② 主轴控制
控制主轴的启动、停止及正反转。 ③ 坐标轴控制
控制坐标轴的伺服驱动及限位开关等。 ④ 换刀控制
实现对程序换刀的控制。 ⑤ 冷却控制
实现程序控制冷却的启动、停止。 ⑥ 润滑控制 实现定时润滑的控制。
2.3 用PLC实现车床电气控制系统的功能
从本质来讲，基于PLC 的机床电气控制系统对机床的控制思路仍然与继电器-接触器控制系统是一致的。只是在控制手段上采用了先进的控制设备。
PLC 控制系统其优点在于根据加工工艺要求的不同相应的修改程序就可以实现。车床电气控制系统属于广泛的应用系统，不针对特殊的加工工艺，因此PLC 内部的程序只需要相对每个控制按钮发出的信号，做出相应的动作即可。
通过PLC 来实现车床电气控制系统的各项功能，需要将各种控制和检测信号通过按钮和检测元件输入PLC，再通过PLC 内部程序的运算将结果输出到各种执行设备，完成电气控制系统对于车床的控制。每个功能的输入信号，都可以通过控制面板上的按钮进行操作，输出则可以通过接触器、电磁阀等执行机构完成。基于PLC 的车床电气控制系统功能分解如图2-1。
X轴Z轴起停
主轴起停调速
夹具松开夹紧 换刀按钮 冷却液起停 接触器 变频器 PLC 电动刀架 指示灯 接触器 图2-1 PLC 车床控制系统分解图
2.4 利用PLC代替继电器--接触器控制方式的优越性
⑴ 可维护性好 采用PLC进行控制后, 由于采用了专用芯片及集成电路，
提高了集成度，减少了元器件数量，机床控制电路的接线量大为减少，故障率大大降低。可维护性好，基本上无需维护。
⑵ 可靠性高 PLC的平均无故障工作时间高达300000 h（约34.2年），所以其可靠性高。而采用继电器--接触器控制机床的控制则因为存在大量机械触点，工作电压和工作电流较大，可靠性较差。
⑶ 提高机床柔性 当机床加工程序发生变化时,只需要修改PLC的程序就
可以进行新的加工,更改较方便,机床的柔性很好。
⑷ 效价比高 交流接触器的额定寿命约为800～1600h，远低于PLC，
再考虑到因更换坏掉的接触器所耽误的工时，从经济性的角度来看，用PLC也是很合算的（PLC价格与I/O点数成正比，而机床所要用的I/O点数并不多）。
⑸ 可联网通信 由于PLC具有通信功能,采用可编程控制器进行机床改造
后,可以与其它智能设备联网通信,在今后的进一步技术改造升级中,可根据需要联入工厂自动化网络中，提高工厂自动化水平。
第3章 CK9930数控车床电气控制分析
数控车床主要用于轴类、盘类零件的加工,能自动完成外围柱面、内孔、锥面、圆弧面、螺纹等工序的粗细加工,并能在圆柱面或端面上进行铣槽、钻孔、铰孔等工作,可以实现回转体零件在预先加工好定位基面后,一次装夹下完成从毛坯到成品的全部工序. 因此,能够极大地提高生产率。
3.1 车床主要结构和运动形式
CK9930数控车床是为两轴车床。床身最大工件回转直径300mm，最大工件长度500mm，刀架上最大工件回转直径140mm，外型尺寸1100 mm×580 mm×580 mm。其结构主要有床身、主轴变速箱、床鞍、卡盘、刀架、丝杠和尾架等组成。其中，床身是一个整体的铸件。刀架通过床鞍安置在床身的导轨上。
CK9930数控车床的运动形式有：
⑴ 主运动：工件的旋转运动，是主轴通过卡盘带动工件旋转的运动形式。 ⑵ 进给运动：刀架的横向或纵向的直线运动。
3.2 车床对电气控制的要求
车床工艺范围广，因而它的调速范围大、运动多。其对电气控制的要求有： ①为适应各种工件加工工艺的要求，主轴应能在一定范围内调速，采用交流电动机驱动的齿轮变速系统。
②由于采用齿轮变速，为防止出现顶齿现象，要求主轴系统变速时作低速断续冲动。
③要求主轴能够实现正反转。
④电路应有必要的保护和联锁的措施。
3.3 车床的电气控制电路分析
CK9930数控车床的电气原理图如图3-1所示。
电源开关L1N1LNQ1Q2KM3D3
3P 630V0.56uF 100ΩD2L2主轴电动机D4D4N2D3~1MKM4D3D1D2D2N2D4L255V1KM255C55AT1L155V255B(25A)FU1 ~55V~220V步进电机驱动器55BN1B1B1A1A1AC55VB2B2A2A2PERUN1FUSEDIV STEPPOWERRUN2B2B1A2A1B2B1A2A1步进电机XN1轴步进电机Z轴~220VL1T2220A(8A)FU4220E~220V220BKM2102KM1SB2KM1200ΩW5RA1108107KM20.1uFKM2W6KM4109RA3103RA4200Ω104KM30.1uF200KM3110RA4105RA3ΩKM40.1uF106E1200Ω0.1uF220A1KM1∞∞E2至电路图220B12正转主轴电动机反转进给步进电动机隔离变压器控制电源步进电机电源正转主轴控制反转电器柜风扇
直流电源FUSE（5A）－+－+220B1220A1电源滤波器~220VNoise Filter220A2220B2W3~24V24V2W2~12VFU3 (8A)24V124VFU2 (2A)VSRA1201RA2207RA3RA4T3VP至主控电路板（转换为5V直流并输出至行程开关）RA2SB1206Y20X33Y21Y22X32ENBOX31X30RA1100100100RA2100SB1100附加开关量：（X输入，低电平有效）X30——急停 X31——继电器RA2闭合X32——继电器RA1闭合（ENBO——步进驱动器使能）X33——206超程解除（Y输出，低电平有效）Y20——在X33有效情况下，闭合继电器RA1，ENBO使能Y21——闭合继电器RA3，主轴正转Y22——闭合继电器RA4，主轴反转说明：1. ENBO为ENB1和ENB2连接在一起的引出端 2. RA3与RA4 形成互锁电路，控制主轴电机正反转
图3-1 CK9930数控车床电气原理图
3.3.1 主电路分析
将三相电源经空气断路器Q1和Q2引入，单相电容运转主轴电动机M1用接触器KM3和KM4形成的互锁电路控制正反转。变压器T1为X轴、Z轴步进电机驱动器提供AC55V供电电源；变压器T2为强电控制电路提供AC220V电源；变压器T3和整流电路为弱电控制电路和主控电路板提供DC24V供电电源。
3.3.2控制电路分析 （1）启动过程
启动时，合上Q1，引入三相电源。按下启动按钮SB2，接触器KM1
线圈通电吸合，则KM1的主触头闭合，电动机接通电源直接启动运行。与此同时，在超程解除（X33）有效状况下闭合继电器RA2，且使X31有效（控制器收
基于PLC的数控车床电气控制系统设计
