反馈装置是数控机床重要部件之一。位置检测装置,45,数控机床PLC与电气诊断课件,46,数控机床PLC与电气诊断课件,47,位置检测装置,位置检测装置是闭环控制中的重要组成部分,位置检测装置的要求,数控机床检测元件的作用是检测机床移动部件的位移和速度，并发送反馈信号，以构成闭环系统。,数控机床的,加工精度,主要由,检测系统的精度,决定,分辨率,系统能够测量的,最小位移量,选择测量系统的分辨率一般要求比加工精度高一个数量级,位置检测装置位置检测装置是闭环控制中的重要组成部分,48,数控机床对检测元件的主要要求,寿命长，可靠性高，抗干扰能力强；,满足精度和速度要求；,使用维护方便，适合机床运行环境；,成本低；,便于与电子计算机连接。,数控机床对检测元件的主要要求 寿命长，可靠性高，抗干扰能力,49,位置检测装置的分类,分类,增量式,绝对式,回转式,光电脉冲编码器,旋转变压器,旋转式感应同步器,圆光栅、圆磁栅,绝对,光电脉冲,编码器,多速旋转变压器,三速旋转式感应同步器,直线式,直线式感应同步器,长光栅,磁尺激光干涉仪,三速直线式感应同步器,绝对式磁尺,位置检测装置的分类分类 增量式 绝对式光,50,增量式测量和绝对式测量,增量式测量的特点是：,只测位移增量，如果测量单位为0.01毫米，则每移动0.01毫米就发出一个测量信号。,在数控机床上大都采用这种测量方式;,典型的检测元件如感应同步器、光栅等。,增量式测量和绝对式测量 增量式测量的特点是：,51,增量式测量和绝对式测量,增量式测量的优点是：,测量装置比较简单，任何一个点都可作为测量起点。,增量式测量和绝对式测量增量式测量的优点是：,52,增量式测量和绝对式测量,增量式测量的缺点是：,在测量系统中没有一个特定的标志，移距是靠对测量信号计数读出的，一旦计数有误，此后的测量结果全错了。再有在发生某种故障后,也不能再找到事故前的正确位置。,增量式测量和绝对式测量增量式测量的缺点是：,53,增量式测量和绝对式测量,绝对值测量方式从原则上讲可以避免上述缺点，它的被测量的任一点的位置都由一个固定的零点算起，,每一被测点都有一,个相应的测量值。,增量式测量和绝对式测量,54,位置检测装置的分类,从检测信号的类型来分：,数字,和,模拟,机床直线位移采用直线型检测元件测,直接测量,机床直线位移采用回转式检测元件,间接测量,位置检测装置的分类从检测信号的类型来分：数字和模拟,55,速度检测,常用:,测速发电机,回转式脉冲发生器,速度检测常用:,56,作业题,检测装置的作用是什么?,检测系统的分辨率是什么？,数控机床对检测元件的主要要求是什么？,什么叫间接测量？,检测装置是怎样分类的？,增量式测量和绝对式测量各有什么优缺点？,作业题检测装置的作用是什么?,57,1,光电脉冲编码器,一.光电编码器,光电编码器（也称脉冲编码器）是利用光电原理把机械角位移变换成电脉冲信号。,光电编码器是既一种位置检测元件,也可作速度检测元件，用以测量轴的旋转角度和速度变化，其输出信号为电脉冲，属间接测量。,通常有增量式、绝对式、混合式。,1光电脉冲编码器一.光电编码器,58,光电码盘,光电码盘,59,数控机床PLC与电气诊断课件,60,增量式光电脉冲编码器,增量式光电编码器的输出信号有：,两个相位信号输出，用于辨向；一个零标志信号，用于机床回参考点的控制。,另外还有电源和接地端。,增量式光电脉冲编码器增量式光电编码器的输出信号有：,61,脉冲当量,每个脉冲对应机床工作台移动的距离：,s / i,1000或3000,S 丝杆升距（单头丝杆时，升距即为螺距）,i 传动比,脉冲当量每个脉冲对应机床工作台移动的距离：,62,绝对式脉冲编码器,绝对式旋转脉冲编码器能克服增量式掉电消失数据的缺点，能准确的定位，无需上电重置。,绝对式旋转脉冲编码器是通过读取编码盘上的图案来表示数值的。,绝对式脉冲编码器 绝对式旋转脉冲编码器能,63,编码盘,编码盘,64,编码器的维护,(1) 防振和防污:,编码器是精密光学测量元件，污染容易造成信号丢失，振动容易使编码器内的紧固件松动脱落，损坏精密光学元件，且造成内部电源短路。,(2) 防连接松动：,脉冲编码器,有两种安装形式，一种是内装式，另一种是外装式。不管是哪种安装方式，都要注意编码器连接松动的问题。连接松动会引起进给运动的失控和不稳定，还影响交流伺服电动机的换向控制，从而引起机床的振动。,编码器的维护(1) 防振和防污:,65,2,旋转变压器,旋转变压器（resolver）是一种电磁式传感器，又称,同步分解器,。它是一种测量角度用的小型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组成。其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，励磁频率通常用400、3000及5000HZ等。,旋转变压器,属于旋转,类型位置检测元件。,2旋转变压器 旋转变压器（resolver）是一种电磁式,66,旋转变压器,的输出电压与转子的角位移有固定的函数关系：,旋转变压器,是根据互感原理工作的，当定子绕组通交流激磁电压时，在转子绕组中产生感应电动势，其输出大小取决于定子与转子两个绕组轴线在空间的相对位置。平行时感应最大，垂直时最小。,旋转变压器的输出电压与转子的角位移有固定的函数关系：,67,旋转变压器的特点,旋转变压器可用在恶劣环境中，特别是高温、高粉尘的地方。,旋转变压器的缺点是信号处理比较复杂，不易掌握。,旋转变压器的测量精度没有光电编码器高。,旋转变压器的特点旋转变压器可用在恶劣环境中，特别是高温、高粉,68,旋转变压器,旋转变压器,69,旋转变压器的结构形式,旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，四极绕组则各有两对磁极，主要用于高精度的检测系统。,除此之外，还有多极式,旋转变压器，用于高精度绝,对式检测系统。,旋转变压器的结构形式 旋转变压器一般有两极绕组和四极绕,70,旋转变压器的应用,旋转变压器是一种精密角度、位置、速度检测装置，,适用于所有使用旋转编码器的场合,，特别是高温、严寒、潮湿、高速、高震动等旋转编码器无法正常工作的场合。,由于旋转变压器以上特点，,可完全替代光电编码器，被,广泛应用在伺服控制系统、,机器人系统、机械工具、,等领域的角度、位置,检测系统中。,旋转变压器的应用 旋转变压器是一种精密角度、位置、速度,71,3,测速发电机,测速发电机是一种旋转式速度检测元件，可将输入的机械转速变为电压信号输出。,测速发电机,是,输出电动势与转速严格成比例的微特电机。测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其输出电动势E和转速n成线性关系，即E=Kn,(K是常数)。改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。,在被测机构与测速发电机同轴,联接时，只要检测出输出电动势，,就能获得被测机构的转速，故又,称,速度传感器,。,3测速发电机 测速发电机是一种旋转式速度检测元件，,72,3,测速发电机,测速发电机分为,直流测速发电机,(有,永磁式,和电磁式两种)和,交流测速发电机,(有,空心杯转子异步,测速发电机、笼式转子异步测速发电机和同步测速发电机3种) 。,近年来采用了新原理、新结构制成的霍耳效应测速发电机,3测速发电机测速发电机分为直流测速发电机(有永磁式和电磁式,73,3,测速发电机,在数控机床中直流测速发电机运用较为广泛。,它的优点是易于得到线性的输出特性而无相位误差；,缺点是换向器与电刷接触，易造成机械磨损。,3测速发电机 在数控机床中直流测速发电机运用较为广泛。,74,测速发电机,测速发电机,75,4,感应同步器,感应同步器是一种电磁感应式的高精度位移检测元件，它是,将角度或直线位移信号变换为交流电压的,位移传感器,，又称平面式,旋转变压器,。,4感应同步器感应同步器是一种电磁感应式的高精度位移检测元件,76,感应同步器,感应同步器有圆盘式和直线式两种。由定尺和滑尺两部分组成，相对平行安装。滑尺上分布着正弦绕组、余弦绕组和励磁绕组，分别接入交流励磁信号；定尺绕组是连续的，输出随定尺和滑尺相对位移变化的感应电压信号。,感应同步器感应同步器有圆盘式和直线式两种。由定尺和滑尺两部分,77,感应同步器的原理,感应同步器在高精度数字显示系统或数控闭环系统中圆盘式感应同步器用以检测角位移信号,直线式用以检测线位移。,感应同步器的原理 感应同步器在高精度数字显示系统或数控闭环,78,感应同步器的特点,测量精度高综合误差效应与电子技术的结果,例,：,尺长（250mm）,，,精度1.5mm，分辨力0.05 mm,抗干扰能力强；,工作非常可靠 只要定尺不斜不破；,工作寿命长,，维护简单,定、滑尺不接触,测量距离长,可拼接,精度仍保持原单个定尺的精度,感应同步器的特点测量精度高综合误差效应与电子技术的结果,79,感应同步器的维护,(1)安装时，必须保持定尺和滑尺相对平行，调整间隙在0.09-0.15mm为宜。,(2）做好感应同步器的防尘密封，防止铁屑进入定尺和滑尺之间，以免损坏定尺表面。,(3）连接线固定好，机床移动时不能让检测信号线受力，以免引起断线。,感应同步器的维护(1)安装时，必须保持定尺和滑尺相对平行，调,80,感应同步器,感应同步器,81,5,光 栅,光栅是利用光学原理，通过光敏元件检测莫尔条纹移动的数量，从而检测机床的位移量。,光栅是在数控机床中用的较多的一种检测装置。主要用来测量长度、角度、速度、加速度、振动和爬行等。,5光 栅光栅是利用光学原理，通过光敏元件检测莫尔条纹移动,82,莫尔条纹,在长光栅和短光栅中，如果将指示光栅在其自身的平面内转过一个很小的角度，这样两块光栅的刻线相交，则在相交处出现黑色条纹，称为,莫尔条纹,。,莫尔条纹 在长光栅和短光栅中，如果将指示光栅在,83,莫尔条纹,莫尔条纹,84,莫尔条纹的特点,1.放大作用：,由于两块光栅的刻线密度相等，即栅距相等，而产生的莫尔条纹的方向和光栅刻线方向大致垂直，当夹角很小时，莫尔条纹的节距 W 为： W /sin /。,这表明莫尔条纹的节距是光栅栅距的1倍，具有放大作用。, 这是光栅技术独有的特点。,莫尔条纹的特点1.放大作用：,85,莫尔条纹的特点,2.平均效应：,由于光栅由大量刻线共同形成，对刻线误差有平均作用，从而消除刻度不均所引起的误差。,莫尔条纹的特点2.平均效应：,86,莫尔条纹的特点,3.莫尔条纹的移动规律：,莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成比例，光栅向左右移动一个栅距 ，莫尔条纹也相应地向上下准确地移动一个节距W,。,莫尔条纹的特点3.莫尔条纹的移动规律：,87,透射光栅,的组成,直线,透射光栅,由光源、长光栅（,标尺光栅,）、短光栅（,指示光栅,）、光电接收元件等组成。,光栅读数头又叫光电转换器，它把光栅的,莫尔条纹,变成电信号。,读数头由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和驱动线路组成。是一个单独的部件。,透射光栅的组成 直线透射光栅由光源、长光栅,88,数控机床PLC与电气诊断课件,89,数控机床PLC与电气诊断课件,90,数控机床PLC与电气诊断课件,91,数控机床PLC与电气诊断课件,92,数控机床PLC与电气诊断课件,93,光栅输出信号有：,两个相位信号输出-,用于辨向；,一个零标志信号-,用于机床回参考点的控制。,光栅输出信号有：,94,在空间位置上，指示光栅G1和G2相差1/2栅距，使得光电池S1处于“亮区”时，S2正好在“暗区”；指示光栅G3和G4也相差1/2栅距，对应的光电池将形成正弦电流信号。指示光栅G5用于读取参考点标记信号。,在空间位置上，指示光栅G1和G2相差1/2栅距，使得,95,指示光栅G1、G2和G3、G4之间相差1/4栅距，这样在电流信号,i,e1和,i,e2之间形成了90的相位差： 它是数控系统识别坐标运转方向的依据,指示光栅G1、G2和G3、G4之间相差1/4栅距，这,96,光栅种类有直线光栅和,圆,光栅两类,光栅有玻璃透射式和金属反射式两种,数控机床PLC与电气诊断课件,97,光栅制作工艺,玻璃透射光栅 ,在玻璃上感光涂层或金属镀膜上刻成光栅线纹，也有刻腊、腐蚀、涂黑工艺制作的。,HEIDENHAEN公司首创镀铬、光刻复制工艺，通过在基板上沉淀一层薄的铬层，然后通过激光刻线，提高了精度。,金属反射光栅 ,在钢直尺或不锈钢带的镜面上用照相腐蚀工艺制作光栅，或用钻石刀直接刻画制成光栅线纹。,光栅制作工艺 玻璃透射光栅 ,98,数控机床PLC与电气诊断课件,99,玻璃透射光栅特点,光源可采用垂直入射，光电元件可直接接受光信号，信号幅度大，读数头结构简单；,刻线密度大，常用100条/mm，其栅距为0.01mm，经电路细分，可做到微米级的分辨率。,玻璃透射光栅特点 光源可采用垂直入射，光电元件可直接,100,金属反射光栅特点,标尺光栅的线膨胀系数很容易做到与机床材料一致；,标尺光栅的安装和调整比较方便；,易于接长或制成整根钢带长光栅；,不易破碎；,分辨率比透射光栅低。,常用刻线密度,：,4条/mm、10条/mm、25条/mm、,40条/mm、50条/mm。,金属反射光栅特点标尺光栅的线膨胀系数很容易做到与机床材料一致,101,光栅尺的维护,(1)防污：,光栅尺直接安装于工作台和机床床身上，极易受到冷却液的污染，从而造成信号丢失，影响位置控制精度。,(2)防震:,光栅拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免引起光学元件的损坏。,光栅尺的维护(1)防污：,102,6.,磁 栅,一种录有等节距磁化信号的磁性标尺或磁盘，并用它作为测量基准。用于位置检测。,应用时，读取磁头将尺上的磁化信号转化为电信号，之后送入检测电路，使磁头相对于磁尺的位置或位移量用数字量显示出来或转化为控制信号输入到机床的数控装置中去。,6. 磁 栅 一种录有等节距磁化信号的磁性,103,磁 栅 的 结 构,磁栅由磁性标尺、拾磁磁头和测量电路组成。,磁性标尺上记录相等节距的周期性磁化信号，用以作为测量基准。,磁 栅 的 结 构 磁栅由磁性标尺、拾磁磁头和测量电路,104,数控机床PLC与电气诊断课件,105,磁 栅 的 结 构,1.磁性标尺：,磁尺又由基体和磁性膜构成。,基体一般由非导磁材料制成（玻璃、铜、铝、不锈钢或其他合金材料）；,磁性膜采用涂敷、化学沉积或电镀等工艺方法，在基体上产生一层厚度为1020,m的磁性材料，分布均匀；,再在磁性膜上录制有磁波，波长取为：0.05、0.1、0.2、1 mm ；,磁 栅 的 结 构 1.磁性标尺：,106,磁 栅 的 结 构,2.拾磁磁头：,拾磁磁头是一种磁电转换器，分,动态,和,静态,两种。,动态磁头,又称,速度响应型磁头,。它的构造中只有一组绕组线圈。只有当磁头与磁尺之间有相对运动时绕组才有信号输出，相对静止则无信号输出。,磁 栅 的 结 构 2.拾磁磁头：,107,磁 栅 的 结 构,2.拾磁磁头：,动态磁头绕组线圈输出信号为正弦波；,相对速度不同，输出信号的幅度和周期都不同；,对速度不均匀的运动部件不宜采用动态磁头进行检测。,磁 栅 的 结 构 2.拾磁磁头：,108,磁 栅 的 结 构,2.拾磁磁头：,静态磁头又称磁通响应型磁头，其输出的幅值与磁头和磁尺间的相对速度大小无关，可在低速甚至静止的情况下使用。,静态磁头具有两组绕组线圈。一组为励磁绕组，另一组为输出绕组。铁心结构与动态磁头不同，增加了一段可饱和磁芯（软磁）。,磁 栅 的 结 构 2.拾磁磁头：,109,静态磁栅的工作原理,励磁绕组中通入适当强度的高频正弦电流，当小于某一定值磁芯未饱和，磁路导通，大于某值是则铁心饱和磁路开路，磁尺漏磁通不能通过铁心。,起开关作用,。,随 “通” “断”,磁芯磁通发生变,化，在输出绕组,上感应出周期变,化的电动势。,静态磁栅的工作原理 励磁绕组中通入适当强度的高频正弦电,110,实际应用中采用,多间隙静态磁头：,一来增大输出，,二来平均信号,提高测量精度。,静态磁栅的工作原理,实际应用中采用静态磁栅的工作原理,111,辨向,为了辨别磁头与磁尺相对移动的方向,通常采用两组磁头彼此相距(m+1/4)(m为正整数)的配置 ;,若以其中的一相作为参考信号，则另一相将超前或滞后于参考信号90 由此来确定运动方向。,辨向 为了辨别磁头与磁尺相对移动的方向,通常采用两组,112,磁栅的优点,1.制作简单、成本低；,2.安装调整方便；,3.磁栅的长度可任意选择、可录任意节距的磁信号；,4.耐油污、灰尘，对环境要求低。,磁栅的优点1.制作简单、成本低；,113,传感器小结,光电编码器,和,旋转变压器,常用在有齿轮导轨的机床上。,感应同步器,、,光栅尺,和,磁栅尺,只要把其定尺固定在机床床身上适当位置(需检测的位移方向上),滑尺头固定在机床可移动部件上,即可完成位移测量：,感应同步器,定尺是分段连接的,一般标准尺长是250 mm,安装时可根据需要接长,但是比较繁重麻烦。,光栅尺,的标尺光栅和指示光栅都是由窄的矩形不透明的线纹和其等宽的透明间隔所组成,一旦被灰尘遮盖或油渍浸泡,就影响使用。,磁栅尺,是一种全封闭位移测量的传感器,在机床上安装和维修起来方便,比较适于安装在中小型镗铣床上。,磁栅尺,适应机床的工作环境,可靠性高、抗干扰能力强,可满足精度要求,并且成本低,维修方便。,传感器小结 光电编码器和旋转变压器常用在有齿轮导轨的机床,114,作业题,1.,脉冲编码器是一种什么装置？,2. 旋转变压器的原理是什么？,3.,测速发电机是一种什么检测元件,?其优缺点有哪些？,4. 感应同步器的特点有哪些？,5. 光栅在数控机床中的作用是什么？,6. 莫尔条纹有何特点？,7. 磁栅由什么组成的，它以什么为测量基准？,8. 拾磁磁头分几种，各有什么特点？,作业题1. 脉冲编码器是一种什么装置？,115,课题（任务）4,数控机床PLC功能及应用,任务目标：,1.能熟悉数控机床PLC的功能及原理；,2.能够掌握数控机床PLC的编程及传输方法。,课题（任务）4数控机床PLC功能及应用任务目标：,116,数控机床的控制可分为两大部分，一是坐标轴的位置控制；另一是数控加工过程中的顺序控制。,顺序控制的对象随数控机床的类型、结构、辅助装置等有很大差别。机床结构越复杂，辅助装置越多，机床可编程控制器（PLC）功能需求越强。,维修人员必须掌握PLC,CNC和机床三者之间传递的信息，才能利用PLC进行故障分析与诊断，做到快速准确地排除数控机床故障。,数控机床的控制可分为两大部分，一是坐标轴的位置控制；另一,117,机床可编程控制器（PLC）功能,数控机床的各部分之间有着密切的联系，CNC装置将数控加工程序信息按两类控制量分别输出：,一类是,连续控制量,，送往伺服驱动系统；,另一类是离散的,开关控制量,，送往机床电器和逻辑控制装置。,这些顺序控制信号通过输人输出（I/O）接口来进行控制。数控机床是利用可编程逻辑控制器（PLC）来完成上述功能的。,机床可编程控制器（PLC）功能 数控机床的各部分之间有着密,118,机床可编程控制器（PLC）功能,若数控机床输人输出逻辑控制简单，可采用与数控系统共用一个CPU的方法。, 称为,内装型PLC,若逻辑控制复杂，影响数控系统的位置控制执行速度时，可单独采用CPU完成PLC功能，, 称为,外装型PLC,机床可编程控制器（PLC）功能若数控机床输人输出逻辑控制简,119,机床可编程控制器（PLC）功能,在分析 CNC/PLC和机床各机械部件、机床辅助装置、强电线路之间关系时，常把数控机床分为:,NC,侧 CNC系统的硬件和软件以及与 CNC系统连接的外围设备；,MT,侧 包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，机床操作面板，继电器线路，机床强电线路等。,PLC,处于CNC和 MT之间，,对NC侧和MT侧的输入、输出,信号进行处理。,机床可编程控制器（PLC）功能 在分析 CNC/PLC,120,机床可编程控制器（PLC）功能,PLC与外部信息交换,PLC与外部信息交换包括如下四部分：,1 MT至PLC,机床侧传递给 PLC的信息主要是机床操作面板上各种开关、按钮及超行程限位、伺服监控、运行准备等,开关量信号,信息。,这些信号所占用PLC的输入单元地址均可由机床生产厂家的PLC程序设计者自行定义。,机床可编程控制器（PLC）功能 PLC与外部信息交换,121,机床可编程控制器（PLC）功能,PLC与外部信息交换包括如下四部分：,2 PLC至MT,PLC至机床,MT,的信号是控制机床的,执行元件,，如电磁阀、继电器、接触器以及确保机床各运动部件状态的信号和故障指示等。,这些信号所占用PLC的输出单元地址均可由机床生产厂家的PLC程序设计者自行定义。,机床可编程控制器（PLC）功能PLC与外部信息交换包括如下四,122,机床可编程控制器（PLC）功能,PLC与外部信息交换包括如下四部分：,3 CNC至PLC,CNC至机床的信息主要是S,M,T,F等功能代码。CNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC的寄存器中。,所有CNC送至PLC的信号含义和地址一般由数控系统生产厂家确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。,机床可编程控制器（PLC）功能PLC与外部信息交换包括如下四,123,机床可编程控制器（PLC）功能,PLC与外部信息交换包括如下四部分：,4 PLC至CNC,PLC送至CNC的信息主要是S, M, T, F功能应答信号及各坐标轴的基准点信号，机床运动部件的状态和故障等信息。,所有PLC送至CNC的信号地址与含义由CNC厂家确定，PLC编程者只可使用，不可改变和增删。,机床可编程控制器（PLC）功能 PLC与外部信息交换包括,124,机床可编程控制器（PLC）功能,数控机床PLC的功能,(1)机床操作面板控制,将机床操作面板上各开关、按钮等控制信号直接送入PLC，以控制数控系统的运行。,(2)机床外部开关输入信号控制,将检测机床侧各种状态的开关信号送入PLC，经逻辑处理分析判断后，输出控制指令。这些开关输入信号包括各类控制开关、行程开关、接近开关、压力开关和温控开关等。,机床可编程控制器（PLC）功能 数控机床PLC的功能,125,机床可编程控制器（PLC）功能,数控机床PLC的功能,(3)输出信号控制,PLC输出的信号控制电气控制柜中的继电器、接触器、电磁阀及电磁制动器等执行机构，对刀库、机械手、回转工作台、润滑泵等进行控制。,(4)伺服使能控制,检测伺服驱动所需的各种条件和逻辑关系，输出,控制主轴和伺服进给驱动装置的使能信号,通过驱动装置，驱动相应的伺服电动机。,机床可编程控制器（PLC）功能 数控机床PLC的功能,126,机床可编程控制器（PLC）功能,数控机床PLC的功能,(5)报警处理控制,PLC收集电气控制柜、机床侧各种开关信号和伺服驱动装置的故障信号，经逻辑处理分析输入数控系统，系统便显示报警号及报警文本。,(6)传输控制,实现与数控系统的软盘数据传输。,(7)转换控制,立卧自动转换控制。,机床可编程控制器（PLC）功能 数控机床PLC的功能,127,PLC输入输出元件,PLC输入输出元件,128,PLC输入输出元件,一. 输入元件,控制开关,控制按钮,绿色启动，红色停止。内装信号灯, 用于主轴启停、冷却控制等；,旋钮式可锁开关, 用于程序保护；,急停开关,红色蘑菇形, 用于紧急停止；,转换开关, 用于轴选择、倍率选择等；,脚踏开关, 用于车床卡盘、尾架控制；,以上开关分常开、常闭、复合型。,PLC输入输出元件 一. 输入元件,129,PLC输入输出元件,行程开关（限位开关）,将机械位移变为电信号，以控制机械运动。,按结构分：,直动式,滚动式,微动式,失效形式：,弹簧或弹簧片卡死,使触点不能闭合或断开、,直动式推杆卡死、触点,接触不良、电击氧化、,烧连等。,PLC输入输出元件行程开关（限位开关） ,130,PLC输入输出元件,接近开关,在一定的距离（几毫米至十几毫米）内检测物体有无的传感器。灵敏度高、频率响应快、重复定位精度高、工作稳定可靠及使用寿命长。,电感式,由高频振荡器,和一个整形放大器组成。金,属物近交变磁场使振荡减弱,或停振，经整形输出；,电容式,可对金属材料和,非金属材料无接触检测；,磁感式（磁敏开关）,似电感,式，用带有永久磁铁的物体；,PLC输入输出元件接近开关 ,131,PLC输入输出元件,光电式,是一种遮断型开关。分直射和反射两种；,霍尔式,（霍尔集成电路）,由霍尔元件、稳压电路、放大器和施密特触发器、门电路等电路组成。外加磁场强度超工作点，输出低电压。常用于数控车床刀架。,PLC输入输出元件光电式 是一种遮断型开关。分直射和,132,PLC输入输出元件,压力开关, 液体压力与弹簧力平衡；,温控开关, 由热敏电阻等组成。,分为：,线性型,用于测量；,突变型,用于控制；,PLC输入输出元件压力开关 液体压力与弹簧力平衡；,133,PLC输入输出元件,二. 输出元件,接触器,用于电机频繁启停及驱动装置的电源通断等。,分交流接触器和直流接触器,对接触器的维护要求：,定期检查，要求可动部件灵活、紧固件无松动；,保持触点表面清洁。,表面黑褐色氧化膜不必除去；,不允许去掉灭弧罩使用；,更换接触器时注意铭牌和线圈参数。,PLC输入输出元件 二. 输出元件,134,PLC输入输出元件,2. 继电器,根据外界信号来控制电路“通”与“断”的自动切换电器, 用来反映控制信号，,实现信号传递与转换。,与接触器原理相同,但,结构小、动作灵活,没有灭,弧罩，触点多。,PLC输入输出元件2. 继电器 根据外界信号,135,PLC输入输出元件,二. 输出元件,各类指示灯,电磁阀,电磁制动器,特别提出：,内装PLC 输出受限，用继电器过渡；,外装PLC容量大可直接驱动。,PLC输入输出元件二. 输出元件,136,机床PLC的程序编制,PLC 程序设计是数控设计与调试的一个重要环节,是NC 系统对机床及其外围部件进行逻辑控制的重要通道。同时也是外部逻辑信号对数控系统进行反馈的必由之路。通俗地说，是连接机床与数控系统的桥梁。,数控机床的 PLC 程序设计是由数控机床生产厂家依据其生产的设备要求所决定的。PLC 程序编制原本是很复杂而困难的,但随着现代科技的发展，PLC软件的开发，也使得PLC的编程不再困难了。,机床PLC的程序编制 PLC 程序设计是数控设计与调,137,机床润滑系统电气控制,机床润滑系统电气控制,138,机床润滑系统电气控制PLC程序,机床润滑系统电气控制PLC程序,139,课题（任务）5,机床数据对PLC信号的影响,任务目标：,1.能熟悉数控机床参数对PLC的影响原理；,2.能够正确进行机床PLC输入输出设定及调试；,3.能够掌握数控机床PLC报警处理的方法。,课题（任务）5机床数据对PLC信号的影响 任务目标：,140,参数对PLC信号的影响,参数是将数控系统与数控机床相结合使之最大限度的发挥数控机床的功能特性而给定的值。,机床数据为 PLC 逻辑控制提供灵活的方式。它设定的正确与否直接影响到数控机床的功能和性能。,参数对PLC信号的影响 参数是将数控系统与数控机床相,141,PLC用户报警,PLC,PLC用户报警PLC,142,PLC用户报警属性,PLC用户报警属性,143,注意：,如果位 7,6 都为“0”，表示报警为“自清除”报警；如果位 5,0 都为“0”，表示报警为“只显示”报警；,报警属性的设定,注意：如果位 76 都为“0”，表示报警为“自清除”报警,144,PLC用户报警的激活,系统为用户提供了 64 个PLC 用户报警。,每个用户报警对应一个NCK 的地址位：,V16000000.0-V16000000.7 对应于 700000-700007 号报警,V16000001.0-V16000001.7 对应于 700008-700015 号报警,V16000002.0-V16000002.7 对应于 700016-700023 号报警,。,V16000006.0-V16000006.7 对应于 700048-700055 号报警,V16000007.0-V16000007.7 对应于 700056-700063 号报警,该地址位置为 “1”可激活对应的报警，复位“0”则清除报警。,每个报警还对应一个 64 位的报警变量:,VD16001000到VD16001252变量中的内容（值）可以按照报警文,本中定义的数据类型插入显示的报警文本中。,PLC用户报警的激活 系统为用户提供了 64 个PLC 用,145,数控机床PLC与电气诊断课件,146,实训作业题,使用机床数据MD14510、MD14512 编一PLC子程序。,要求：当MD1451221=02H时调用一子程序；,子程序中的功能为当系统急停时延时输,出一信号Q1.5,延时时间要用MD145107机,床PLC数据可调。,实训作业题 使用机床数据MD14510、MD14512 编一,147,课题（任务）6,数控机床回参考点功能,任务目标：,1.理解数控机床回参考点意义及方式方法；,2.能够正确进行数控机床回参考点功能调试；,3.能够掌握数控机床回参考点故障的诊断方法。,课题（任务）6数控机床回参考点功能 任务目标：,148,数控机床返参考点功能,数控机床回参考点，是常见数控机床的最基本的操作和功能。,数控机床的所有控制都建立在有参考点的机床坐标系之上。,数控机床回参考点，可使螺补、背隙补偿及软限等生效。,数控机床返参考点功能 数控机床回参考点，是常见数控机,149,机床参考点,每次开机后都必须首先让各坐标轴回到机床一个固定点上，重新建立机床坐标系，这一固定点就是机床坐标系的原点或零点，也称机床参考点。使机床回到这一固定点的操作称回参考点或回零操作。,数控机床坐标系：,机械（机床）坐标系,参考坐标系,工件坐标系,机床参考点 每次开机后都必须首先让各坐标轴回到机床一个,150,数控机床回参考点的方法,回参考点具体常用方法有两种：,栅格法,检测器随电机旋转，同时一圈产生一个栅点或一个零位脉冲或又称 “一转信号” 。在机械本体上安装一个减速撞块及一个减速开关,当减速开关离开减速撞块时,数控系统检测到的第一个栅点或零位信号即为原点。,机械粗定位和电气精定位,数控机床回参考点的方法 回参考点具体常用方法有两种：,151,数控机床回参考点的方法,2.,磁开关法,在机床本体上安装磁铁及磁感应原点开关或接近开关，当磁感应原点开关或接近开关检测到原点信号后，伺服电机立即停止。该停止点即被认作原点。,数控机床基本不用此方法,数控机床回参考点的方法 2.磁开关法,152,数控机床回参考点的方法,回参考点的方式因数控系统类型和机床生产厂家而异，目前，采用脉冲编码器或光栅尺作为位置检测的数控机床多采用栅格法来确定机床的参考点。,脉冲编码器每产生一个零标志信号相对于坐标轴移动一个距离，将该距离按一定等分数分割得到的数据即为栅格间距，其大小由机床参数确定。,当采用1:1直接连接时，一般设定栅格间距为丝杠螺距。,数控机床回参考点的方法 回参考点的方式因数控系统类型和,153,回参考点方式一,回参考点方式一,154,回参考点方式二,回参考点方式二,155,SIEMENC系统,回参考点方式二,SIEMENC系统,156,回参考点方式三,回参考点方式三,157,SIEMENC系统,回参考点方式三,SIEMENC系统,158,数控机床PLC与电气诊断课件,159,数控机床PLC与电气诊断课件,160,数控机床回参考点的故障诊断,数控机床回参考点的故障分为二大类：,找不到,和,找不准,找不到 -,机床返参考点时发出超程报警,或发出“未返回基准点”报警,找不准 -,机床不能准确返回参考点 偏离,数控机床回参考点的故障诊断 数控机床回参考点的故障分为二大,161,找不到参考点,：,（机床返参考点时发出超程报警）,1.无减速动作：,减速开关失效，撞压后开关不动作或信号线松、断，或撞块松、脱。,2.有减速动作，低速移动，直至撞向限位而停机：,减速后，零位脉冲没出现。光栅没发出脉冲信号（检测装置故障）或脉冲信号在传递或处理中丢失；,限位撞块位置错；减速开关不能复位;,找不到参考点：（机床返参考点时发出超程报警） 1.无减速,162,找不到参考点,：,（机床返参考点时发出超程报警）,3.有减速动作，且有遇零点脉冲后制动到零速的过程，但未到基准点就触及限位开关而报警停机：,限位开关位置不对。,4.机床在返回参考点过程中，发出“未返回基准点”报警,：