FANUC_0i_Mate_数控系统主轴驱动的连接

FANUC 0i Mate 数控系统主轴驱动的连接

FANUC 0i Mate系统主轴控制可分为主轴串行输出/主轴模拟输出（Spindle serial output/Spindle analog output）。用模拟量控制的主轴驱动单元（如变频器）和电动机称为模拟主轴，主轴模拟输出接口只能控制一个模拟主轴。按串行方式传送数据（CNC给主轴电动机的指令）的接口称为串行输出接口；主轴串行输出接口能够控制两个串行主轴，必须使用FANUC的主轴驱动单元和电动机。

1、FANUC 0i MateC 数控系统模拟主轴的连接如下图：

图5-6 802C系统与变频器的连接

系统与主轴相关的系统接口有：

JA40：模拟量主轴的速度信号接口（0~10V），CNC输出的速度信号（0-10V）与变频器的模拟量频率设定端连接，控制主轴电机的运行速度。

JA7A：串行主轴/主轴位置编码器信号接口，当主轴为串行主轴时，与主轴变频器的JA7B连接，实现主轴模块与CNC系统的信息传递；当主轴为模拟量主轴时，该接口又是

主轴位置编码的主轴位置反馈接口。

2、FANUC Oi Mate主轴相关参数表5.7 FANUC Oi Mate主轴相关参数

1）FANUC 0i的模拟主轴设置和siemens802s/c的模拟主轴设置基本类似，也可以分为单极性主轴和双极性主轴。单/双极性主轴的设置首先通过CNC主轴参数3706#6、#7设置极性。

TCW、CWM为主轴速度输出时电压极性。

其次，通过变频器参数选择频率控制输入信号的类型，以FUJI FRENIC-Multi为例，设置F01为1。

F01，C30 分别是频率设定１，频率设定２

选择频率设定的设定方法。

?通过端子12 输入两极（DC0～±10V）的模拟电压时，请将功能代码C35 设置为0。C35 的数据为1 时仅DC0～+10V 有效，负极输入DC0～-10V 视为0(零)V。

?端子C1 通过接口印刷电路板上的开关SW7 和功能代码E5 的设定，可作为电流输入(C1 功能)或电压输入（V2 功能）使用。

?除了本设定以外，还有优先级较高的设定手段（通信、多段频率等）。有关详情，请参照「FRENIC-Multi 用户手册」。

2）参数NO.3735设定主轴电机最低箝制速度，参数NO.3736设定主轴电机最高箝制速度，设定数据的范围为：0～4095。

但是，主轴电机箝制速度的设定并不是一直有效的，如果指定了恒表面速度控制功能或GTT（NO.3706.＃4），这两个参数无效。在这种情况下，不能指定主轴电机的最大箝制速度。但是可以由参数NO.3772（第一轴）、NO.3802（第二轴）、NO.3822（第三轴）设定主轴最大速度。

3）数控机床一般采用手动换档和自动换档两种方式，前一种方式是在主轴停止后，根据所需要的主轴速度人工拨动机械档位至相应的速度范围；后者，首先执行S功能，检查所设定的主轴转速，然后根据所在的速度范围发出信号，一般采用液压方式换到相应的档位。所以在程序当中或使用MDI方式，S功能应该写在M3（M4）之前，在某些严格要求的场合，S指令要写在M3（M4）的前一行，使机床能够先判断、切换档位后启动主轴。对手动换档机床，当S功能设定的主轴速度和所在档位不一致时，M3（M4）若写在S功能前，可以看到主轴首先转动，然后立即停止，再报警的情况，这对机床有一定的伤害。因此，应注意书写格式。对每一个档位，都需要设置它的主轴最高转速，这是由参数NO.3741 、NO.3742、NO.3743和NO.3744（齿轮档1、2、3和4的主轴最高转速）所设定的，它们的数据单位是min-1，数据范围：0～32767。显然，参数的设置是和实际机床的齿轮变比有关系，当选定了齿轮组后，相应的参数也就能够设定了。如果M系选择了T型齿轮换档（恒表面速度控制或参数GTT（NO.3706#4）设定为1），还必须设定参数NO.3744。即使如此，刚性攻丝也只能用3档速度。档位的选择，由参数NO.3751（档1～档2切换点的主轴电机速度）、参数NO.3752（档2～档3切换点的主轴电机速度）决定，其数据范围：0～4095，其设定值为：

这两个参数的设定要考虑到主轴电机转速和扭矩。另外，要注意在攻丝循环时的档位切换有专用的参数：参数NO.3761（攻丝循环时档1～档2切换点的主轴电机速度）、参数NO.3762

（攻丝循环时档1～档2切换点的主轴电机速度），其数据单位：rpm，数据范围：0～32767。而不由参数NO.3751、NO.3752决定。

5)主轴速度到达信号SAR是CNC启动切削进给的输入信号。

该信号通常用于切削进给必须在主轴达到指定速度后方能启动的场合。

此时，用传感器检测主轴速度。所检测的速度通过PMC 送至CNC。

当用梯形图连续执行以上操作时，如果主轴速度改变指令和切削进给指令同时发出时，则CNC 系统会根据表示以前主轴状态（主轴速度改变前）的信号SAR，错误启动切削进给。为避免上述问题，在发出S指令和切削进给指令后，对SAR 信号进行延时监测。延迟时间由参数No.3740 设定。

使用SAR 信号时，需将参数No.3708 第0 位（SAR）设定为1。

当该功能使切削进给处于停止状态时，诊断画面上的No.06（主轴速度到达检测）保持为1。

5.6 串行数字控制的主轴驱动装置的连接

不同数控系统的串行数字控制的主轴驱动装置是不同的，下面以FANUC公司产品系列为例，说明主轴驱动装置的功能连接及设定、调整。

图5-7 Fanuc 0i主轴连接示意图

5.3.1 电源模块原理及作用(FANUC系统α系列)

图5-8 电源模块主电路

电源模块将L1、L2、L3输入的三相交流电（200V）整流、滤波成直流电（300V），为主轴驱动模块和伺服模块提供直流电源；200R、200S控制端输入的交流电转换成直流电（DC24V、DC5V），为电源模块本身提供控制回路电源；通过电源模块的逆块把电动机

的再生能量反馈到电网，实现回馈制动。

1、FANUC系统α系列电源模块的端子功能

图5-9 FANUC 的α系列的电源模块

①DC Link盒：直流电源（DC300V）输出端，该接口与主轴模块、伺服模块的直流输入端连接。

②状态指示窗口（ＳＴＡＴＵＳ）：

ＰＩＬ（绿色）表示电源模块控制电源工作

ＡＬＭ（红色）表示电源模块故障

－－表示电源模块未启动

ＯＯ表示电源模块启动就绪

＃＃表示电源模块报警信息

③ＣＸ１Ａ控制电路电源输入200V、3.5A

④ＣＸ１Ｂ：交流２００ｖ输出，该端口与主轴模块的

⑤ＣＸ２Ａ/ＣＸ２Ｂ：均为ＤＣ＋２４Ｖ输出

⑥直流母排电压显示（充电批示灯）：该指示灯完全熄灭后才能对模块电缆进行各种操作。

⑦JX1B：模块之间的连接接口。与下一个模块的接口JX1A相连。进行各模块之间的报警住处及使能信号的传递。最后一个模块的JX1B必须用短接盒（5、6）脚短接）将模块间的使能信号短接，否则系统报警。

⑧CX3：主电源MCC（常开点）控制信号接口。一般用于电源模块三相交流电源输入主接触器的控制。

⑨CX4：*ESP急停信号接口。一般与机床操作面板的急停开关的常闭点相接，不用该信号时，必须将CX4短接，否则系统处于急停报警状态。

⑩Ｓ１Ｓ２：再生制动电阻的选择开关

检测脚的测试端：IR\IS为电源模块交流输入（L1、L2）的瞬时电流值；24V、5V分别为控制电路电压的检测端。

㈧Ｌ１Ｌ２Ｌ３：三相交流２００Ｖ输入，一般与三相伺服变压器输出端连接。

2、FANUC系统α系列电源模块的连接

图5-10 FANUC 系统α系列电源模块的连接

3、FANUC 系统α系列电源模块报警代码

4、 FANUC 串行数字控制的主轴模块端口及连接

α系列FANUC 0i 主轴模块各指示灯和接口信号的定义 图8-6为SPM —15主轴模块。 SPM —15主轴模块各指示灯和接口信号的定义如下： 1)TBl ——直流电源输入端。该接口与电源模块直流电源输出端、 伺服模块的直流输入端连接。 2)STATUS ——表示LED

状

态。用于表示伺服模块所处的状态，出现异常时，显示相关的报警代码。3)CX1A——交流200 V输入接口。该端口与电源模块的CXlB端口连接。4)CX1B——交流200 V输出接口。

5)CX2A——直流24 V输入接口。一般地，该接口与电源模块地CX2B连接，接收急停信号。

6)CX2B——直流24 V输出接口。一般地，该接口与下一伺服模块地CX2A连接，输出急停信号。7)直流回路连接充电状态LED。在该指示灯完全熄灭后，方可对模块电缆进行各种操作，否则有触电危险。8)JX4——伺服状态检查接口。该接口用于连接主轴模块状态检查电路板。通过主轴模块状态检查电路板可获取模块内部信号的状态(脉冲发生器盒位置编码器的信号)。9)JX1A——模块连接接口。该接口一般与电源的JX1B连接，作通信用。

10)JX1B——模块连接接口。该接口一般与下一个伺服模块的JX1A连接。11)JY1——主轴负载功率表和主轴转速表连接接口。12)JA7B——通信串行输入连接接口。该接口与控制单元的JA7A(SPDL—1)接口相连。13)JA7A——通信串行输出连接接口。该接口与下一主轴(如果有的话)的JA7B接口连接。14)JY2——脉冲发生器，内置探头和电动机CS轴探头连接接口。15)JY3——磁感应开关和外部单独旋转信号连接接口。16)JY4——位置编码器和高分辨率位置编码器连接接口。17)JY5——主轴CS轴探头和内置CS轴探头。18)三相交流变频电源输出端。该接口与相对应的伺服电机连接。

图5-11

FANUC 系统α系列主轴模块的连接

5、 FANUC 系统α系列主轴模块的连接电路

图5-11为α系列主轴模块的连接电路，三相动力电源通过伺服变压器（把380V 电压转换成200V 电压）输送到电源模块的控制电路输入端、电源模块主电路的输入端以及作为主轴电动机的风扇电源。JY2连接到内装了A 、B 相脉冲发生器的主轴电动机，JY2作为主轴电动机的速度反馈及主轴电动机过热检测信号接口。JY4连接到主轴位置编码器，实现主轴位置及速度的控制，完成数控机床的主轴与进给的同步控制及主轴的准停控制等。CX4连接到数控机床操作面板的系统急停开关，实现硬件系统急停信号的控制。

来自单元

电源模块

主轴模块

急停开关

来自主轴独立编码器

内装速度专感器

串行主轴电动机

控制电源

主电源

图5-12 FANUC 系统α系列主轴模块的连接电路

5.7 通用变频主轴系统常见故障及处理

表5.9 通用变频主轴常见故常与处理

5.3 交流伺服主轴驱动系统及故障维修

5.3.1交流伺服主轴驱动系统

数控加工中心对主轴有较高的控制要求，首先要求在大力矩、强过载能力的基础上实现宽范围无级变速，其次要求在自动换刀动作中实现定角度停止(即准停)，这使加工中心主轴驱动系统比一般的变频调速系统或小功率交流伺服系统在电路设计和运行参数整定上具有更大的难度。主轴的驱动可以使用交流变频或交流伺服2种控制方式，交流变频主轴能够无级变速但不能准停，需要另外装设主轴位置传感器，配合CNC系统PMC (指数控系统内置PLC)的逻辑程序来完成准停速度控制和定位停止；交流伺服主轴本身即具有准停功能，

其自身的轴控PLC信号可直接连接至CNC系统的PMC，配合简捷的PMC逻辑程序即可完成准停定位控制，且后者的控制精度远远高于前者。

交流伺服主轴驱动系统由主轴驱动单元、主轴电动机和检测主轴速度与位置的旋转编码器3部分组成，主要完成闭环速度控制，但当主轴准停时则完成闭环位置控制。由于数控机床的主轴驱动功率较大，所以主轴电动机采用鼠笼式感应电动机结构形式，旋转编码器可以在主轴外安装，也可以与主轴电动机做成一个整体，主轴驱动单元的闭环控制、矢量运算均由内部的高速信号处理器及控制系统实现。与交流伺服驱动一样，交流主轴驱动系统也有模拟式和数字式两种型式。

5.8 交流伺服主轴驱动系统常见故障

交流主轴驱动系统按信号形式又可分为交流模拟型主轴驱动单元和交流数字型主轴驱动单元。交流主轴驱动除了有直流主轴驱动同样的过热、过载、转速不正常报警或故障外，还有另外的故障条目，总结如下。

1、主轴不能转动，且无任何报警显示。

产生此故障的可能原因及排除方法见表5.9。

表5.9 主轴不能动故障原因

2、主轴速度指令无效，转速仅有1～2r/min。

表5.10。

3、速度偏差过大

指的是主轴电机的实际速度与指令速度的误差值超过允许值，一般是启动时电机没有转动或速度上不去。引起此故障的原因见表5.11。

表5.11 速度偏差过大报警综述