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第1页第一章FUNAC-OiMateTD实训台简介FUNAC-OiMateTD实训系统主要由一台控制演示台和一台数控车床组成，如图2-1所示：图1-1FUNAC-ioMateTD系统实训台的组成部分有显示与控制模块，数控系统模块，主轴变频器模块，I/O输入输出模块，伺服模块，电源输出模块，换刀装置。1.1、CNC模块FANUC-0i-MateTD的控制轴数为2轴。CNC模块包括CNC单元、LCD单元、MDI单元。CNC单元为FANUC-0i-MateTD的中央控制器，CNC单元内部包括电源单元、坐标轴控制卡、显示控制卡（显卡）、CPU卡、FROM/SROM、模拟主轴选件、PMC等基本组件。LCD是8.4英寸彩色，其为MDI/LCD/CNC集成式结构。MDI单元的机床操作台的布局是键盘水平布置。如图1-1所示为CNC模块。第2页图1-1CNC模块1.2、I/O单元模块I/O模块（POWERI/OMODULES）将cnc控制器、分布式I/O模块、机床操作面板连接起来，在各设备间高速传送I/O信号（位数据）I/O接口JD51A插座位于主板上，I/O点数最多可达1024/1024点，用来连接I/O模块的的插座分别叫做JD1A和JD1B，CE56和CE57为连接X1、X2的输出接口，对所有单元（具有第3页I/O模块功能）来说，总览总是从一个单元的JD1A连接到下一单元的JD1B。如图1-2所示：图1-2I/O接口1.3主轴变频器模块变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。实训系统配备的MITSUBISHIFR-D720S系列0~0.75KW变频器。如图1-3所示：第4页图1-3变频器1.4伺服驱动单元模块伺服驱动器按照其控制对象由外到内分为位置环、速度环和电流环，相应伺服驱动器也就可以工作在位置控制模式、速度控制模式和力矩控制模式。端子接口功能：L1、L2、L3:主电源输入接口，三相交流电源220V、50/60Hz。U、V、W：伺服电动机的动力线接口。DCC、DCP：外接DC制动电阻接口。CX29：MCC控制信号接口。CX30：急停信号接口。CXA20：DC制动电阻过热信号接口。CX19A：DC24V控制电路电源输入接口，连接外部24V稳压电源。CX19B:DC24V控制电路电源输出接口，连接下一个伺服单元的CX19A。型号：50Hz/60Hz240v6.8Abisv203-ph200V-240V8.0A1-ph220V-240V8.0A。如图1-4所示：第5页图1-4伺服驱动器1.5电器模块电器模块包括：电源模块、主轴模块、伺服模块、接触器，断路器、继电器、浪涌吸收器、24V电源模块、变压器，I/O模块等。一、断路器电源接线端子L、N、PE接入，过漏保护开关（QF0）后接入个电源回路中。在漏电保护开关后的线路中，装有7个断路器（QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6、QF7）如图1-5-1所示。第6页图1-5-1断路器二、接触器接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来导通控制回路。主接点一般是常开接点，而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点。实验中用到5个接触器（KM1、KM2、KM3、KM4、KM5）如图1-5-2所示。图1-5-2接触器三、继电器该实验中用到5个继电器（KA1、KA2、KA3、KA4、KA5）如图1-5-3所示。继电器用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。第7页它用于在控制电路中传递中间信号。继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。图1-5-3继电器四、220V变压器1个220V的变压器，如图1-5-4所示。该实验装置使用单相交流220V电源接线，所有强电都安装在电气柜内。AC220单相电源通过漏电保护开关QF1和接触器KM1，使主轴变频器之用；AC220V单相电源通过空气开关QF4、接触器KM1、变压器和整流滤波器转换成DC24V电源，供步进驱动器做电源用；AC220V单相电源通过空气开关QF1/QF7和接触器KM4/KM5使刀架换位电机正转、反转。第8页图1-5-4220V变压器五、24V稳压电源此实验用到1个DC24V开关电源，如图1-5-5所示。能将不稳定的的直流电源变换为稳定的24V直流电源输出。具有输入过压、输出过流、过温、输出短路等自动保护功能，并在故障消除后恢复正常工作。图2-5-524V稳压电源第9页第二章数控机床电气系统的连接2.1、电气接线标准1、满足系统的用户对供电可靠性和电能质量的要求：衡量主接线的可靠性应从以下几个方面考虑：(1)断路器检修时是否影响供电。(2)设备或线路故障或检修时，停电线路数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对主要用户供电。(3)有没有使发电厂和变电站全部停止工作的可能性。2、具有一定的灵活性：主接线不仅在正常情况下能根据调度的要求灵活的改变运行方式，而且能在各种故障和设备检修时，能尽快退出设备、切除故障，停电时间最短、影响范围最小，并且保证人员的安全。3、操作力求简单方便：主接线应简单清晰、操作方便。复杂的接线不利于操作，还往往造成误操作而发生事故：但接线过于简单，又给运行带来不便或造成不必要的停电。4、经济上应合理：在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，主接线应节省基建投资和减少年运行费用。5、有发展和扩建的可能：除满足以上技术经济条件要求外，还应有发展和扩建的可能，以适应电力工业的不断发展。电气主接线一般按母线分类，常用的形式分为有母线和无母线两大类。有母线的主接线形式包括单母线和双母线。单母线又分为单母线无分段、单母线有分段、单母线分段带旁路母线等形式；双母线又分为单断路器双母线、双断路器双母线、双母线分段、二分之三断路器(也称一个半断路器接线)双母线及带旁路母线的双母线等多种形式。无母线的主接线形式主要有单元接线、扩大单元接线、桥形接线和多角形接线等。第10页接线标准电气接线颜色标准如下表1所示CE标准美国标准国内标准动力线三相全为黑色三相为红黑棕三相为黄绿红控制零线蓝色白色黑色控制火线红色红色红色地线黄绿绿色黄绿24V+(24v)黄色黄色黄色24V-(GND)浅蓝色浅蓝色浅蓝色2.2机床启动电气控制如图3-所示，为主电源电气回路24V电气回路。工作方式：当电源线接好，接通SA1，闭合QF0,机床上电，通过QF4和TC2输出220V的电源到开关电源，将其转换成24V直流电源，一路接到伺服控制电源输入接口，一路接到数控系统主机和I/O模块的24V直流电源输入接口，并且为机床信号指示灯和中间继电器线圈提供电源。表1电气接线颜色标准第11页图2-2电源电气回路2.3主轴电气控制如图2-3所示，主轴电气回路变频器引脚连接图。数控系统主机的JA40接口输出模拟电压接入变频器，变频器的主电源由一第12页根动力线和接地线接入，通过QF6和继电器KM3的主触点接入变频器的L1/L2/N接口,并由U、V、W接口输出，接到主轴电机。SD为公共端，输出24V直流电源，通过KA3接入STF实现正转，通过KA4接入STR实现反转。A、B、C为异常信号输出端。继电器主触点KM3由线圈KM3控制，线圈KM3由中间继电器KA控制，并接入220V电路。中间继电器KA2、KA3、KA4的线圈如图所示接入PLC,由PLC控制。图2-3主轴电气回路2.4伺服电气控制伺服电气回路,如图2-4所示。工作方式：X、Z轴伺服驱动器的控制电源由开关电源输出的24V电源通过伺服驱动器的CXAA19B接口接入，主电源动力线通过QF2和TC1转换为200V的电源通过继电器KM2连接伺服驱动的L1、L2、L3接口输入到伺服驱动器。同时通过QF3,继电器KM1并联一个浪涌吸收器，并引出两根线接入主电源MCC控制信号接口。伺服驱动器的U、V、W、PE接口输出电源到X轴电机。伺服驱动器的第13页接口JF1连接X轴的电机反馈。继电器KM1的主触点由线圈KM1控制，线圈KM1由中间继电器KA1控制，中间继电器KA1的触点和线圈接入如图所示的电路起到互锁的作用。2-4伺服电气回路伺服引脚连接图2.5刀架电气控制如图2-5所示为刀架电气控制回路。数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤：(1)刀架抬起(2)刀架转位3)刀架压紧(4)转位液压缸复位。第14页图2-5刀架电气控制回路2.6FANUCOi—MateTD与外围设备的连接RS-SX-Oi系统从外形上分为内装式和分离式两种，两种形式的硬件组成是一样的。本机床系统采用的是内装式，而控制单元外围硬件连接如图2-6所示：第15页图2-6外围硬件连接图CPI电源插座。该插座用于为系统提供DC24V电源。串行主轴或位置编码器插座JA41。I/OLink插座JD44A,FANUC系统的I/OLink是一个串行接口，该插座为PMC的输入，输出点，它将CNC、单元控制器、分布式I/O、机床操作面板或PowerMate连接起来，并且在各设备间高速传送I/O信号。模拟主轴或高速跳转插座JA40，用于给定模拟主轴伺服单元或变频器模拟电压。I/O接口装置插座，有两个接口JD36A、COP10A-2.与伺服放大器的连接，控制单元侧插座COP10A-1、COP10A-2。在CNC控制单元和伺服放大器之间只用一根光缆连接，与控制轴数无关。在控制单元侧，COP10A插头安装在主板的伺服卡上。光缆从控制单元侧的COP10A连接到伺服放大器的COP10B，伺服放大器之间采用级联连接。2.7线路检查1.检查24V电源的连接第16页确认CNC的24V电源是否正常，CNC系统24VDC的容量最好5A以上。确认I/O模块的24V电源连接、IO接口信号确认有无短路现象；2.检查I/O-Link的连接和手轮的连接a）如果配有分线盘式I/O，检查C001/C002/C003的连接扁平电缆，方向不要搞错。b）对于长距离的传输，由于需要采用光I/O-link适配器和光缆配合进行传输，故两端采用的I/O-link，电缆和普通短距离的I/O-link电缆不同（含5V驱动电源），确认其型号（A03B-0807-k803，如果连接不当，PMC将出现ER97报警，普通的I/O-link电缆型号为A02B-0120-K842），确认JD51A-JD1B（或JD1A-JD1B）插座的连接方式（保证B进A出的原则，最后一个I/O模块的JD1A口空置），下图为一个连接范例：3．检查强电柜动力电源线的连接：检查与PSM模块的接线，包括空气开关、接触器、电抗器;第17页检查CX3与MCC接线；检查急停开关CX4的接线；检查电柜内各动力线端子、螺钉是否有松动、接线是否与设计一样。通电前，要确认总空气开关处于断开状态。4.检查主轴电机、伺服电机动力线及其反馈线连接的是否正确对于伺服电机，要着重检查动力线的相序（U/V/W相）是否正确、反馈线的插头与放大器的动力线是否一致，即：L/M–JF1/JF2。检查电机带制动抱闸接口的连线。对于主轴电机，检查电机动力线的相序（U/V/W相）是否正确，连接是否可靠。电机反馈的插头连接是否正确。5.检查电源模块（PSM），主轴放大器（SPM），伺服放大器（