一般數(shù)控機(jī)床標(biāo)配有主軸，司服軸，PLC軸也即是輔助軸。而與之相應(yīng)的控制系統(tǒng)是CNC，PLC，變頻器，伺服和電機(jī)。所以講到PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用就不得不聯(lián)系到CNC，變頻器，伺服和電機(jī)。他們是一個系統(tǒng)工程，一個有機(jī)的整體。

一．隨著工業(yè)控制的需要及技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)的PLC（可編程可編程邏輯控制器）正在發(fā)生質(zhì)的變化，有將PLC與CNC合二為一的PAC（programmableautomutoncotrollor）的方向發(fā)展。使PLC不僅具有邏輯運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算，定時，計數(shù)及順序控制，還可以提供數(shù)據(jù)傳送，矩陣處理，PID調(diào)節(jié)、SSAII碼操作、遠(yuǎn)程I/O、運(yùn)動控制、網(wǎng)絡(luò)通信等高級功能，還可以使用高級語言（C語言、BASIC語言）編寫子程序嵌入PLC程序中運(yùn)行。實(shí)質(zhì)上是一種專業(yè)控制計算機(jī)。通過PLC提供的宏參數(shù)和CNC系統(tǒng)參數(shù)可在PLC和零件加工程序之間傳遞信息，???以完成某些特定功能。即PLC已經(jīng)滲透到零件加工程序的編輯中去。

單獨(dú)的PLC已經(jīng)可以完成全部的CNC功能，這已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。但就目前而言，PLC主要還是在數(shù)控系統(tǒng)配置機(jī)床上時起一個“接口”作用，包括MST功能，診斷功能等，這種功能正在不斷擴(kuò)大。

PLC在數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目前也有好幾種方案：

方案一：通用PLC帶數(shù)控功能

這對于需要邏輯控制又需要相對簡單的位置控制的用戶來說是一個很好的選擇，無論是成本和開發(fā)都有很多優(yōu)勢，不過通用型的PLC大多沒有聯(lián)動和插補(bǔ)指令（部分產(chǎn)品有），并且不支持G代碼，無法與CAD軟件進(jìn)行接口。

方案二：專用的數(shù)控系統(tǒng)

這種系統(tǒng)有很多使用PLC的平臺加DSP加FPGA實(shí)現(xiàn)，高檔的這種系統(tǒng)可以與CAD軟件無縫聯(lián)接，從CAD導(dǎo)出來的G代碼在經(jīng)過編緝或者不需要編緝下載到控制器內(nèi)就可以做出各種對應(yīng)的動作出來。該種系統(tǒng)對于多軸聯(lián)動控制和插補(bǔ)G代碼均有很強(qiáng)的支撐能力，同時一般帶有顯示，可以在運(yùn)行時同步在顯示屏上顯示運(yùn)動的軌跡。

方案三：IPC+數(shù)控板卡

這是國內(nèi)數(shù)控廠商的主要形態(tài)，有靈活性高的優(yōu)點(diǎn)，但很多系統(tǒng)不支持標(biāo)準(zhǔn)的G代碼，而是要用戶使用C、C++語言或者VC去編寫對應(yīng)的控制程序，由板卡廠商提供函數(shù)庫。當(dāng)然目前大多數(shù)情況下是由數(shù)控廠商代用戶完成這一部分的編程。

這種開發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，廠商的開發(fā)成本低，靈活度高，但是需要廠商提供相當(dāng)多的技術(shù)支持，如果客戶數(shù)量大后很難有足夠的支持能力，所以這類廠商大多都在開發(fā)通用的數(shù)控平臺，并仍然使用IPC平臺在上面開發(fā)通用型的數(shù)控系統(tǒng)。

在中、高檔數(shù)控機(jī)床中，PLC是CNC裝置的重要組成部分。其作用是：接收來看零件加工程序的開關(guān)功能信息（輔助功能M、主軸轉(zhuǎn)速功能S、刀具功能T）、機(jī)床操作面板上的開關(guān)量信號及機(jī)床側(cè)的開關(guān)量信號，進(jìn)行邏輯處理，完成輸出控制功能，實(shí)現(xiàn)各功能及操作方式的聯(lián)鎖。

PLC有兩種類型，即內(nèi)裝型和獨(dú)立型。

PLC除了在CNC中使用外，還廣泛用于治金、機(jī)械、石油化工、能源交通乃至娛樂等各行業(yè)。

1.PLC的應(yīng)用類型

（1）順序控制和開關(guān)邏輯控制類型。這是最基本控制方式，已取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制，用于單機(jī)、多機(jī)群控和生產(chǎn)自動線。它首先對輸入的開關(guān)量或模擬量進(jìn)行采樣，然后按用戶編制的順序控制程序進(jìn)行運(yùn)算，再通過輸出電路去驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)順序控制。

（2）一個具有PID（比例、微分、積分）控制能力的PLC可用于過程控制，把變量保持在設(shè)定值上。

（3）組合數(shù)字控制類型。在機(jī)械加工中，將具有數(shù)據(jù)處理功能的PLC和CNC組成一體，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。

（4）組成多級控制系統(tǒng)類型。在分層分布式控制的全自動化系統(tǒng)，如PMC、FMS、CIMS中，基層由中小型PLC和CNC等控制設(shè)備組成，中層由大型PLC進(jìn)行單元控制與監(jiān)督，上層由上位計算機(jī)做總體管理。PLC之間、PLC與上級計算機(jī)之間采用快速光纖數(shù)字通信。為適應(yīng)多任務(wù)、多微處理器并進(jìn)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制，協(xié)調(diào)梯形圖和BASIC程序之間的相互關(guān)系，以及位、字處理和I/O中斷處理，還增設(shè)有聯(lián)機(jī)文件管理和對執(zhí)行出錯的恢復(fù)等功能。

（5）控制機(jī)器人的類型。選用PLC可對具有3-6個自由度的機(jī)器人進(jìn)行控制。

2.PLC在位置控制中的應(yīng)用。PLC制造廠商提供驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。用戶只需通過PLC向位置控制模塊設(shè)置參數(shù)及發(fā)出某種命令，位置控制模塊即可根據(jù)來自現(xiàn)場的監(jiān)測信號和PLC的命令來調(diào)整控制輸出，移動一軸或數(shù)軸到達(dá)目標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。當(dāng)每個軸移動時，位置控制模塊能使其保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動平滑。

位置運(yùn)動的編程可用PLC語言完成，通過編程器輸入。用程序設(shè)定速度和加速度參數(shù)，控制系統(tǒng)可自動實(shí)現(xiàn)階梯式加減速?？啥帱c(diǎn)定位，并有原點(diǎn)補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償功能，提高定位精度?？蛇M(jìn)行手動操作，實(shí)現(xiàn)高速點(diǎn)動、低速點(diǎn)動或微動。

PLC的位置控制，特別適用于機(jī)床的點(diǎn)位直線伺服控制，常稱為輔助坐標(biāo)運(yùn)動控制

CNC、PLC、機(jī)床之間的信號處理過程

CNC裝置和機(jī)床之間的信號傳送處理兩個過程：

（一）、CNC裝置→機(jī)床：

CNC裝置?CNC裝置的RAM?PLC的RAM中。

PLC軟件對其RAM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。

處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，

對內(nèi)裝型PLC，PLC將已處理好的數(shù)據(jù)通過CNC的輸出接口送至機(jī)床；

對獨(dú)立型PLC，其RAM中已處理好的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出接口送至機(jī)床。

（二）、機(jī)床→CNC裝置

對于內(nèi)裝型PLC，信號傳送處理如下：

從機(jī)床輸入開關(guān)量數(shù)據(jù)?CNC裝置的RAM?PLC的RAM。

PLC的軟件進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。

處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，同時傳送到CNC裝置的RAM中。

CNC裝置軟件讀取RAM中數(shù)據(jù)。

對于獨(dú)立型PLC，輸入的第一步，數(shù)據(jù)通過PLC的輸入接口送到PLC的RAM中，然后進(jìn)行上述的第2步，以下均相同

二．接下來是運(yùn)動過程控制

伺服或者變頻器接受CNC，PLC命令，分別控制電壓進(jìn)而控制轉(zhuǎn)速，控制頻率來控制轉(zhuǎn)速。

聯(lián)系到主軸驅(qū)動系統(tǒng)和進(jìn)給伺服系統(tǒng)及執(zhí)行元件電機(jī)等。

1，比較一下變頻主軸和伺服主軸的區(qū)別。伺服主軸的起停性能好，低速扭矩大，在進(jìn)行很好的速度控制還能進(jìn)行較準(zhǔn)確的主軸停止位置的控制（主軸定位），但價格較高。

而一般的變頻主軸只能進(jìn)行主軸的旋轉(zhuǎn)速度的控制，且它的低速度扭矩小，電機(jī)不能在較低的速度下進(jìn)行工作，如需要進(jìn)行低速加工則要通過減速箱來實(shí)現(xiàn)，起停時間一般都較長。

這是兩種不同的控制系統(tǒng),前者是隨動系統(tǒng),后者是調(diào)速系統(tǒng)。

還有一般的數(shù)控機(jī)床大多會用變頻主軸,一是因?yàn)橄鄬Χ詢r格較低,二是容易實(shí)現(xiàn)高速和大功率.當(dāng)然,也滿足大多數(shù)加工要求.

另變頻主軸也可進(jìn)行對主軸的定位控制,剛性功絲等也可實(shí)現(xiàn).主要是看所選主軸電機(jī)及變頻器.主軸電機(jī)帶編碼器,變頻器加PG反饋脈沖卡就可實(shí)現(xiàn).當(dāng)然效果肯定是沒有伺服主軸來得好.國內(nèi)中心機(jī)大多這樣做。

2．變頻技術(shù)：簡單的變頻器只能調(diào)節(jié)交流電機(jī)的速度，這時可以開環(huán)也可以閉環(huán)要視控制方式和變頻器而定，這就是傳統(tǒng)意義上的V/F控制方式?，F(xiàn)在很多的變頻已經(jīng)通過數(shù)學(xué)模型的建立，將交流電機(jī)的定子磁場UVW3相轉(zhuǎn)化為可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的兩個電流的分量，現(xiàn)在大多數(shù)能進(jìn)行力矩控制的著名品牌的變頻器都是采用這樣方式控制力矩，UVW每相的輸出要加摩爾效應(yīng)的電流檢測裝置，采樣反饋后構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋的電流環(huán)的PID調(diào)節(jié)；這樣可以既控制電機(jī)的速度也可控制電機(jī)的力矩，而且速度的控制精度優(yōu)于v/f控制，編碼器反饋也可加可不加，加的時候控制精度和響應(yīng)特性要好很多。

伺服系統(tǒng)：（1）伺服驅(qū)動器在發(fā)展了變頻技術(shù)的前提下，在驅(qū)動器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)（變頻器沒有該環(huán)）都進(jìn)行了比一般變頻更精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上也比傳統(tǒng)的伺服強(qiáng)大很多，主要的一點(diǎn)可以進(jìn)行精確的位置控制。通過上位控制器發(fā)送的脈沖序列來控制速度和位置（當(dāng)然也有些伺服內(nèi)部集成了控制單元或通過總線通訊的方式直接將位置和速度等參數(shù)設(shè)定在驅(qū)動器里），驅(qū)動器內(nèi)部的算法和更快更精確的計算以及性能更優(yōu)良的電子器件使之更優(yōu)越于變頻器。（2）電機(jī)方面伺服電機(jī)的材料、結(jié)構(gòu)和加工工藝要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動的交流電機(jī)（一般交流電機(jī)或恒力矩、恒功率等各類變頻電機(jī)），也就是說當(dāng)驅(qū)動器輸出電流、電壓、頻率變化很快的電源時，伺服電機(jī)就能根據(jù)電源變化產(chǎn)生響應(yīng)的動作變化，響應(yīng)特性和抗過載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動的交流電機(jī)，電機(jī)方面的嚴(yán)重差異也是兩者性能不同的根本。就是說不是變頻器輸出不了變化那么快的電源信號，而是電機(jī)本身就反應(yīng)不了，所以在變頻的內(nèi)部算法設(shè)定時為了保護(hù)電機(jī)做了相應(yīng)的過載設(shè)定。當(dāng)然即使不設(shè)定變頻器的輸出能力還是有限的，有些性能優(yōu)良的變頻器就可以直接驅(qū)動伺服電機(jī)！

3．還有交流伺服和交流變頻的區(qū)別其實(shí)只在于控制指標(biāo)，包括穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能。

但電機(jī)大體上與同步電機(jī)差不多，只是控制方法不同），它的特點(diǎn)是同步，就是說，當(dāng)控制電機(jī)定子磁場的強(qiáng)度和矢量方向后，外力是難以改變轉(zhuǎn)子（動子）的相對位置的，在額定力矩以內(nèi)，無論外力怎樣變化，轉(zhuǎn)子都會自動產(chǎn)生一個回歸力，一旦擾動撤消，轉(zhuǎn)子矢量即回歸原位。變頻器不然，電機(jī)轉(zhuǎn)子對定子的相對位置沒有記憶，擾動后不能回位。即使加裝位置傳感器做位置閉環(huán)，變頻器仍不能和伺服相比。原因是，在位置-速度-力矩三閉環(huán)中，變頻器實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)指標(biāo)比伺服差多了。不過，現(xiàn)在新出來的普通異步電機(jī)的伺服控制方案中，采用磁場行波控制，異步電機(jī)伺服控制也不是難事，指標(biāo)也很高。不過驅(qū)動器已經(jīng)不是樓主說的普通變頻器或者矢量變頻器了

再說動態(tài)指標(biāo)：當(dāng)伺服系統(tǒng)（通常以速度閉環(huán)來舉例）速度環(huán)給定一個正弦波信號，則電機(jī)的速度也應(yīng)以正弦規(guī)律變化。

4．還有一點(diǎn)，就是通用伺服與專用伺服的區(qū)別

數(shù)控專用伺服是一功率后級伺服.伺服驅(qū)動的很多部分已和數(shù)控系統(tǒng)做成一體,其發(fā)出的信號已是PWM信號,裝在外部的驅(qū)動部分只是一電源及功率放大器而已.而通用型伺服卻不同,其各種回路(如位置,速度,電流)及運(yùn)算全做在驅(qū)動器里.包括電機(jī)的參數(shù).

實(shí)際應(yīng)用上的區(qū)別吧:專用伺服的參數(shù)調(diào)試一般是在數(shù)控系統(tǒng)里調(diào)試,而通用型伺服需要在伺服驅(qū)動器上調(diào)試.

專用型伺服電機(jī)部分編碼器反饋是直接接回數(shù)控系統(tǒng)的(因外部只是一電源及放大器而已),而通用型伺服卻必需接回驅(qū)動器部分.

專用型伺服電機(jī)編碼器線數(shù)很多是上百萬線的,可通用型的卻差遠(yuǎn)了,一般也就是2500及17BIT(上百萬用得到嗎？誰能接受得來呀?)

在高速高精的機(jī)床應(yīng)用場合,非得用專用型伺服及數(shù)控不可,臺灣及國產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)加通用型伺服可做不了(至少現(xiàn)在不行).當(dāng)然便宜多了.東西不在于有多高端,而在于你應(yīng)用于什么場合嘛.不過在數(shù)控行業(yè),使用專用型伺服是一種趨勢.

三．執(zhí)行元件電機(jī)方面

1．步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較

步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運(yùn)動控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。

1．1控制精度不同

兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6°、1.8°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.09°；德國百格拉公司（BERGERLAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動器每接收217=131072個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。

1.2低頻特性不同

步進(jìn)電機(jī)在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細(xì)分技術(shù)等。

交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。

1.3矩頻特性不同

步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。

1.4過載能力不同

步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。

1.5運(yùn)行性能不同

步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。

1.6速度響應(yīng)性能不同

步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。

綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。

2.0交流伺服系統(tǒng)的分類

交流伺服系統(tǒng)根據(jù)其處理信號的方式不同，可以分為模擬式伺服、數(shù)字模擬混合式伺服和全數(shù)字式伺服；如果按照使用的伺服電動機(jī)的種類不同，又可分為兩種：一種是用永磁同步伺服電動機(jī)構(gòu)成的伺服系統(tǒng)，包括方波永磁同步電動機(jī)（無刷直流機(jī)）伺服系統(tǒng)和正弦波永磁同步電動機(jī)伺服系統(tǒng)；另一種是用鼠籠型異步電動機(jī)構(gòu)成的伺服系統(tǒng)。二者的不同之處在于永磁同步電動機(jī)伺服系統(tǒng)中需要采用磁極位置傳感器而感應(yīng)電動機(jī)伺服系統(tǒng)中含有滑差頻率計算部分。若采用微處理器軟件實(shí)現(xiàn)伺服控制，可以使永磁同步伺服電動機(jī)和鼠籠型異步伺服電動機(jī)使用同一套伺服放大器。

2．交流伺服電機(jī)與直流司服電機(jī)的區(qū)別：

直流司服電機(jī)的繞組在轉(zhuǎn)子上，電流方波進(jìn)行控制；交流司服電機(jī)繞組在定子上，由正玄波控制。但他們都是永磁體提供磁場。交流伺服要好一些，因?yàn)槭钦也刂?，轉(zhuǎn)矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便宜。

3．司服電機(jī)與普通電機(jī)的區(qū)別：

伺服電動機(jī)作為自動控制系統(tǒng)中跟隨控制信號的執(zhí)行元件，因此又稱為“執(zhí)行電動機(jī)”。伺服器對電機(jī)的作用就是提供一個電壓大小可控，電壓相位與勵磁電壓相差90度電角度的控制電壓信號。

伺服電動機(jī)與普通異步電機(jī)的最大區(qū)別是轉(zhuǎn)子電阻比較大，大到使發(fā)生最大電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率Sm>1。其具體原理如下：

伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)際上與普通兩相交流異步電動機(jī)沒有什么區(qū)別。伺服電動機(jī)的定子有兩相相差120度電角度的交流繞組，分別稱為勵磁繞組和控制繞組，其轉(zhuǎn)子就是普通的籠型異步電動機(jī)的鼠籠繞組。使用時，勵磁繞組接單相交流電，在氣隙產(chǎn)生脈振磁場，轉(zhuǎn)子繞組不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)不工作。當(dāng)控制繞組接上相位與勵磁繞組相差90度電角度的交流電時，電動機(jī)的氣隙便有旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動。當(dāng)控制繞組的控制電壓信號撤除后，如果是普通電機(jī)，由于轉(zhuǎn)子電阻較小，（根據(jù)雙旋轉(zhuǎn)理論）脈振磁場分解的兩個旋轉(zhuǎn)磁場各自產(chǎn)生的機(jī)械特性的合成結(jié)果是產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩大于零。因此，電機(jī)轉(zhuǎn)子仍然保持轉(zhuǎn)動，不能停止。而伺服電動機(jī)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，且大到使發(fā)生最大電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率Sm>1。脈振磁場分解的兩個旋轉(zhuǎn)磁場各自產(chǎn)生的機(jī)械特性的合成結(jié)果是產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩小于零，也就是產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩是制動轉(zhuǎn)矩，電機(jī)將在這個制動轉(zhuǎn)矩作用下將很快停止轉(zhuǎn)動。

FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC功能的妙用

FANUC數(shù)控系統(tǒng)以其高質(zhì)量、低成本、高性能,得到了廣大用戶的認(rèn)可,在我公司得到了大量的使用,就其系統(tǒng)本身而言,經(jīng)受了連續(xù)長時間的工作考驗(yàn),故障率較低。而故障多發(fā)于外圍行程、限位開關(guān)等外圍信號檢測電路上。

在實(shí)際工作中,了解和熟悉FANUC系統(tǒng)豐富的操作功能,對外圍故障的判斷和排除有著事半功倍的作用。

在這里,舉例談一下使用FANUC系統(tǒng)內(nèi)嵌的強(qiáng)大、易用的PMC功能對外圍故障的快速判斷和排除。

功能1

操作方法:按功能鍵|SYSTEM|切換屏幕→按|PMC|軟鍵,再按相應(yīng)的軟鍵,便可分別進(jìn)入|PMCLAD|梯形圖程序顯示功能、|PMCDGN|PMC的I/0信號及內(nèi)部繼電器顯示功能、|PMCPRM|PMC參數(shù)和顯示功能。

應(yīng)用實(shí)例:本公司的一臺日本立式加工中心使用FANUC18i系統(tǒng),報警內(nèi)容是2086ABNORMALPALLETCONTACT(M/CSIDE),查閱機(jī)床說明書,意思是“加工區(qū)側(cè)托盤著座異常",檢測信號的PMC地址是X6.2。該加工中心的APC機(jī)構(gòu)是雙托盤大轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)交換式,觀察加工區(qū)內(nèi)堆積了大量的鋁屑,所以判斷是托盤底部堆積了鋁屑,以至托盤底座氣檢無法通過。但此時報警無法消除,不能對機(jī)床作任何的操作。在FANUC系統(tǒng)的梯形圖編程語言中規(guī)定,要在屏幕上顯示某一條報警信息,要將對應(yīng)的信息顯示請求位(A線圈)置為"1",如果置為"0"，則清除相應(yīng)的信息。也就是說,要消除這個報警,就必須使與之對應(yīng)的信息顯示請求位(A),置為"0"。按|PMCDGN|→|STATUS|進(jìn)入信號狀態(tài)顯示屏幕,查找為"1"的信息顯示請求位(A）時,查得A10.5為"1"。于是,進(jìn)入梯形圖程序顯示屏幕|PMCLAD|,查找A10.5置位為"1"的梯形圖回路,發(fā)現(xiàn)其置位條件中使用了一個保持繼電器的K9.1常閉點(diǎn),此時狀態(tài)為"0"。查閱機(jī)床維修說明書,K9.1的含義是:置"1"為托盤底座檢測無效。

故障排除過程:在MDI狀態(tài)下,用功能鍵|OFFSETSETTING|切換屏幕,按|SETTING|鍵將"參數(shù)寫人"設(shè)為"1",再回到|PMCPRM|屏幕下,按|KEEPRL|軟鍵進(jìn)入保持型繼電器屏幕,將K9.1置位為1"。按報警解除按鈕,這時可使A10.5置為"0",便可對機(jī)床進(jìn)行操作。將大轉(zhuǎn)臺抬起旋轉(zhuǎn)45度,拆開護(hù)板,果然有鋁屑堆積,于是將托盤底部的鋁屑清理干凈。將K9.1和"參數(shù)寫人"設(shè)回原來的值"0"。多次進(jìn)行APC操作,再無此報警,故障排除。

功能2

在FANUC系統(tǒng)的梯形圖編程語言中,F是來自NC側(cè)的輸入信號(NC→PMC),而G是由PMC輸出到NC的信號(PMC→NC)。其中,G130是PMC輸出到NC側(cè)的各軸互鎖信號,當(dāng)其中某一位被置為"1"時,允許對應(yīng)的伺服軸移動；為"0"時,禁止對應(yīng)的伺服軸移動。

應(yīng)用實(shí)例:一國產(chǎn)加工專機(jī)使用FANUC21M系統(tǒng),執(zhí)行原點(diǎn)返回的NC程序時,當(dāng)執(zhí)行到"G91G28GOOZO;"時,Z軸無動作,CNC狀態(tài)欄顯示為"MEMSTRTMTN***",即Z軸移動指令已發(fā)出。用功能鍵|MESSAGE|切換屏幕,并無報警信息。用功能鍵|SYSTEM|切換屏幕,按“診斷”軟鍵,這時005(INTERLOCK/START-LOCK)為"1",即有伺服軸進(jìn)入了互鎖狀態(tài)。

故障排除過程:進(jìn)入梯形圖程序顯示功能屏幕,發(fā)現(xiàn)與Z軸對應(yīng)的互鎖信號G130.0的狀態(tài)為"0",即互鎖信號被輸入至NC,檢查其互鎖原因,發(fā)現(xiàn)是一傳感器被鋁屑污染。擦拭后,將G130.0置為"1",互鎖解除,重新啟動原點(diǎn)返回的NC程序,動作正常,故障排除。

功能3

PMC中的眼蹤功能(TRACE)是一個可檢查信號變化的履歷,記錄信號連續(xù)變化的狀態(tài),特別對一些偶發(fā)性的、特殊故障的查找、定位起著重要的作用。用功能鍵|SYSTEM|切換屏幕,按|PMC|軟鍵→|PMCDGN|→{TRACE|即可進(jìn)入信號跟蹤屏幕。

應(yīng)用實(shí)例:某國產(chǎn)加工中心使用的是FANUCOi系統(tǒng)。在自動加工過程,NC程序偶爾無故停止,上件端托盤已裝夾好的夾爪自動打開(不正?，F(xiàn)象),CNC狀態(tài)欄顯示MEMSTOP***,此時無任何報警信息,檢查診斷畫面,并未發(fā)現(xiàn)異常,按NC啟動便可繼續(xù)加工。經(jīng)觀察,CNC都是在執(zhí)行M06(換刀)時停止,主要動作是ATC手臂旋轉(zhuǎn)和主軸(液壓)松開/拉緊刀具。

故障排除過程:使用梯形圖顯示功能,追查上件側(cè)的托盤夾爪(Y25.1)置為"1"的原因(估計與在自動加工過程,偶爾無故停止故障有關(guān))。經(jīng)查,懷疑與一加工區(qū)側(cè)托盤夾緊的檢測液壓壓力開關(guān)(X1007.4)有關(guān)。于是,使用|TRACE|信號跟蹤功能,在自動加工過程中,監(jiān)視X1007.4的變化情況。當(dāng)NC再次在M06執(zhí)行時停止,在|TRACE|屏幕上,跟蹤到X1007.4在CNC無故停止時的一個采樣周期從原來的狀態(tài)"1"跳轉(zhuǎn)為"0",再變回"1",從而確認(rèn)該壓力開關(guān)有問題。調(diào)整此開關(guān)動作壓力,但故障依舊。于是將此開關(guān)更換,故障排除。事后分析,引起這個故障原因是主軸松開/夾緊工具時,液壓系統(tǒng)壓力有所波動(在合理的波動范圍內(nèi)),而此壓力開關(guān)作出了反應(yīng)以致造成在自動加工過程中,NC程序偶爾無故停止的故障。