變頻器與數(shù)控車床的連接

1、變頻器與數(shù)控車床的連接,fanuc 0i/0i mate主軸驅(qū)動裝置 主軸系統(tǒng)主要由主軸驅(qū)動裝置及主軸電動機組成。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(qū)動裝置。按串行方式傳送數(shù)據(jù)（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(shù)控系統(tǒng)提供了spm系列專用主軸驅(qū)動裝置,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接口（010v），cnc輸出的速度信號（0-10v）與變頻器的模擬量頻率設(shè)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(xiàn)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(shù)控機床主軸驅(qū)動裝置,模擬量主軸驅(qū)動裝置（變頻器,串行數(shù)字主軸驅(qū)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用；二

3、是具有多種可供選擇的功能，可應用于各種不同性質(zhì)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(jīng)下降。所以，應注意冷卻風扇的運行狀況是否正常，經(jīng)常清拭濾網(wǎng)和散熱器的風道，以保證變頻器的正常運轉(zhuǎn)。 變頻器的工作原理 交流異步電動機的同步轉(zhuǎn)速表達式位： n60 f(1s)/p (1) 式中n異步電動機的轉(zhuǎn)速； f異步電動機的頻率； s電動機轉(zhuǎn)差率； p電動機極對數(shù)。 由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當頻率f在050hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就

4、是通過改變電動機電源頻率實現(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)成實用原理框圖,變頻器的構(gòu)成實用原理框圖,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,由于變頻器大量的使用了各種

5、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(xiàn)不可恢復性損害,變頻器的選型,正確的把握變頻器驅(qū)動的機械負載對象的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)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(chǔ)。 機械負載包羅萬象，但歸納其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性，主要有以下三大類： 1、恒轉(zhuǎn)矩負載； 2、平方轉(zhuǎn)矩負載； 3、恒功率負載：機床主軸等,驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩負載,驅(qū)動平方轉(zhuǎn)矩負載,驅(qū)動恒功率負載,驅(qū)動四象限運行的負載,驅(qū)動脈動轉(zhuǎn)矩負載,驅(qū)動沖擊負載,驅(qū)動大慣性負載,

6、驅(qū)動高速運轉(zhuǎn)的設(shè)備,驅(qū)動大起動轉(zhuǎn)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(jié)露 3、振動：5.9m/s(0.6g) 4、氣體雜質(zhì)：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(nèi)。 4、采用rs485通訊口 距離可達1

7、200m（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(zhuǎn)sf，反轉(zhuǎn)sr，模擬量輸入vrc-gnd，和故障輸出端子tc,tb，故障復位端子rst。x1端子控制點動

8、，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(zhuǎn)換。 注意控制信號的抗干擾處理,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 接口信號的 定義,spm系列專用主軸驅(qū)動裝置 數(shù)控系統(tǒng)中的主軸驅(qū)動裝置主要用于控制驅(qū)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(qū)動裝置的型號參數(shù) 主軸驅(qū)動裝置的型號參數(shù)如下所示。 spm口口口 主軸驅(qū)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，“無”為200 v，hv為4

9、00 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(nèi)裝脈沖發(fā)生器和電機過熱信號）。 jy3:作為主軸位置一轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸）控制時，作為反饋信號接口。

10、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(nèi)裝傳感器信號及定子繞組溫度開關(guān)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：連接到主軸電動機，為動力電源,i

11、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)控機床的復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)電源造價低，接線簡單，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(qū)動浪涌隔離保護雷電隔離保護（如人體接觸的隔

12、離保護） 、噪聲隔離：（模擬電路與數(shù)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(zhuǎn)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(shù) 專用電源裝置的型號參數(shù)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(zhuǎn)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為400 v。 （2）專用電源裝置接

13、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(shù)控系統(tǒng)的綜合連接,加工中心結(jié)構(gòu),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(zhuǎn)接板、小變壓器等等元氣件組成,加工中心結(jié)構(gòu),nc控制器：類似于電腦的主機，可進行處理、計算、轉(zhuǎn)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(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伺服單元 。（提供伺服驅(qū)動電源及工作

14、電源,加工中心結(jié)構(gòu),伺服放大器 ： 通過伺服馬達編碼的脈沖信號經(jīng)伺服放大器放大轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值信號，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，以達到控制伺服軸運動的裝置,fanuc,加工中心結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu),主軸馬達 ：受主軸放大器控制,來實現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)的功能,加工中心結(jié)構(gòu),伺服馬達 ：受伺服放大器控制，來實現(xiàn)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主軸電動機和裝在主軸上的位置編碼器實現(xiàn)固定角度間

15、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(zhuǎn)的圓周方向定位與于某一轉(zhuǎn)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(zhuǎn)信號（如接近開關(guān)）定向,數(shù)控系統(tǒng)一般均提供4擋自動變速功能，而數(shù)控機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m41m44四檔對應的最高轉(zhuǎn)速后，即可用m41m44指令控制齒輪自動換擋。控制過程中，數(shù)控系統(tǒng)將根據(jù)當前s指令值，自動判斷檔位，向plc輸出相應的m41m44指令，由plc控制變換齒輪位置，數(shù)控裝置

16、同時輸出相應的模擬電壓或數(shù)字信號設(shè)定對應的速度。 例如m41對應的最高主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min,m42對應的最高主軸轉(zhuǎn)速為3500r/min,主軸電動機的最高轉(zhuǎn)速為3500r/min.當s指令在01000r/min單位內(nèi)時,m41對應的齒輪嚙合;當s指令在10003500r/min范圍內(nèi)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(zhuǎn)矩為主軸電動機最大輸出的最大轉(zhuǎn)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(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不同齒輪的嚙合. 對變速時出現(xiàn)的頂齒現(xiàn)象,現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)均

17、采用由數(shù)控系統(tǒng)控制主軸電動機低速轉(zhuǎn)動或振動的方法,實現(xiàn)齒輪的順利嚙合.而變擋時主軸電動機低速轉(zhuǎn)動或振動的速度可在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)中設(shè)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(zhuǎn)速設(shè)定,1 當數(shù)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(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)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(shù)據(jù)正確。 3 可編程控制器接受到m stro

18、be信號后，立即使m完成信號無效，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(shù)控系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)置輸出一定的主軸蠕動量，使主軸慢速轉(zhuǎn)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(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，自動輸出新的模擬電壓使主軸轉(zhuǎn)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(shù)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，切削扭矩通常是通過刀桿的端面鍵傳遞的，因此

19、，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(zhuǎn)動），通過撥動定位滾子2并帶動主軸承轉(zhuǎn)動，當定位銷落入端面凸輪的v形槽內(nèi)，便完成了主軸準停。因為是雙向端面凸輪，所以能從兩個方向撥動主軸轉(zhuǎn)動以實

20、現(xiàn)準停。這種雙向端面凸輪準停機構(gòu)，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(shù)控系統(tǒng)發(fā)來的準停開關(guān)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(qū)動裝置中設(shè)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(qū)動位置中設(shè)定）。然后當磁傳感器信號出現(xiàn)時，主軸驅(qū)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(qū)動裝置輸出準停完成ore停號給數(shù)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(qū)動自身完成。當執(zhí)行m19時，數(shù)控系統(tǒng)只需發(fā)出準停起動命令ort，主軸驅(qū)動