1、變頻器與數控車床的連接,FANUC 0i/0i Mate主軸驅動裝置 主軸系統(tǒng)主要由主軸驅動裝置及主軸電動機組成。FANUC 0i/0i Mate數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動單元（如變頻器）和電動機稱為模擬主軸，主軸模擬輸出接口只能控制一個模擬主軸，當用戶選擇模擬主軸時，一般選用通用變頻器作為主軸驅動裝置。按串行方式傳送數據（CNC給主軸電動機的指令）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串行主軸，當用戶選擇串行主軸時，必須使用FANUC 0i/0

2、i Mate數控系統(tǒng)提供了SPM系列專用主軸驅動裝置。,系統(tǒng)與主軸相關的系統(tǒng)接口有： JA40：模擬量主軸的速度信號接口（010V），CNC輸出的速度信號（0-10V）與變頻器的模擬量頻率設定端連接，控制主軸電機的運行速度。 JA7A：串行主軸/主軸位置編碼器信號接口，當主軸為串行主軸時，與主軸變頻器的JA7B連接，實現主軸模塊與CNC系統(tǒng)的信息傳遞；當主軸為模擬量主軸時，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,數控機床主軸驅動裝置,模擬量主軸驅動裝置（變頻器）,串行數字主軸驅動裝置,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

3、用；二是具有多種可供選擇的功能，可應用于各種不同性質的負載。 值得注意的是，變頻器的冷卻方式都采用風扇強迫冷卻。如果通風不良，器件的溫度將會升高，有時即使變頻器并沒有跳閘，但器件的使用壽命已經下降。所以，應注意冷卻風扇的運行狀況是否正常，經常清拭濾網和散熱器的風道，以保證變頻器的正常運轉。 變頻器的工作原理 交流異步電動機的同步轉速表達式位： n60 f(1s)/p (1) 式中n異步電動機的轉速； f異步電動機的頻率； s電動機轉差率； p電動機極對數。 由式(1)可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在050Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。變

4、頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。,變頻器的構成實用原理框圖,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）,變頻器的構成實用原理框圖,變頻器的構成實用原理框圖,變頻器的構成控制回路接口,以上端子均可自由編程,變頻器的構成用戶接口,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 開關量輸入 開關量輸出 編碼器接口,變頻器的構成主回路接口,工頻電網輸入 380V 3PH/220V 3PH 220V 1PH,制動電阻,直流電抗器,三相交流電機,M ,變頻器保護功能,由于變頻器大

5、量的使用了各種半導體器件，如整流橋、IGBT、電解電容等， 要想保證變頻器長期穩(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，如保護失效或動作延遲將導致變頻器出現不可恢復性損害。,變頻器的選型,正確的把握變頻器驅動的機械負載對象的轉速轉矩特性，是選擇電動機及變頻器容量、決定其控制方式的基礎。 機械負載包羅萬象，但歸納其轉速轉矩特性，主要有以下三大類： 1、恒轉矩負載； 2、平方轉矩負載； 3、恒功率負載：機床主軸等；,驅動恒轉矩負載,驅動平方轉矩負載,驅動恒功率負載,驅動四象限運行的負載,驅動脈動轉矩負載,驅動沖擊負載

6、,驅動大慣性負載,驅動高速運轉的設備,驅動大起動轉矩負載,變頻器的安裝環(huán)境,1、環(huán)境溫度：-1040攝氏度(-2060儲存) 2、環(huán)境濕度：2090%RH，無結露 3、振動：5.9m/s(0.6G) 4、氣體雜質：無腐蝕性、爆炸性氣體，無金 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、變頻器與電動機的距離,2、變頻器與控制室的距離,1、采用電壓信號（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（420mA） 用屏蔽電纜，可達80100m。 3、用RS232通訊口 距離限制在1520m以內。 4、采用RS485

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

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

9、“無”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/輸出及急停信號接口。 JX4:主軸伺服信號檢測板接口。 JX1A/JX1B:模塊之間信息輸入/輸出接口。 JY1:外接主軸負載表和速度表的接口。 JA7B:串行主軸輸入信號接口連接器。 JA7A:用于連接第二串行主軸的信號輸出接口。 JY2:連接主軸電動機速度傳感器（主軸電機內裝脈沖發(fā)生器和電機過熱信號）。 JY3:作為主軸位置一轉信號接口。 JY4:主軸獨立編碼器連接器（光電編碼器）。 JY5:主軸CS軸（回轉軸

10、）控制時，作為反饋信號接口。 U、V、W:主軸電動機的動力電源接口。,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，連接到CNC系統(tǒng)的JA7A,JY4：主軸位置和速度檢測信號，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：主軸電動機內裝傳感器信號及定子繞組溫度開關信號,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、連接到主軸電動機，為動力電源,i系列伺服放大器,FANUC 0i/0i Mate電源裝置 FANUC 0i/0i Mate 數控系統(tǒng)所用的交、直流電源，因數控機床的復雜程度一般采用普通交、直流穩(wěn)壓開關電源和FANUC專用電源裝置。普通交、直流穩(wěn)壓開關電源造價低，接線簡單，廣泛用于普通數控車、銑床；FANUC專用電源裝置則多用于加工中心。普通交、直流穩(wěn)壓開關電源原理、接線請讀者自行查閱資料。 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：強電弱電隔離IGBT隔離驅動浪涌隔

12、離保護雷電隔離保護（如人體接觸的隔離保護） 、噪聲隔離：（模擬電路與數字電路隔離、強弱信號隔離） 、接地環(huán)路消除：遠程信號傳輸分布式電源供電系統(tǒng) 二、保護： 短路保護、過壓保護、欠壓保護、過流保護、其它保護 三、電壓變換： 升壓變換降壓變換交直流轉換（AC/DC、DC/AC）極性變換四、穩(wěn)壓： 交流市電供電遠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參數 專用電源裝置的型號參數如下所示： PSM口口口 電源裝置型號； 制動形式，“無”為再生制動，R：能耗制動，V：電壓轉換型再生制動，C：電容制動； 額定輸出功率； 輸入電壓，“無”為200 V，HV

13、為400 V。 （2）專用電源裝置接口信號的定義 PSM電源裝置接口信號的定義如下圖,PSM電源裝置接口信號的定義,系列電源模塊與主軸模塊實際連接圖,FANUC 0i/0i Mate數控系統(tǒng)的綜合連接,加工中心結構,電氣箱：機臺電路的控制中心,由NC控制器、電源供應器、主軸放大器、伺服放大器、強電板、轉接板、小變壓器等等元氣件組成,加工中心結構,NC控制器：類似于電腦的主機，可進行處理、計算、轉換、輸入輸出各種信號，以及存儲系統(tǒng)資料、用戶資料等等,FANUC,加工中心結構,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

14、伺服單元 。（提供伺服驅動電源及工作電源）,加工中心結構,伺服放大器 ： 通過伺服馬達編碼的脈沖信號經伺服放大器放大轉變?yōu)閿抵敌盘?，再經由NC控制器處理，然后再由放大器又轉為脈沖信號，以達到控制伺服軸運動的裝置,FANUC,加工中心結構,手 輪 ： 用于慢速控制軸向移動的裝置,最小移動單位是0.001mm。,加工中心結構,主軸馬達 ：受主軸放大器控制,來實現主軸正反轉的功能,加工中心結構,伺服馬達 ：受伺服放大器控制，來實現伺服軸X、Y、Z、B軸移動的功能,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

15、機和裝在主軸上的位置編碼器實現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，必須將機床主軸在回轉的圓周方向定位與于某一轉角上，作為動作的基準點。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、用外部一轉信號（如接近開關）定向。,數控系統(tǒng)一般均提供4擋自動變速功能，而數控機床通常使用兩檔即可滿足要求。在數控系統(tǒng)參數區(qū)設置M41M44四檔對應的最高轉速后，即可用M41M44指令控制齒輪自動換擋?？刂七^程中，數控系統(tǒng)將根據當前S指令值，自動判斷檔位，向PLC輸出相應的M41M4

16、4指令，由PLC控制變換齒輪位置，數控裝置同時輸出相應的模擬電壓或數字信號設定對應的速度。 例如M41對應的最高主軸轉速為1000r/min,M42對應的最高主軸轉速為3500r/min,主軸電動機的最高轉速為3500r/min.當S指令在01000r/min單位內時,M41對應的齒輪嚙合;當S指令在10003500r/min范圍內時,M42對應齒輪嚙合.M42對應的齒輪傳動比為1:1,M41對應的傳動比為1:3.5,此時主軸輸出的最大轉矩為主軸電動機最大輸出的最大轉矩的3.5倍.不同機床主軸變擋所用的方式不同,控制具體實現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不同齒輪的嚙合

17、. 對變速時出現的頂齒現象,現代數控系統(tǒng)均采用由數控系統(tǒng)控制主軸電動機低速轉動或振動的方法,實現齒輪的順利嚙合.而變擋時主軸電動機低速轉動或振動的速度可在數控系統(tǒng)參數區(qū)中設定.,自動變擋控制,自動變速動作控制時序圖,M代碼輸出M選通M代碼確認M代碼執(zhí)行主軸蠕動 換擋完成轉速設定,1 當數控系統(tǒng)讀到有擋變化的S指令時,輸出響應的M代碼(M41M44),代碼由BCD碼輸出或由而進制輸出(由數控系統(tǒng)的參數確定),輸出信號送至可編程控制器. 2 50ms后,CNC發(fā)出M選通信號M strobe,指示可編程控制器讀取并執(zhí)行M代碼,選通信號持續(xù)100ms。保證50ms后讀取是為了使M代碼穩(wěn)定，保證讀取得數

18、據正確。 3 可編程控制器接受到M strobe信號后，立即使M完成信號無效，通知數控系統(tǒng)M代碼正在執(zhí)行。 4 可編程控制器開始對M代碼進行譯碼，并執(zhí)行相應的變擋控制邏輯。 5 M代碼輸出200ms后，數控系統(tǒng)根據參數設置輸出一定的主軸蠕動量，使主軸慢速轉動或振動，以解決齒輪頂齒問題。 6 可編程控制器完成變速后，置M完成信號有效，通知數控系統(tǒng)變擋工作已經完成。 7 數控系統(tǒng)根據參數設置的每擋主軸最高轉速，自動輸出新的模擬電壓使主軸轉速為給定的S值,主軸準?？刂?主軸準停功能指控制主軸準確停在固定位置的功能，又稱為主軸定位功能，是數控加工過程中自動換刀所必需的功能。在自動換刀的鏜、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，要求主軸具有準確的定位于圓周特定角度的功能（見圖5.6）；當加工階梯孔或精鏜孔后退刀時，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，刀具也必須能夠準確定位。,主軸準?？刂?主軸準停功能分為機械準停和電氣準停。 機械準停：,端面螺旋凸輪準停裝置 1主軸 2定位滾子 3凸輪 4活塞桿 5液壓缸,在主軸1上固定有一個定位滾子2，主軸上空套有一個雙向端面凸輪3，該凸輪和液壓缸5中活塞桿4相連接，當活塞帶動凸輪3向下移動時（不轉動），通過撥動定位滾子2并帶動主軸承轉動，當定位銷落入端面凸輪的V形槽內，便完成了主軸準停。因為

20、是雙向端面凸輪，所以能從兩個方向撥動主軸轉動以實現準停。這種雙向端面凸輪準停機構，動作迅速可靠，但是凸輪制造較復雜。,采用磁傳感器準停時，接受到數控系統(tǒng)發(fā)來的準停開關量信號ORT，主軸立即加速或減速至某一準停速度（可在主軸驅動裝置中設定）。主軸到達準停速度且準停位置到達時（即磁發(fā)體與磁傳感器對準），主軸即減速至某一爬行速度（可在主軸驅動位置中設定）。然后當磁傳感器信號出現時，主軸驅動立即進入磁傳感器作為反饋元件的閉環(huán)控制，目標位置即為準停位置。準停完成后，主軸驅動裝置輸出準停完成ORE停號給數控系統(tǒng)，從而可進行自動換刀（ATC）或其他動作。,電氣準停,1）磁傳感器準停,磁傳感器主軸準?？刂朴芍鬏S驅動自身完成。當執(zhí)行M19時，數控系統(tǒng)只需發(fā)出準停起動命令ORT，主軸驅動完成準停后會向數控系統(tǒng)回答完成信號ORE，然后數控系統(tǒng)再進行下面的工作。,