第8章 典型数控系统电气控制硬件连接

第8章典型数控系统电气控制硬件连接•8.1FANUC0i/0iMate数控系统电气控制硬件连接•8.2SIEMENS数控系统电气控制硬件连接•思考题与习题第8章典型数控系统电气控制硬件连接第8章典型数控系统电气控制硬件连接8.1FANUC0i/0iMate数控系统电气控制硬件连接•第8章典型数控系统电气控制硬件连接国外典型的数控系统有日本的FANUC数控系统，德国的SIEMENS数控系统等；国内的有华中数控系统等。其中FANUC数控系统有0系列、11系列等多个系列，而FANUC0系列应用最为广泛。FANUC0系列包括FANUC0i与FANUC0imate两种系统。二者的主要区别在于，首先使用的电机不同；其次，轴数不同；第三加工精度不同；第四FANUC0i有很多特殊功能可供选择，而FANUC0imate则基本没有。所以如果要求不高时，可使用0i-mate系统，如果要求高则要选择0i数控系统。第8章典型数控系统电气控制硬件连接8.1.1FANUC0i/0iMate硬件连接简要说明1．FANUC0i/0iMate数控装置数控系统通常指数控装置、进给伺服系统、主轴系统、电源系统等的总和。数控装置是数控系统的核心、大脑。（1）FANUC0i/0iMate数控装置的基本组成FANUC0i数控装置由主控制单元和I／0单元两个部分构成；FANUC0iMate数控装置则把主控制单元和I／O单元合而为一。主控制单主要包括CPU、内存(系列软件、宏程序、梯形图、各类参数等)、PMC控制、I／OLINK控制、伺服控制、主轴控制、内存卡I／F、LED显示等。I／O单元主要包括电源、I／0接口、通信接口、MDI控制、显示控制、手摇脉冲发生器控制和高速串行总线等。（2）FANUC0i/0iMate数控装置主控单元接口信号的定义FANUC0i/0iMate-TC主面板及主控单元前视图如图8-1所示，图8-2为其后视图及其接口信号的定义。第8章典型数控系统电气控制硬件连接图8-1FANUC0i/0iMate-TC主面板及主控单元前视图第8章典型数控系统电气控制硬件连接图8-2FANUC0i/0iMateTC主控单元后视图及其接口信号的定义第8章典型数控系统电气控制硬件连接（3）FANUC0i数控装置I/O单元接口信号的定义FANUC0i数控装置I/O单元视图及其接口信号的定义如图8-3所示。2．FANUC0i/0iMate进给伺服驱动装置进给伺服系统主要由各轴进给伺服驱动装置及其伺服电动机组成。伺服驱动装置接受从主控制单元发出的进给速度和位移指令信号，作一定的转换和放大后，驱动伺服电电动机，从而通过机械传动机构，驱动机床的执行部件实现精确的工作进给和快速移动。FANUC的α系列伺服驱动装置主要分为SVM、SVM—HV两种，其中SVM型的一个驱动装置最多可带三个伺服轴，而SVM—HV型的一个单独驱动装置最多可带两个伺服轴。而且根据不同的CNC装置使用不同的接口类型。第8章典型数控系统电气控制硬件连接（1）FANUC伺服驱动装置的型号参数伺服驱动装置的型号参数如下所示。SVM口-口／口／口口①②③④⑤⑥①型号②轴数，1：1轴伺服；2：2轴伺服；3：3轴伺服③第一轴最大电流；④第二轴最大电流；⑤第三轴最大电流；⑥输入电压，“无”=200V，HV=400V。(2)SVM1-20伺服驱动装置接口信号的定义SVM1-20伺服驱动装置接口信号的定义如图8－4所示。第8章典型数控系统电气控制硬件连接图8-3FANUC0i数控装置I/O单元视图及其接口信号的定义第8章典型数控系统电气控制硬件连接3．FANUC0i/0iMate主轴驱动装置主轴系统主要由主轴驱动装置及主轴电动机组成。FANUC0i/0iMate数控装置提供了模拟主轴和串行主轴接口供用户选择。当用户选择模拟主轴时，一般选用通用变频器作为主轴驱动装置；当用户选择串行主轴时，FANUC0i/0iMate数控系统提供了SPM系列专用主轴驱动装置。（1）以三菱FR-S500为例的通用变频器各端子功能如图8－5所示。其它通用变频器端子功能大同小异。变频器控制端子说明：STF：正转启动。当STF信号ON时为正转，OFF时为停止指令。STR：反转启动。当STR信号ON时为反转，OFF时为停止指令。第8章典型数控系统电气控制硬件连接图8－4SVM1-20伺服驱动装置接口信号的定义第8章典型数控系统电气控制硬件连接RH、RM、RL：多段数选择。可根据端子RH、RM、RL信号的短路组合，进行多段速度的选择。根据输入端子功能的选择（Pr.60—Pr.63）可改变端子的功能。SD：接点（端子STF、STR、RH、RM、RL）输入的公共端子。10：频率设定用电源，DC5V，允许负荷电流为10mA。2：频率设定（电压信号）。输入DC0~5V（0~10V）时，输出成比例：输入5V（10V）时，输出为最高频率。5V/10V切换用Pr.73“0—5V，0—10V选择”进行。5：频率设定公共输入端。FR-S500变频器的有关设置参数请仔细阅读《FR-S500变频器使用手册》的有关内容。第8章典型数控系统电气控制硬件连接（2）SPM系列专用主轴驱动装置数控系统中的主轴驱动装置主要用于控制驱动加工中心中的主轴电动机。FANUC的α系列主轴模块主要分为SPM、SPMC、SPM－HV三种。1）α系列FANUC0i主轴驱动装置的型号参数主轴驱动装置的型号参数如下所示。SPM口－口口①②③④①主轴驱动装置型号；②电动机类型，“无”为α系列，C为αC系列；③额定输出功率；④输入电压，“无”为200V，HV为400V。2）SPM-15主轴驱动装置接口信号的定义SPM-15主轴驱动装置接口信号的定义如图8－6所示。第8章典型数控系统电气控制硬件连接4.FANUC0i/0iMate电源装置FANUC0i/0iMate数控系统所用的交、直流电源，因数控机床的复杂程度一般采用普通交、直流稳压开关电源和FANUC专用电源装置。普通交、直流稳压开关电源造价低，接线简单，广泛用于普通数控车、铣床；FANUC专用电源装置则多用于加工中心。普通交、直流稳压开关电源原理、接线请读者自行查阅资料，这里就不介绍了。FAUNC的α系列专用电源装置主要分为PSM、PSMR、PSM—HV、PSMV—HV四种，输入电压分为交流200V和交流400V两种。第8章典型数控系统电气控制硬件连接（1）α系列专用电源装置的型号参数专用电源装置的型号参数如下所示：PSM口－口口①②③④①电源装置型号；②制动形式，“无”为再生制动，R：能耗制动，V：电压转换型再生制动，C：电容制动；③额定输出功率；④输入电压，“无”为200V，HV为400V。（2）专用电源装置接口信号的定义PSM电源装置接口信号的定义如图8－7所示。第8章典型数控系统电气控制硬件连接图8-5FR-S500变频器接线端子说明第8章典型数控系统电气控制硬件连接图8－6SPM-15主轴驱动装置接口信号的定义第8章典型数控系统电气控制硬件连接图8－7PSM电源装置接口信号的定义第8章典型数控系统电气控制硬件连接5.FANUC0i/0iMate数控系统的综合连接FANUC0i/0iMate数控系统的综合连接图及其I/OLINK如图8－8、如图8－9所示。第8章典型数控系统电气控制硬件连接图8－8FANUC0i/0iMate数控系统的综合连接第8章典型数控系统电气控制硬件连接图8－9I/OLINK连接第8章典型数控系统电气控制硬件连接8.1.2CKA6150数控车床电气控制分析1.CKA6150数控车床简介不同制造厂商制造的CKA6150数控车床选用FANUCOTD，FANUCOi-MATETC，FANUCOi-TA，FANUCOi-TB、安川J50L、SIEMENS802D，FAGOR8025T，FAGOR8055T等世界知名公司的数控系统。本例CKA6150数控车床采用FANUCOi-MATE数控装置；三菱变频器主轴变速；SVM1-20进给驱动装置等数控系统。该机床为万能型通用产品。特别适合于军工、汽车、拖拉机、冶金等行业的机械加工。主要承担各种轴类及盘类零件的半精加工及精加工。可加工内、外圆柱面、锥面、车削螺纹、镗孔、铰孔以及各种曲线回转体，可对工件可进行多次重复循环加工。第8章典型数控系统电气控制硬件连接基本配置：（1）机床采用卧式平床身结构，床身及床腿采用树脂砂铸造，时效处理，导轨采用高频淬火，整体刚性强。（2）主传动采用变频电机，可实现手动三档，档内无级调速。（3）进给系统采用伺服电机，精密滚珠丝杠，高刚性精密复合轴承结构。定位准确、传动效率高。（4）配置立式四工位刀架。（5）配有独立的集中润滑器对床鞍及机床滑板进行自动润滑。主轴箱配有独立润滑系统。（6）机床配有独立的冷却系统。（7）主控制系统为FANUCOi-MATE。（8）大孔径主轴，其主轴通孔直径Φ82，能通过较大直径的棒料。主轴扭矩大，刚性强，可强力切削。第8章典型数控系统电气控制硬件连接（9）独立放置的操纵箱可纵向滑移，便于操作者就近对刀，操纵箱面板采用触摸式按键，美观可靠。（10）配有内冷却，不抬起刀架更有利于加工工件及防止冷却液飞溅。（11）床鞍及滑板导轨结合面采用“贴塑”处理，移动部件可实现微量进给，防止爬行。2．CKA6150数控车床电气系统简述CKA6150数控卧式车床的电气控制系统是由CNC主控制装置、交流伺服驱动系统、主轴系统、强电控制部分等构成。CNC主控制装置以及伺服驱动装置，采用日本FANUC公司的产品，使机床性能价格比十分优越；主轴系统采用日本三菱变频器主轴变速，方便灵活。机床电气控制系统框图如图8-10所示。第8章典型数控系统电气控制硬件连接(1)机床电气容量及要求电源总容量：24KVA满载电流：34A电源总熔断电流：40A防护等级：IP54(2)机床电气主要技术要求机床供电电源要求采用三相四线制，380V50Hz交流电。三根相线（Ll，L2，L3）和一根中性线(N)均从电柜底部引入电气柜内电盘上的主接线板Ll，L2，L3和PE端子上，出厂前PE和N端子已联接，只要将供电电源中性线接在PE端上即可。供电电源的电缆或电线的截面积应采用不小于6mm2导电率高的铜线。保护地线还必须与机床所设置的专用接地螺钉牢固、可靠地连接，接地电阻R10Ω。如有三相五线制的用户，应把供电电源引接在端子上，将接线板上的PE和N的连线分开，分别接在五线制中的PE和N端子上。第8章典型数控系统电气控制硬件连接电网电压：交流380V(±10%)电网频率：50Hz（±1Hz）工作环境温度：5～40度相对湿度：25°时80%（3）机床电气的构成1）数控系统CNC日本FANUC公司：FANUCOiMATETC2）伺服驱动装置及伺服电动机X轴：B-SVM1-20伺服驱动装置B8/3000iS伺服电动机Z轴：B-SVM1-20伺服驱动装置B8/3000iS伺服电动机本伺服电动机配有绝对值编码器，在加工过程中有断电保护功能。．第8章典型数控系统电气控制硬件连接X轴：理论最大进给速度8m/min。Z轴：理论最大进给速度12m/min。3）强电控制单元主轴电动机M1：7.5KW1000r/min变频电动机。刀台电动机M2：0.18KW1500r/min润滑电动机M3：0.09KW1400r/min冷却电动机M4：0.12KW2900r/min控制变压器TC1：交流380V/220V/24V/26V/28V630VA。主要为控制回路和冷却风扇提供220V电源；为整流桥提供26V交流电源；为稳压电源GS1提供220V交流输入稳压电源GS1：为控制回路提供稳定的220V交流。第8章典型数控系统电气控制硬件连接控制变压器TC2：交流380V/220V2200VA。主要为稳压电源GS2、伺服驱动装置和伺服电动机提供220V交流。稳压电源GS2：主要为CNC装置、LCD/MDI、I/OLINK、PLCI/O、伺服驱动装置等提供24V稳定的直流电源。接触器构成该车床电气输出执行元件；继电器构成该车