1、變頻器與數(shù)控車床的連接,FANUC 0i/0i Mate主軸驅(qū)動(dòng)裝置 主軸系統(tǒng)主要由主軸驅(qū)動(dòng)裝置及主軸電動(dòng)機(jī)組成。FANUC 0i/0i Mate數(shù)控裝置提供了模擬主軸和串行主軸（Spindle analog output/Spindle serial output）接口供用戶選擇。 用模擬量控制的主軸驅(qū)動(dòng)單元（如變頻器）和電動(dòng)機(jī)稱為模擬主軸，主軸模擬輸出接口只能控制一個(gè)模擬主軸，當(dāng)用戶選擇模擬主軸時(shí)，一般選用通用變頻器作為主軸驅(qū)動(dòng)裝置。按串行方式傳送數(shù)據(jù)（CNC給主軸電動(dòng)機(jī)的指令）的接口稱為串行輸出接口；主軸串行輸出接口能夠控制兩個(gè)串行主軸，當(dāng)用戶選擇串行主軸時(shí)，必須使用FANUC 0i/0

2、i Mate數(shù)控系統(tǒng)提供了SPM系列專用主軸驅(qū)動(dòng)裝置。,系統(tǒng)與主軸相關(guān)的系統(tǒng)接口有： JA40：模擬量主軸的速度信號(hào)接口（010V），CNC輸出的速度信號(hào)（0-10V）與變頻器的模擬量頻率設(shè)定端連接，控制主軸電機(jī)的運(yùn)行速度。 JA7A：串行主軸/主軸位置編碼器信號(hào)接口，當(dāng)主軸為串行主軸時(shí)，與主軸變頻器的JA7B連接，實(shí)現(xiàn)主軸模塊與CNC系統(tǒng)的信息傳遞；當(dāng)主軸為模擬量主軸時(shí)，該接口又是主軸位置編碼的主軸位置反饋接口。,Fanuc 0i主軸連接示意圖,數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)裝置,模擬量主軸驅(qū)動(dòng)裝置（變頻器）,串行數(shù)字主軸驅(qū)動(dòng)裝置,通用變頻器,所謂“通用”包含著兩方面的含義：一是可以和通用的籠型異步配套應(yīng)

3、用；二是具有多種可供選擇的功能，可應(yīng)用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。 值得注意的是，變頻器的冷卻方式都采用風(fēng)扇強(qiáng)迫冷卻。如果通風(fēng)不良，器件的溫度將會(huì)升高，有時(shí)即使變頻器并沒有跳閘，但器件的使用壽命已經(jīng)下降。所以，應(yīng)注意冷卻風(fēng)扇的運(yùn)行狀況是否正常，經(jīng)常清拭濾網(wǎng)和散熱器的風(fēng)道，以保證變頻器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 變頻器的工作原理 交流異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位： n60 f(1s)/p (1) 式中n異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； f異步電動(dòng)機(jī)的頻率； s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變

4、頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。,變頻器的構(gòu)成實(shí)用原理框圖,1,4,3,2,5,6,7,8,適用于小功率（5.5KW),適用于中大功率(5.5KW以上）,變頻器的構(gòu)成實(shí)用原理框圖,變頻器的構(gòu)成實(shí)用原理框圖,變頻器的構(gòu)成控制回路接口,以上端子均可自由編程,變頻器的構(gòu)成用戶接口,主回路接口,控制回路接口 模擬量輸入 模擬量輸出 通訊接口,控制回路接口 開關(guān)量輸入 開關(guān)量輸出 編碼器接口,變頻器的構(gòu)成主回路接口,工頻電網(wǎng)輸入 380V 3PH/220V 3PH 220V 1PH,制動(dòng)電阻,直流電抗器,三相交流電機(jī),M ,變頻器保護(hù)功能,由于變頻器大

5、量的使用了各種半導(dǎo)體器件，如整流橋、IGBT、電解電容等， 要想保證變頻器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，則必須保證各器件工作在其允許條件下。 超出條件則必須立刻或延時(shí)停止變頻器工作，待異常條件消失后才能重 新開始工作，如保護(hù)失效或動(dòng)作延遲將導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)不可恢復(fù)性損害。,變頻器的選型,正確的把握變頻器驅(qū)動(dòng)的機(jī)械負(fù)載對(duì)象的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性，是選擇電動(dòng)機(jī)及變頻器容量、決定其控制方式的基礎(chǔ)。 機(jī)械負(fù)載包羅萬(wàn)象，但歸納其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性，主要有以下三大類： 1、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載； 2、平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載； 3、恒功率負(fù)載：機(jī)床主軸等；,驅(qū)動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,驅(qū)動(dòng)平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載,驅(qū)動(dòng)恒功率負(fù)載,驅(qū)動(dòng)四象限運(yùn)行的負(fù)載,驅(qū)動(dòng)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載,驅(qū)動(dòng)沖擊負(fù)載

6、,驅(qū)動(dòng)大慣性負(fù)載,驅(qū)動(dòng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備,驅(qū)動(dòng)大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載,變頻器的安裝環(huán)境,1、環(huán)境溫度：-1040攝氏度(-2060儲(chǔ)存) 2、環(huán)境濕度：2090%RH，無(wú)結(jié)露 3、振動(dòng)：5.9m/s(0.6G) 4、氣體雜質(zhì)：無(wú)腐蝕性、爆炸性氣體，無(wú)金 屬粉塵，少塵埃 5、海拔高度：1000m，否則要降額使用,變頻器的距離,變頻器的安裝,1、變頻器與電動(dòng)機(jī)的距離,2、變頻器與控制室的距離,1、采用電壓信號(hào)（010V） 使用屏蔽電纜，也只能在2030m； 用雙絞線距離更短。 2、采用電流信號(hào)（420mA） 用屏蔽電纜，可達(dá)80100m。 3、用RS232通訊口 距離限制在1520m以內(nèi)。 4、采用RS485

7、通訊口 距離可達(dá)1200m（波特率為9600bps）。,變頻器的接線,1、動(dòng)力電源線與控制信號(hào)線要分開（最好有 10cm以上的間隔）或垂直交叉。 2、對(duì)主回路配線前應(yīng)檢查電纜的線徑是否符合要求。 3、信號(hào)線必須用屏蔽線或雙絞線。 4、在連線時(shí)特別注意模擬信號(hào)線的極性。 5、使用智能輸出端子控制外接繼電器時(shí)，要 在繼電器線圈兩端加裝浪涌吸收二極管。,電機(jī)的變頻器應(yīng)用總體方案,HMI(控制面板),運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),I/ O 端 口,編碼器,位置反饋,機(jī) 床 本 體,CNC,變頻器接線圖,接線說明：FANUC系統(tǒng)控制變頻器正轉(zhuǎn)SF，反轉(zhuǎn)SR，模擬量輸入VRC-GND，和故障輸出端子Tc,Tb，故障復(fù)位端

8、子RST。X1端子控制點(diǎn)動(dòng)，OUT1端子為頻率到達(dá)信號(hào)輸出端，外接中間繼電器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。 注意控制信號(hào)的抗干擾處理！,模擬主軸連接,FANUC 0i/0i Mate數(shù)控系統(tǒng)的綜合連接,FANUC 0i數(shù) 控硬件裝置I/O單 元視圖及其 接口信號(hào)的 定義,SPM系列專用主軸驅(qū)動(dòng)裝置 數(shù)控系統(tǒng)中的主軸驅(qū)動(dòng)裝置主要用于控制驅(qū)動(dòng)加工中心中的主軸電動(dòng)機(jī)。 FANUC的系列主軸模塊主要分為SPM、SPMC、SPMHV三種。 1）系列FANUC 0i主軸驅(qū)動(dòng)裝置的型號(hào)參數(shù) 主軸驅(qū)動(dòng)裝置的型號(hào)參數(shù)如下所示。 SPM口口口 主軸驅(qū)動(dòng)裝置型號(hào)； 電動(dòng)機(jī)類型，“無(wú)”為系列，C為C系列； 額定輸出功率； 輸入電壓，

9、“無(wú)”為200 V，HV為400 V。,串行主軸連接,Link:DC300V直流電源 CX1A/CX1B:200V交流控制電路的電源輸入/輸出接口。 CX2A/CX2B:24V輸入/輸出及急停信號(hào)接口。 JX4:主軸伺服信號(hào)檢測(cè)板接口。 JX1A/JX1B:模塊之間信息輸入/輸出接口。 JY1:外接主軸負(fù)載表和速度表的接口。 JA7B:串行主軸輸入信號(hào)接口連接器。 JA7A:用于連接第二串行主軸的信號(hào)輸出接口。 JY2:連接主軸電動(dòng)機(jī)速度傳感器（主軸電機(jī)內(nèi)裝脈沖發(fā)生器和電機(jī)過熱信號(hào)）。 JY3:作為主軸位置一轉(zhuǎn)信號(hào)接口。 JY4:主軸獨(dú)立編碼器連接器（光電編碼器）。 JY5:主軸CS軸（回轉(zhuǎn)軸

10、）控制時(shí)，作為反饋信號(hào)接口。 U、V、W:主軸電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力電源接口。,FANUC系統(tǒng)系列主軸模塊的端子功能,DC Link：DC300V輸入，連接到電源模塊的直流電壓輸出,JA7B：主軸信息輸入信號(hào)，連接到CNC系統(tǒng)的JA7A,JY4：主軸位置和速度檢測(cè)信號(hào)，連接到主軸位置編碼器,CX2A：DC24V輸入接口 與電源模塊的CX2B相連,CX1A：交流200V電壓輸入連接到電源模塊的CX2B,JX1A：模塊之間信息接口連接到電源模塊的JX1B,JY2：主軸電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝傳感器信號(hào)及定子繞組溫度開關(guān)信號(hào),CX2B：DC24V輸出，連接到伺服模塊的CX2A,FANUC系統(tǒng)系列主軸模塊的連接,U、V、W：

11、連接到主軸電動(dòng)機(jī)，為動(dòng)力電源,i系列伺服放大器,FANUC 0i/0i Mate電源裝置 FANUC 0i/0i Mate 數(shù)控系統(tǒng)所用的交、直流電源，因數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜程度一般采用普通交、直流穩(wěn)壓開關(guān)電源和FANUC專用電源裝置。普通交、直流穩(wěn)壓開關(guān)電源造價(jià)低，接線簡(jiǎn)單，廣泛用于普通數(shù)控車、銑床；FANUC專用電源裝置則多用于加工中心。普通交、直流穩(wěn)壓開關(guān)電源原理、接線請(qǐng)讀者自行查閱資料。 FAUNC的系列專用電源裝置主要分為PSM、PSMR、PSMHV、PSMVHV四種，輸入電壓分為交流200 V和交流400 V兩種。,電源裝置作用,一、隔離： 、安全隔離：強(qiáng)電弱電隔離IGBT隔離驅(qū)動(dòng)浪涌隔

12、離保護(hù)雷電隔離保護(hù)（如人體接觸的隔離保護(hù)） 、噪聲隔離：（模擬電路與數(shù)字電路隔離、強(qiáng)弱信號(hào)隔離） 、接地環(huán)路消除：遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸分布式電源供電系統(tǒng) 二、保護(hù)： 短路保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、其它保護(hù) 三、電壓變換： 升壓變換降壓變換交直流轉(zhuǎn)換（AC/DC、DC/AC）極性變換四、穩(wěn)壓： 交流市電供電遠(yuǎn)程直流供電分布式電源供電系統(tǒng)電池供電 五、降噪： 有源濾波,（1）系列專用電源裝置的型號(hào)參數(shù) 專用電源裝置的型號(hào)參數(shù)如下所示： PSM口口口 電源裝置型號(hào)； 制動(dòng)形式，“無(wú)”為再生制動(dòng)，R：能耗制動(dòng)，V：電壓轉(zhuǎn)換型再生制動(dòng)，C：電容制動(dòng)； 額定輸出功率； 輸入電壓，“無(wú)”為200 V，HV

13、為400 V。 （2）專用電源裝置接口信號(hào)的定義 PSM電源裝置接口信號(hào)的定義如下圖,PSM電源裝置接口信號(hào)的定義,系列電源模塊與主軸模塊實(shí)際連接圖,FANUC 0i/0i Mate數(shù)控系統(tǒng)的綜合連接,加工中心結(jié)構(gòu),電氣箱：機(jī)臺(tái)電路的控制中心,由NC控制器、電源供應(yīng)器、主軸放大器、伺服放大器、強(qiáng)電板、轉(zhuǎn)接板、小變壓器等等元?dú)饧M成,加工中心結(jié)構(gòu),NC控制器：類似于電腦的主機(jī)，可進(jìn)行處理、計(jì)算、轉(zhuǎn)換、輸入輸出各種信號(hào)，以及存儲(chǔ)系統(tǒng)資料、用戶資料等等,FANUC,加工中心結(jié)構(gòu),電源模塊 ：過程 先將3相220V的交流電源，整流為2相300V直流電源，然后再將300V直流電源通過短接銅片傳輸給下一個(gè)

14、伺服單元 。（提供伺服驅(qū)動(dòng)電源及工作電源）,加工中心結(jié)構(gòu),伺服放大器 ： 通過伺服馬達(dá)編碼的脈沖信號(hào)經(jīng)伺服放大器放大轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值信號(hào)，再經(jīng)由NC控制器處理，然后再由放大器又轉(zhuǎn)為脈沖信號(hào)，以達(dá)到控制伺服軸運(yùn)動(dòng)的裝置,FANUC,加工中心結(jié)構(gòu),手 輪 ： 用于慢速控制軸向移動(dòng)的裝置,最小移動(dòng)單位是0.001mm。,加工中心結(jié)構(gòu),主軸馬達(dá) ：受主軸放大器控制,來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)的功能,加工中心結(jié)構(gòu),伺服馬達(dá) ：受伺服放大器控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)伺服軸X、Y、Z、B軸移動(dòng)的功能,主軸定位主軸定向,1、主軸定位（Spindle positioning） 這是車床主軸的一種工作方式（位置控制方式），用FANUC主軸電動(dòng)

15、機(jī)和裝在主軸上的位置編碼器實(shí)現(xiàn)固定角度間隔的圓周上的定位或主軸任意角度的定位。 2、主軸定向（Orientation） 為了執(zhí)行主軸定位或者換刀，必須將機(jī)床主軸在回轉(zhuǎn)的圓周方向定位與于某一轉(zhuǎn)角上，作為動(dòng)作的基準(zhǔn)點(diǎn)。CNC的這一功能就稱為主軸定向。FANUC系統(tǒng)提供了以下3種方法：用位置編碼器定向、用磁性傳感器定向、用外部一轉(zhuǎn)信號(hào)（如接近開關(guān)）定向。,數(shù)控系統(tǒng)一般均提供4擋自動(dòng)變速功能，而數(shù)控機(jī)床通常使用兩檔即可滿足要求。在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)設(shè)置M41M44四檔對(duì)應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速后，即可用M41M44指令控制齒輪自動(dòng)換擋?？刂七^程中，數(shù)控系統(tǒng)將根據(jù)當(dāng)前S指令值，自動(dòng)判斷檔位，向PLC輸出相應(yīng)的M41M4

16、4指令，由PLC控制變換齒輪位置，數(shù)控裝置同時(shí)輸出相應(yīng)的模擬電壓或數(shù)字信號(hào)設(shè)定對(duì)應(yīng)的速度。 例如M41對(duì)應(yīng)的最高主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min,M42對(duì)應(yīng)的最高主軸轉(zhuǎn)速為3500r/min,主軸電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為3500r/min.當(dāng)S指令在01000r/min單位內(nèi)時(shí),M41對(duì)應(yīng)的齒輪嚙合;當(dāng)S指令在10003500r/min范圍內(nèi)時(shí),M42對(duì)應(yīng)齒輪嚙合.M42對(duì)應(yīng)的齒輪傳動(dòng)比為1:1,M41對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比為1:3.5,此時(shí)主軸輸出的最大轉(zhuǎn)矩為主軸電動(dòng)機(jī)最大輸出的最大轉(zhuǎn)矩的3.5倍.不同機(jī)床主軸變擋所用的方式不同,控制具體實(shí)現(xiàn)可由可編程控制器完成.目前常采用液壓撥叉或電磁離合器帶動(dòng)不同齒輪的嚙合

17、. 對(duì)變速時(shí)出現(xiàn)的頂齒現(xiàn)象,現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)均采用由數(shù)控系統(tǒng)控制主軸電動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)的方法,實(shí)現(xiàn)齒輪的順利嚙合.而變擋時(shí)主軸電動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)的速度可在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)中設(shè)定.,自動(dòng)變擋控制,自動(dòng)變速動(dòng)作控制時(shí)序圖,M代碼輸出M選通M代碼確認(rèn)M代碼執(zhí)行主軸蠕動(dòng) 換擋完成轉(zhuǎn)速設(shè)定,1 當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)讀到有擋變化的S指令時(shí),輸出響應(yīng)的M代碼(M41M44),代碼由BCD碼輸出或由而進(jìn)制輸出(由數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)確定),輸出信號(hào)送至可編程控制器. 2 50ms后,CNC發(fā)出M選通信號(hào)M strobe,指示可編程控制器讀取并執(zhí)行M代碼,選通信號(hào)持續(xù)100ms。保證50ms后讀取是為了使M代碼穩(wěn)定，保證讀取得數(shù)

18、據(jù)正確。 3 可編程控制器接受到M strobe信號(hào)后，立即使M完成信號(hào)無(wú)效，通知數(shù)控系統(tǒng)M代碼正在執(zhí)行。 4 可編程控制器開始對(duì)M代碼進(jìn)行譯碼，并執(zhí)行相應(yīng)的變擋控制邏輯。 5 M代碼輸出200ms后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)置輸出一定的主軸蠕動(dòng)量，使主軸慢速轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)，以解決齒輪頂齒問題。 6 可編程控制器完成變速后，置M完成信號(hào)有效，通知數(shù)控系統(tǒng)變擋工作已經(jīng)完成。 7 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)置的每擋主軸最高轉(zhuǎn)速，自動(dòng)輸出新的模擬電壓使主軸轉(zhuǎn)速為給定的S值,主軸準(zhǔn)?？刂?主軸準(zhǔn)停功能指控制主軸準(zhǔn)確停在固定位置的功能，又稱為主軸定位功能，是數(shù)控加工過程中自動(dòng)換刀所必需的功能。在自動(dòng)換刀的鏜、銑加工中心上

19、，切削扭矩通常是通過刀桿的端面鍵傳遞的，因此，要求主軸具有準(zhǔn)確的定位于圓周特定角度的功能（見圖5.6）；當(dāng)加工階梯孔或精鏜孔后退刀時(shí)，為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工過的孔表面，必須先讓刀，再退刀。即使讓刀，刀具也必須能夠準(zhǔn)確定位。,主軸準(zhǔn)停控制,主軸準(zhǔn)停功能分為機(jī)械準(zhǔn)停和電氣準(zhǔn)停。 機(jī)械準(zhǔn)停：,端面螺旋凸輪準(zhǔn)停裝置 1主軸 2定位滾子 3凸輪 4活塞桿 5液壓缸,在主軸1上固定有一個(gè)定位滾子2，主軸上空套有一個(gè)雙向端面凸輪3，該凸輪和液壓缸5中活塞桿4相連接，當(dāng)活塞帶動(dòng)凸輪3向下移動(dòng)時(shí)（不轉(zhuǎn)動(dòng)），通過撥動(dòng)定位滾子2并帶動(dòng)主軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)定位銷落入端面凸輪的V形槽內(nèi)，便完成了主軸準(zhǔn)停。因?yàn)?/p>

20、是雙向端面凸輪，所以能從兩個(gè)方向撥動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停。這種雙向端面凸輪準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)，動(dòng)作迅速可靠，但是凸輪制造較復(fù)雜。,采用磁傳感器準(zhǔn)停時(shí)，接受到數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來(lái)的準(zhǔn)停開關(guān)量信號(hào)ORT，主軸立即加速或減速至某一準(zhǔn)停速度（可在主軸驅(qū)動(dòng)裝置中設(shè)定）。主軸到達(dá)準(zhǔn)停速度且準(zhǔn)停位置到達(dá)時(shí)（即磁發(fā)體與磁傳感器對(duì)準(zhǔn)），主軸即減速至某一爬行速度（可在主軸驅(qū)動(dòng)位置中設(shè)定）。然后當(dāng)磁傳感器信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，主軸驅(qū)動(dòng)立即進(jìn)入磁傳感器作為反饋元件的閉環(huán)控制，目標(biāo)位置即為準(zhǔn)停位置。準(zhǔn)停完成后，主軸驅(qū)動(dòng)裝置輸出準(zhǔn)停完成ORE停號(hào)給數(shù)控系統(tǒng)，從而可進(jìn)行自動(dòng)換刀（ATC）或其他動(dòng)作。,電氣準(zhǔn)停,1）磁傳感器準(zhǔn)停,磁傳感器主軸準(zhǔn)?？刂朴芍鬏S驅(qū)動(dòng)自身完成。當(dāng)執(zhí)行M19時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)只需發(fā)出準(zhǔn)停起動(dòng)命令ORT，主軸驅(qū)動(dòng)完成準(zhǔn)