FANUC數控車床的主軸控制設計

1、fanuc數控車床的主軸控制設計摘 要本文首先介紹了數控車床的發(fā)展歷史、機床特點、裝置的組成、機構與功能，接下來對fanuc 0i mate-tc系統(tǒng)接口與應用進行詳細講解，然后著重對車床的各功能塊以及主軸各pmc程序調試進行分析，最后進行總結。總的來說，本文就主要對數控車床的主軸控制進行設計，還有附加伺服、冷卻等電氣設計。關鍵詞： 數控車床；fanuc；主軸控制設計the fanuc number controls the principal axis control of lathe designabstractthis article first introduced the numer

2、ical control lathes historical development, the engine bed characteristic, equipments composition, the organization and the function, then system connection and the application carry on the explanation to fanuc 0i the mate-tc, behind are carry on the debugging and the analysis to the lathe various f

3、unctions block as well as the main axle each pmc procedure, finally carries on the summary. generally speaking, this article mainly carries on the design to the numerical control lathes main axle control, but also has electrical designs and so on additional servo, cooling. keywords: cnc lathe；fanuc；

4、the numerical control lathes main axle control目 錄摘 要1第一章 緒論41.1 數控機床的發(fā)展史51.2 數控機床特點51.3 本課題的研究意義5第二章 裝置的組成、結構與功能62.1 數控機床的組成62.2 數控車床控制結構圖72.3 系統(tǒng)、模塊功能描述82.3.1. 變頻器的功能、連接與調試82.3.2. 伺服驅動系統(tǒng)122.3.3. 冷卻系統(tǒng)132.3.4. 換刀控制系統(tǒng)132.3.5. 急停開關、限位開關、參考點14第三章fanuc 0i mate-tc系統(tǒng)接口與應用153.1 fanuc 0i mate-tc數控系統(tǒng)面板與操作面板153

5、.1.1. 基本面板153.1.2. 操作面板163.2 系統(tǒng)接口布局193.2.1. fanuc 0i mate-tc數控系統(tǒng)背面圖193.2.2. 輸入輸出信號203.3 參數設置213.4 pmc程序介紹223.4.1. pmc接口223.4.2. 地址格式和信號類型233.4.3. 程序分析26第四章 調試與分析284.1機床基本操作284.1.1. 手動操作284.1.2. 回參考點操作284.1.3. 手輪進給294.1.4. mdi運行294.2主軸控制設計及操作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .304. 2.1.主軸參數設定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304.2.2 手動運行主軸304. 2. 3主軸pmc程序設定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304.2.4

7、輔助功能304.3 機床電氣維護和調整314.4 常見故障及說明324.4.1 主軸伺服的故障324.4.2 軟件故障32結束語33參考文獻33致謝34附錄一：數控車床布局說明35附錄二：主軸pmc程序清單及注釋37第一章 緒論目前，數控技術已被世界各國列為優(yōu)先發(fā)展的關鍵工業(yè)技術，成為國際間科技競爭的重點。數控技術的應用將機械制造與微電子、計算機、信息處理、現(xiàn)代控制理論、檢測技術以及光電磁等多種學科技術融為一體，使制造業(yè)成為知識、技術密集的大學科范疇內的現(xiàn)代制造業(yè)，成為國民經濟的基礎工業(yè)。1952年，美國研制的世界第一臺三坐標數控機床，其特點是用三個數控伺服系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的機械進給系統(tǒng)。早期的

8、數控機床同普通機床相比，除進給系統(tǒng)是數控伺服系統(tǒng)外，外形和結構基本相同。我國現(xiàn)在生產的經濟型數控機床，就屬于這種類型，因為這些產品是在普通機床的總體結構基礎上經局部改進而發(fā)展出來的。 數控機床不僅表現(xiàn)為數量迅速增長，而且在質量性能和控制方式上也有明顯改善。數控機床加工工件時，完全根據計算機發(fā)出的指令自動進行加工，不允許頻繁測量和進行手術補償，這就要求機床結構具有較高靜剛度與動剛度，同時要提高結構的熱穩(wěn)定性，提高機械進給系統(tǒng)的剛度并消除機械傳動間隙，消除爬行。這樣，可以有效避免振動、熱變形、爬行和間隙影響被加工工件的精度。數控機床在當今機械加工設備中有著舉足輕重的作用，而機床有cnc、plc、進

9、給伺服驅動系統(tǒng)、主軸伺服驅動系統(tǒng)、輔助裝置等部分組成。其中主軸是不可或缺的。高速銑削加工在高速切削加工中扮演著最重要的角色,而高速機床所選用的主軸系統(tǒng)特性的優(yōu)劣,又直接影響著高速銑削加工的質量。1.1 數控機床的發(fā)展史1946年誕生了世界上第一臺電子計算機。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機床。從此，傳統(tǒng)機床產生了質的變化。近半個世紀以來，數控系統(tǒng)經歷了兩個階段和六代的發(fā)展。（注：兩個階段：數控nc階段和計算機數控cnc階段。六代：即電子管時代、晶體管時代、小規(guī)模集成電路時代、小型計算機時代、微處理器時代和基于pc時代）。必須指出，數控系統(tǒng)發(fā)展到了第五代

10、以后，才從根本上解決了可靠性低、價格極為昂貴、應用很不方便（主要是編程困難）等極為關鍵的問題。因此，數控技術經過了近30年的發(fā)展才走向普及應用。1.2 數控機床特點該裝置采用一體化設計，由底座、電氣柜、鋁合金導軌式安裝平臺組成，電氣柜正面裝有數控系統(tǒng)和操作面板，數控系統(tǒng)的下方安裝有四工位電動刀架、冷卻電機、主軸電機及編碼器等，背面安裝有網孔板，用以安裝變頻器、伺服驅動器、接觸器、繼電器、保險絲座、斷路器、開關電源、變壓器、接線端子排、走線槽等；鋁合金導軌式安裝平臺采用工業(yè)型材，上面安裝有三色燈。1.3 本課題的研究意義通過這次畢業(yè)設計，可以達到以下目的：1.根據設計要求完成數控車床主軸控制設計

11、；2.通過設計熟悉fanuc數控系統(tǒng)；3.掌握數控應用系統(tǒng)設計的一般方法；4.培養(yǎng)學生查閱資料、自學新知識的能力，鍛煉學生綜合運用知識、獨立思考、獨立工作的能力；5.提高學生的認真負責的工作態(tài)度、團結協(xié)作的團隊精神、勇于創(chuàng)新的職業(yè)素質。6.培養(yǎng)綜合運用專業(yè)基礎知識和專業(yè)技能來解決工程實際問題的能力。設計內容：1.測繪fanuc數控車床的電氣原理圖、接線圖；2.設計主軸控制系統(tǒng)（選型、計算）；3.分析有關機床參數；4.plc程序設計第二章 裝置的組成、結構與功能2.1 數控機床的組成數控機床是裝備了數控系統(tǒng)的機床，既包括nc機床，也包括cnc機床。數字控制機床（numerical control

12、led machine tool），簡稱nc機床。數控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它能控制機床的運動和加工過程。計算機數控機床（computer-ized numerical controlled machine tool），簡稱cnc機床，是利用具有專門存儲程序輸入到數控裝置，再由數控裝置控制主運動的變數、起停、進給運動的方向、速度和位移大小，以及諸如刀具的選擇、交換、工件夾緊、松開和冷卻的起、停等動作，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴格按數控程序的要求進行。數控機床由數控系統(tǒng)模塊、主軸控制模塊、伺服驅動模塊，傳感器警示燈、電子器件、電源模塊、電動刀架模塊、冷卻系統(tǒng)模塊、接線端子等組成。采用開放式和拆裝

13、式設計，可以進行數控機床電氣控制部件的組裝、接線、pmc編程、故障診斷和調試。2.2 數控車床控制結構圖數控車床控制結構圖2.3 系統(tǒng)、模塊功能描述如上圖，數控車床由兩個進給軸、一個旋轉軸（主軸）、刀架控制系統(tǒng)、冷卻控制系統(tǒng)、潤滑控制系統(tǒng)、其他輔助功能控制系統(tǒng)，檢測控制電路等組成。主軸采用變頻調速系統(tǒng)，主軸電機與編碼器間通過同步帶（1：1）連接，可反饋主軸電機的轉速及主軸參考點坐標系的建立。2.3.1. 變頻器的功能、連接與調試如圖2.2為機床主軸控制電路，它主要包括變頻器、交流電機以及有控制面板輸出的直流控制電壓信號等。以下將重點對變頻器作詳細的介紹。圖2.2：主軸控制電路 1）變頻器操作面

14、板說明圖2-3 變頻器操作面板2）基本操作面板功能說明運行模式顯示pu：pu運行模式時亮燈；ext：外部運行模式時亮燈；net：網絡運行模式時亮燈。單位顯示hz：顯示頻率時亮燈；a：顯示電流時燈亮；顯示電壓時燈滅；設定頻率監(jiān)視時閃爍。m旋鈕用于變更頻率設定、參數的設定值。按該按鈕可顯示以下內容：監(jiān)視模式時的設定頻率；校正時的當前設定值；錯誤歷史模式時的順序。模式切換用于切換各設定模式，長按此鍵（2秒）可以鎖定操作。各設定的確定運行中按此鍵則監(jiān)視器出現(xiàn)以下顯示：運行頻率輸出電流輸出電壓運行狀態(tài)顯示變頻器動作中亮燈/閃爍。亮燈：正轉運行中，緩慢閃爍（1.4秒循環(huán)）；反轉運行中，快速閃爍（0.2秒循

15、環(huán)）。參數設定模式顯示參數設定模式時亮燈。監(jiān)視器顯示監(jiān)視模式時亮燈。停止運行也可以進行報警復位。運行模式切換用于切換pu/外部運行模式。使用外部運行模式（通過另接的頻率設定旋鈕和啟動信號啟動運行）時請按此鍵，使表示運行模式的ext處于亮燈狀態(tài)。（切換至組合模式時，可同時按mode鍵（0.5秒）或者變更參數pr.79。）pu：pu運行模式；ext：外部運行模式；也可以解除pu停止。3）端子接線操作說明圖2-4 變頻器接線端子圖4）參數設置方法1、恢復參數為出廠值設置步驟操作顯示1電源接通時顯示的監(jiān)視器畫面0.002按鍵，進入pu運行模式pu顯示燈亮3按mode鍵，進入參數設定模式p04旋轉旋鈕，

16、將參數編號設定為allcallc5按set鍵，讀取當前的設定值。06旋轉旋鈕，將值設定為117按set鍵確定閃爍2、變更參數的設定值設置步驟操作顯示1電源接通時顯示的監(jiān)視器畫面0002按鍵，進入pu運行模式pu顯示燈亮3按mode鍵，進入參數設定模式p04旋轉旋鈕，將參數編號設定為p1p15按set鍵，讀取當前的設定值。120.06旋轉旋鈕，將參數編號設定為50.00hz50.007按set鍵確定閃爍3、主要參數設置序號參數代號初始值設置值功能說明1p1120可調上限頻率（hz）2p200下限頻率（hz）3p35050電機額定頻率4p45050多段速度設定（高速）5p53030多段速度設定（中

17、速）6p61010多段速度設定（低速）7p752加速時間8p850減速時間9p7310模擬量輸入選擇11p7903運行模式選擇2.3.2. 伺服驅動系統(tǒng)1、本裝置采用fanuc公司的伺服驅動系統(tǒng)，具有如下特點：1）供電方式為三相200v-240v供電。2）智能電源管理模塊，碰到故障或緊急情況時，急停鏈生效，斷開伺服電源，確保系統(tǒng)安全可靠。3）控制信號及位置、速度等信號通過 fssb光纜總線傳輸，不易被干擾。4）電機編碼器為串行編碼信號輸出。圖2-5 驅動連接圖2、相關接口說明：1）cz4接口為三相交流200240v電源輸入口，順序為u、v、w、地線。2）cz5接口為伺服驅動器驅動電壓輸出口，連

18、接到伺服電機，順序為u、v、w、地線。3）cz6與cx20為放電電阻的兩個接口，若不接放電電阻須將cz6及cx20短接，否則，驅動器報警信號觸發(fā)，不能正常工作，建議必須連接放電電阻。4）cx29接口為驅動器內部繼電器一對常開端子，驅動器與cnc正常連接后，即cnc檢測到驅動器且驅動器沒有報警信號觸發(fā)，cnc使能信號通知驅動器，驅動器內部信號使繼電器吸合，從而使外部電磁接觸器線圈得電，給放大器提供工作電源。5）cx30接口為急停信號接口，短接此接口1和3腳，急停信號由i/o給出。6）cx19b為驅動器24v電源接口，為驅動器提供直流工作電源，第二個驅動器與第一個驅動器由cx19a到cx19b具體

19、接線詳見電氣原理圖。7）cop10a接口，數控系統(tǒng)與第一級驅動器之間或第一級驅動器和第二級驅動器之間用光纜傳輸速度指令及位置信號，信號總是從上一級的cop10a接口到下一級的cop10b接口。8）jf1為伺服電機編碼器反饋接口。2.3.3. 冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)由系統(tǒng)輸出相應的輔助功能信號，驅動冷卻系統(tǒng)的外部控制電路即可控制冷卻電機的啟動與停止。按數控系統(tǒng)操作面板上的冷卻功能按鍵，冷卻電機啟動，再按一次，冷卻電機停止，也可以在mdi和自動方式下，使用m08、m09指令來完成冷卻電機的啟動與停止。相應電路參見電氣原理圖。圖2.5：冷卻系統(tǒng)主原理圖2.3.4. 換刀控制系統(tǒng)1、電動刀架的工作原理lb4

20、系列電動刀架采用由銷盤、內端齒、外端齒盤組合而成的三端齒定位機構。采用蝸輪蝸桿傳動，齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。當系統(tǒng)沒有發(fā)出要刀信號時，發(fā)訊盤內當前刀位的霍爾元件信號處于低電平狀態(tài)。當系統(tǒng)要求刀架轉到某一刀位時，系統(tǒng)輸出正轉信號，此時繼電器得電吸合，使接觸器得電吸合，刀架正轉。當刀架轉至所需刀位時，該刀位霍爾元件在磁鋼作用下，使該刀號產生低電平信號，這時刀架正轉信號斷開，系統(tǒng)輸出反轉信號，同時另一繼電器得電吸合，使相應接觸器得電吸合，刀架反轉，反轉到位后，刀架電機停止，完成一次換刀控制過程。注意：換刀過程中兩個接觸器不能同時動作。2、刀架動作順序換刀信號電機正轉上刀體轉位到位信號電機反轉粗

21、定位精定位夾緊電機停轉回答信號加工順序進行。3、電動刀架刀位信號接口定義端子名稱24v0vt1t2t3t4端子顏色紅綠黃橙藍白由于電動刀架霍爾開關的驅動能力有限，數控系統(tǒng)不能識別對應的刀位信號，該裝置利用繼電器模塊進行了電平轉換。相應電路參見電氣原理圖。2.3.5. 急停開關、限位開關、參考點對于發(fā)那科0i mate-tc數控系統(tǒng)，急停信號的輸入點定義為x8.4，與24v進行常閉連接；參考點信號輸入點定義為x9.0（x軸）和x9.1（z軸），與24v進行常閉連接；限位信號輸入點可以根據實際情況進行定義，與pmc程序中的點對應，與24v進行常閉連接。限位信號和參考點信號的檢測均使用npn型接近開

22、關，當檔塊碰到限位開關或參考點開關時，就會有限位信號或參考點減速信號產生。由于接近開關的驅動能力的限制，系統(tǒng)不能識別相應的信號，該裝置同樣通過繼電器模塊進行了電平轉換。相應電路參見電氣原理圖。圖2.6：急停接線圖第三章fanuc 0i mate-tc系統(tǒng)接口與應用3.1 fanuc 0i mate-tc數控系統(tǒng)面板與操作面板3.1.1. 基本面板fanuc 0i mate-tc數控系統(tǒng)的操作面板可分為：lcd顯示區(qū)、mdi鍵盤區(qū)（包括字符鍵和功能鍵等）、軟鍵開關區(qū)和存儲卡接口。圖3-1 fanuc 0i mate- tc 主面板1）mdi鍵盤區(qū)上面四行為字母、數字和字符部分，操作時，用于字符的

23、輸入；其中“eob”為分號（；）輸入鍵；其他為功能或編輯鍵。2）pos鍵：按下此鍵顯示當前機床的坐標位置畫面；3）prog鍵：按下此鍵顯示程序畫面；4）ofs/set鍵：按下此鍵顯示刀偏/設定（setting）畫面；5）shift鍵：上檔鍵，按一下此鍵，再按字符鍵，將輸入對應右下角的字符；6）can鍵：退格/取消鍵，可刪除已輸入到緩沖器的最后一個字符；7）input鍵：寫入鍵，當按了地址鍵或數字鍵后，數據被輸入到緩沖器，并在crt屏幕上顯示出來；為了把鍵入到輸入緩沖器中的數據拷貝到寄存器，按此鍵將字符寫入到指定的位置；8）system鍵：按此鍵顯示系統(tǒng)畫面（包括參數、診斷、pmc和系統(tǒng)等）；9

24、）mssage鍵：按此鍵顯示報警信息畫面；10）cstm/gr鍵：按此鍵顯示用戶宏畫面（會話式宏畫面）或顯示圖形畫面；11）alter鍵：替換鍵；12）insert鍵：插入鍵；13）delete鍵：刪除鍵；14）page鍵：翻頁鍵，包括上下兩個鍵，分別表示屏幕上頁鍵和屏幕下頁鍵；15）help鍵：幫助鍵，按此鍵用來顯示如何操作機床；16）reset鍵：復位鍵；按此鍵可以使cnc復位，用以消除報警等；17）方向鍵：分別代表光標的上、下、左、右移動；18）軟鍵區(qū)：這些鍵對應各種功能鍵的各種操作功能，根據操作界面相應變化；19) 下頁鍵（next）：此鍵用以擴展軟鍵菜單，按下此鍵菜單改變，再次按下此

25、鍵菜單恢復；20）返回鍵：按下對應軟鍵時，菜單順序改變，用此鍵將菜單復位到原來的菜單。3.1.2. 操作面板圖3-2 fanuc 0i mate- tc 操作面板各按鍵功能說明：方式選擇鍵1）編輯方式鍵：編輯方式（edit）鍵，設定程序編輯方式，其左上角帶指示燈。2）參考點方式鍵：在此方式下運行回參考點操作，其左上角指示燈點亮。3）自動方式鍵：按此鍵切換到自動加工方式，其左上角指示燈點亮。4）手動方式鍵：按此鍵切換到手動方式，其左上角指示燈點亮。5）mdi方式鍵：按此鍵切換到mdi方式運行，其左上角指示燈點亮。6）dnc方式鍵：按此鍵設定dnc運行方式，其左上角指示燈點亮。7）手輪方式鍵：在此

26、方式下執(zhí)行手輪相關動作，其左上角帶有指示燈。功能選擇鍵8）單步鍵：按下此鍵一段一段執(zhí)行程序，該鍵用以檢查程序，其左上角帶有指示燈。9）跳步鍵：按下此鍵可選程序段跳過，自動操作中按下此鍵，跳過程序段開頭帶有“/”和用“；”結束的程序段，其左上角帶有指示燈。10）空運行鍵：自動方式下按下此鍵，各軸不是以程序速度而是以手動進給速度移動，此鍵用于無工件裝夾只檢查刀具的運動，其左上角帶有指示燈。11）選擇停鍵：執(zhí)行程序中m01指令時，按下此鍵停止自動操作，其左上角帶有指示燈。12）機床鎖定鍵：自動方式下按下此鍵，各軸不移動，只在屏幕上顯示坐標值的變化，其左上角帶有指示燈。13）超程釋放鍵：當進給軸達到硬

27、限位時，按下此鍵釋放限位，限位報警無效，急停信號無效，其左上角帶有指示燈。點動和軸選鍵14）+z點動鍵：在手動方式下按動此鍵，z軸向正方向點動。15）-x點動鍵：在手動方式下按動此鍵，x軸向負方向點動。16）快速疊加鍵：在手動方式下，同時按此鍵和一個坐標軸點動鍵，坐標軸按快速進給倍率設定的速度點動，其左上角帶有指示燈。17）+x點動鍵：在手動方式下按動此鍵，x軸向正方向點動。18）- z點動鍵：在手動方式下按動此鍵，z軸向負方向點動。19）x軸選鍵：在回零、手動和手輪方式下對x軸進行操作時，首先按下此鍵選擇x軸執(zhí)行動作，選中后其左上角指示燈點亮。20）z軸選鍵：在回零、手動和手輪方式下對z軸進

28、行操作時，首先按下此鍵選擇z軸執(zhí)行動作，選中后其左上角指示燈點亮。手輪/快速倍率鍵21）1/f0鍵：手輪方式時，執(zhí)行1倍動作；手動方式時，按下快速疊加鍵和點動方向鍵執(zhí)行進給倍率設定的f0的速度進給；其左上角帶有指示燈。22）10/25%鍵：手輪方式時，執(zhí)行10倍動作；手動方式時，按下快速疊加鍵和點動方向鍵按快速最大值25%的速度進給；其左上角帶有指示燈。23）100/50%鍵：手輪方式時，執(zhí)行100倍動作；手動方式時，按下快速疊加鍵和點動方向鍵按快速最大值50%的速度進給；其左上角帶有指示燈。24）100%鍵：手動方式時，按下快速疊加鍵和點動方向鍵按快速最大值100%的速度進給；其左上角帶有指

29、示燈。輔助功能鍵25）潤滑鍵：按下此鍵，潤滑電機開啟向外噴潤滑液，其指示燈點亮。26）冷卻鍵：按下此鍵，冷卻泵開啟向外噴冷卻液，其指示燈點亮。27）照明鍵：按下此鍵，機床照明燈開啟，其指示燈點亮。28）換刀鍵：手動方式下按下此鍵，執(zhí)行換刀動作，每按一次刀塔順時針轉動一次，換到下一把刀后停止動作，換刀過程中其指示燈點亮。主軸鍵29）主軸正轉鍵：手動方式下按此鍵，主軸正方向旋轉，其左上角指示燈點亮。30）主軸停止鍵：手動方式下按此鍵，主軸停止轉動，只要主軸沒有運行其指示燈就亮。31）主軸反轉鍵：手動方式下按此鍵，主軸反方向旋轉，其左上角指示燈點亮。其它按鈕開關39）循環(huán)啟動按鈕：按下此按鈕，自動操

30、作開始，其指示燈點亮。40）進給保持按鈕：按下此按鈕，自動運行停止，進入暫停狀態(tài)，其指示燈點亮。41）程序保護開關：當把鑰匙打到綠色標記處，開啟程序保護功能；當把鑰匙打到紅色標記處，關閉程序保護功能。42）急停按鈕：按下此按鈕，機床動作停止，待排除故障后，旋轉此按鈕，釋放機床動作。43）電源啟按鈕：用以開啟裝置電源。44）電源停按鈕：用以關閉裝置電源。3.2 系統(tǒng)接口布局3.2.1. fanuc 0i mate-tc數控系統(tǒng)背面圖圖3-5 fanuc 0i mate tc 系統(tǒng)連接圖1）fssb光纜一般接左邊插口（若有兩個接口），系統(tǒng)總是從cop10a到cop10b，本系統(tǒng)由左邊cop10a連

31、接到第一軸驅動器的cop10b，再從第一軸的cop10a到第二軸的cop10b，依次類推。2）風扇、電池、軟鍵、mdi等在系統(tǒng)出廠時均已連接好，不用改動，但要檢查是否在運輸的過程中有松動的地方，如果有，則需要重新連接牢固，以免出現(xiàn)異常現(xiàn)象。3）伺服檢測口ca69，不需要連接。4）電源線一般有兩個接口，一個為+24v輸入（左），另一個+24v 輸出（右），每根電源線有三個管腳，電源的正負不能接反，具體接線如下：1腳：24v ； 2腳：0v ； 3腳：保護地。5）rs232接口是與電腦通訊的連接口，共有兩個，一般接左邊一個，右邊為備用接口，如果不與電腦連接，則不用接此線（推薦使用存儲卡代替232口

32、，傳輸速度及安全性都比串口優(yōu)越）。6）模擬主軸的連接，本裝置使用變頻模擬主軸，主軸信號指令由ja40模擬主軸接口引出，控制主軸轉速。7）主軸編碼器接口，車床系統(tǒng)一般都裝有主軸編碼器，反饋主軸轉速，以保證螺紋切削的準確性。8）i/o linkjd1a，本接口是連接到i/o模塊（i/o link），以便于i/o信號與數控系統(tǒng)交換數據。3.2.2. 輸入輸出信號fanuc數控系統(tǒng)內部集成了一個小型pmc（可編程機床控制器），通過編寫機床pmc程序和設定相應的機床參數，可以對pmc應用程序的功能進行配置。1）輸入輸出點的定義fanuc mate 0i-tc數控系統(tǒng)配套i/o link有四個連接器，分別

33、是cb104、cb105、cb106和cb107 ，每個連接器有24個輸入點和16個輸出點，即共有96個輸入點，64個輸出點；本裝置把cb104接口的部分信號作為輔助信號使用，把cb105和cb107用于操作面板上按鈕（或按鍵）和對應指示燈的定義。在pmc程序中x代表輸入，y代表輸出，具體定義如下表，cb106中的輸入輸出點在本裝置中沒有定義。2）數字輸入/輸出信號的接線圖3-6 數字輸入信號接線原理圖圖3-7 數字輸出信號接線原理圖3.3 參數設置數控系統(tǒng)正常運行的重要條件是必須保證各種參數的正確設定，不正確的參數設置與更改，可能造成嚴重的后果。因此，必須理解參數的功能，熟悉設定值，詳細內容

34、參考參數說明書。1、顯示參數的操作1) 按mdi面板上的“system”功能鍵數次，或者按“system”功能鍵一次，再按參數軟鍵，選擇參數畫面。圖3-8 參數畫面2) 參數畫面由多頁組成，可以通過以下兩種方法選擇需要顯示的參數所在的畫面。3) 用光標移動鍵或翻頁鍵，顯示需要的畫面。4) 由鍵盤輸入要顯示的參數號，然后按下搜索軟健，這樣可顯示指定參數所在的頁面，光標同時處于指定參數的位置。2、用mdi設定參數1) 在操作面板上選擇mdi方式或急停狀態(tài)。2) 按下“ofs/set”功能鍵，再按設定軟鍵，可顯示設定畫面的第一頁。3) 將光標移動到“參數寫入”處，按操作軟鍵，進入下一級畫面。4) 按

35、 no ：1 軟鍵或輸入1，再按 輸入 軟鍵，將“參數寫入”設定為1；這樣參數處于可寫入狀態(tài)，同時cnc發(fā)生100號報警。5) 按“system”功能鍵，再按參數軟鍵，進入參數畫面，找到需要設定參數的畫面，將光標置于需要設定的位置上。6) 輸入參數，然后按“input”鍵，輸入的數據將被設定到光標指定的參數中；7) 參數設定完畢，需要將“參數寫入”設置為0，即禁止參數設定，防止參數被無意更改。8) 同時按下“reset”鍵和“can”鍵，解除100號報警；有時在參數設定中會出現(xiàn)報警000（需要切斷電源），此時要關閉數控系統(tǒng)電源再開啟。3、上電全清系統(tǒng)第一次通電時，最好先做一次全清，所謂全清就是

36、將系統(tǒng)所有參數恢復出廠設置，即在系統(tǒng)啟動過程中，同時按下mdi面板上reset+del鍵。全清后一般會出現(xiàn)如下報警：100# 參數寫保護打開。506 / 507# 硬超程報警。417# 伺服參數設定不正確。5136# fssb放大器數目少。3.4 pmc程序介紹通常我們所說的plc，用于工廠一般通用設備的自動控制裝置，而pmc專用于數控機床外圍輔助電氣部分的自動控制，pmc和plc所要實現(xiàn)的功能基本是一樣的。pmc也是以微處理器為中心，可視為繼電器、定時器、計數器的集合體。在內部順序處理中，并聯(lián)或串聯(lián)常開觸點或常閉觸點，其邏輯運算結果用來控制線圈的通斷。3.4.1. pmc接口在編制pmc程序

37、時所需的四種類型的地址如圖3-11所示：圖 3-11 與pmc相關的地址圖中由實線表示的與pmc相關的輸入輸出信號經由i/o板的接收電路和驅動電路傳送；由虛線表示的與pmc相關的輸入輸出信號僅在存儲器中傳送，例如在ram中傳送；這些信號的狀態(tài)都可以在crt上顯示。3.4.2. 地址格式和信號類型地址由如下所示的格式用地址號和位號表示；在地址號的開頭必須指定一個字母，用來表示下表中所列的信號類型，在功能指令中指定字節(jié)單位的地址時，位號可以省略，如x127。地址號中的字母：字 母信 號 類 型備 注x來自機床側的信號（mtpmc）x0x127（外裝i/o模塊）y由pmc輸出到機床側的信號（pmcm

38、t）y0y127（外裝i/o模塊）f來自nc側的輸入信號（ncpmc）f0f255g由pmc輸出到nc的信號（pmcnc）g0g255r內部繼電器r0r999a信息顯示請求信號a0a24c計數器c0c79k保持型繼電器k0k19t可變定時器t0t79d數據表d0d1859l標記號p子程序以下是對上表中信號的說明：x是來自機床側的輸入信號（如極限開關、刀位信號、操作按鈕等檢測元件），pmc接收從機床側各檢測裝置反饋回來的輸入信號，在控制程序中進行邏輯運算，作為機床動作的條件及外圍設備進行自診斷的依據。y是由pmc輸出到機床的信號，在控制程序中輸出信號控制機床側的接觸器、信號指示燈動作，滿足機床的

39、控制要求。f是由控制伺服電機和主軸電機的系統(tǒng)部分輸入到pmc的信號，系統(tǒng)部分就是將伺服電機和主軸電機的狀態(tài)，以及請求相關機床動作的信號（移動中信號、位置檢測信號、系統(tǒng)準備完信號等），反饋到pmc中進行邏輯運算，以作為機床動作的條件及進行自診斷的依據。g是由pmc側輸出到控制伺服電機和主軸電機的系統(tǒng)部分的信號，對系統(tǒng)部分進行控制和信息反饋（如軸互鎖信號，m代碼執(zhí)行完畢信號等）。r是內部繼電器，經常在程序中作輔助運算用，其地址從r0到r9117，共1118字節(jié)。r0到r999作為通用中間繼電器，r9000后的地址作為pmc系統(tǒng)程序保留區(qū)域，不能作為繼電器線圈使用。a是信息顯示請求信號，共25個字節(jié)

40、200個位，共計200個信息數。pmc通過從機床側各檢測裝置反饋回來的信號和系統(tǒng)部分的狀態(tài)信號，對機床所處的狀態(tài)經過程序的邏輯運算后進行自診斷。若為異常，使a為1。當指定的a地址被置為1后，報警顯示屏幕上便會出現(xiàn)相關的信息，幫助查找和排除故障。c為計數器地址，共80個字節(jié)，用于設計計數值的地址，每4個字節(jié)組成一個計數器（其中2個字節(jié)作為保存預置值，另外2個字節(jié)作為保存當前值用），也就是說共有20個計數器（1到20）。k為保持型繼電器，其中k0到k16為一般通用地址，k17到k19為pmc系統(tǒng)軟件參數設定區(qū)域，由pmc使用。在數控系統(tǒng)運行過程中，若發(fā)生停電，輸出繼電器和內部繼電器全部成為斷開狀態(tài)

41、。當電源再次接通時，輸出繼電器和內部繼電器都不可自動恢復到斷電前的狀態(tài)，所以停電保持用繼電器就用于當需要保存停電前的狀態(tài)、并在再次運行時再現(xiàn)該狀態(tài)的情形。t為定時器，共80個字節(jié)，用于存儲設定時間，每2個字節(jié)組成一個定時器，共40個，定時器號從1到40。d為數據表地址，共1860個字節(jié)，在pmc程序中，某些時候需要讀寫大量的數字數據，d就是用來存儲這些數據的非易失性存儲器。l標記地址，共有9999個標記數，用于指定標號跳轉（jmpb、jmpc）功能指令中跳轉目標標號。在pmc中相同的標號可以出現(xiàn)在不同的指令中，只要在主程序和子程序中是唯一的就可以。p為子程序號的標志，共有512個子程序數，用于

42、指定條件調用子程序（call）和無條件調用子程序（callu）功能指令中調用的目標子程序號。在pmc程序中，目標子程序號是唯一的。在pmc程序中，機床側的輸入信號（x）和系統(tǒng)部分的輸出信號（f），是不能作為線圈輸出的；對于輸出線圈而言，輸出地址不能重復定義，否則該地址的狀態(tài)不能被確定，必要時使用中間繼電器線圈；定時器號（t）是不重復的，計數器號（c）也不能重復使用，但梯形圖中同一地址的觸點的作用可以認為是無窮數量的。pmc程序由第一級程序和第二級程序兩部分組成。在pmc程序執(zhí)行時，首先執(zhí)行位于梯形圖開頭的第一級程序，然后執(zhí)行第二級程序。在第一級程序中，程序越長，則整個程序的執(zhí)行時間（包括第二級

43、程序在內）就會被延長，信號的響應速度就越慢。因此，第一級程序應盡可能短，在第一級程序中一般僅處理短脈沖信號，如急停、各軸超程、返回參考點減速、外部減速、跳步、到達測量位置和進給暫停信號，其它信號的處理放在第二級程序中。第一級程序編寫完以后，要在結尾寫上表示第一級程序結束的功能指令end1(sub1)；同理，在第二級程序結束時，要寫上表示第二級程序結束的標志end2（sub2）。編寫子程序時，在子程序開頭先寫上子程序調用功能指令sp，在子程序的結尾寫上子程序結束的功能指令spe；當整個程序編寫完畢后，要寫上整個程序結束的標志end（程序結束功能指令）。梯形圖是直接從傳統(tǒng)的繼電器控制演變而來的，通

44、過使用梯形圖符號組合成的邏輯關系構成了pmc程序。pmc的基本指令有rd、rd.not、wrt、wrt.not、and、and.not、or、or.not、rd.stk、rd.not.stk、and.stk、or.stk、set、rst共14個。在編寫程序時通常有兩種方法，一是使用助記符語言（即基本功能指令），二是用梯形圖符號；當使用梯形圖符號編寫時不需要理解pmc指令就可以直接進行程序的編寫。由于梯形圖易于理解、便于閱讀和編輯，因而成為編程人員的首選，發(fā)那科數控系統(tǒng)使用梯形圖符號進行編程。3.4.3. 程序分析由于機床控制程序龐大、復雜。在此，以手動方式下潤滑控制程序為例，介紹pmc的邏輯控

45、制過程，假設用到以下輸入輸出點。程序中x0018.7為潤滑控制鍵輸入信號，x0009.4為潤滑電機過載輸入信號，x0009.5為潤滑液低于下限輸入信號，y0008.3為潤滑輸出控制接口，y14.4為潤滑報警指示燈，y0015.6為潤滑按鍵右上角的指示燈，r0398.3、r0398.4和r0398.5為中間繼電器，f0001.1為復位鍵輸入信號。圖 3-12 示例程序1) 程序的前兩行是為了獲得r398.3的上升沿信號在按下潤滑按鈕x18.7瞬間，程序從上向下執(zhí)行，在程序的第一行使r398.3有輸出，接著執(zhí)行程序的第二行，使r398.4有輸出，同時r398.4的常閉觸點斷開，使r398.3停止輸

46、出，即在執(zhí)行順序程序中獲得了r398.3的上升沿信號。2) 程序的中間三行是為了保持潤滑信號的輸出執(zhí)行的條件是：沒有出現(xiàn)潤滑電機過載或潤滑液低于下限報警信號，也沒有按下數控系統(tǒng)上的“reset”復位鍵。滿足以上條件后，在按下潤滑鍵x18.7的瞬間，獲得了r398.3的上升沿信號，此上升沿信號觸發(fā)按鍵指示燈（y0015.6）點亮，潤滑控制（y0008.3）有輸出，繼電器r398.5有輸出，同時r398.5的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，使r398.5自鎖，保持潤滑正常運行。3) 停止?jié)櫥臈l件a) 當再次按下潤滑鍵時，由程序前兩行得到的上升沿信號使r398.3的常閉觸點斷開，潤滑停止。b) 當出現(xiàn)

47、潤滑電機過載或潤滑液低于下限報警信號時，潤滑報警指示燈（y14.4）點亮，同時y14.4的常閉觸點斷開，使?jié)櫥Ｖ?。c) 當按下“reset”復位鍵時，潤滑輸出和潤滑報警信號被復位。關于pmc梯形圖程序的編制方法、pmc基本指令和功能指令、梯形圖編程時的相關操作，請參閱梯形圖語言編程說明書和梯形圖語言補充編程說明書。第四章 調試與分析4.1 基本操作4.1.1. 手動操作1）按操作面板的“手動”鍵，啟動手動運行方式。2）按軸選鍵，即按下“x軸選”或“z軸選”，再按對應軸的方向鍵，使x軸或z軸正向移動或反向移動。注意觀察其位置，避免因限位開關損壞，而使其超出行程，發(fā)生碰撞或滑塊脫落！3）在x軸或

48、z軸移動過程中，調節(jié)進給波段開關，觀察各進給軸轉速的變化是否符合倍率關系。4）按下x軸選鍵，再同時按下x軸正方向鍵和快速倍率鍵，使x軸向正方向快速運行，通過在快速倍率f0、25%、50%、100%之間切換，觀察x軸運行速度的變化情況；當選擇f0時是以內部參數1421設定的f0的速度運行，其它三檔是以快速運行100%的參數1424設定值的倍數關系運行。5）換刀控制在手動方式下，按“換刀”鍵，刀架正轉換為下一把刀，刀具刀位后反轉卡緊；再次按“換刀”鍵，換到下一把刀具。任意時刻按復位鍵，停止動作。6）冷卻控制在手動方式下，按“冷卻”鍵，冷卻電機開始運行，再按一下“冷卻”鍵，冷卻電機停止運行。4.1.

49、2. 回參考點操作回參考點前，在手動方式下，將x軸和z軸的位置移動到負限位和參考點開關之間，按操作面板上的“參考點”鍵，啟動回參考點運行方式，此時“x軸選”的指示燈閃爍，按下“x軸選”鍵，“x軸選”指示燈以更快的頻率閃爍，同時，x軸向正方向運行尋找參考點，當到達參考點開關時，x軸減速回零，同時在crt上顯示參考點的坐標為0。x軸回零完成后，“z軸選”指示燈閃爍，按下“z軸選”鍵，“z軸選”指示燈以更快的頻率閃爍，同時，z軸向正方向運行尋找參考點，當到達參考點開關時，z軸減速回零，同時在crt上顯示參考點的坐標為0。4.1.3. 手輪進給在操作面板上選擇“手輪”方式，按下“x軸選”鍵，再按下手輪

50、倍率“1”鍵，撥動手輪移動1格刻度，數控系統(tǒng)上x軸的坐標增或減0.001，即x軸運行0.001毫米，切換到“10”檔，撥動手輪移動1格刻度，數控系統(tǒng)上x軸的坐標增或減0.01，即x軸運行0.01毫米，切換到“100”檔，撥動手輪移動1格刻度，數控系統(tǒng)上x軸的坐標增或減0.1，即x軸運行0.1毫米，注意觀察x軸運行情況。同理按下“z軸選”鍵，重復上述操作。4.1.4. mdi運行各軸回參考點完成后，在操作面板上選擇“mdi”方式，再按下“prog”鍵，輸入“g00x-10.z-15.”，按“eob”鍵（分號；），再按“insert”（插入），再按“循環(huán)啟動”按鈕，快速移動兩軸到指定位置，觀察各軸

51、的運行情況。輸入“m03s600；” 按“insert”，再輸入“g01x-20.z-25.；”按“insert”，按下“循環(huán)啟動”按鈕，運行主軸，再進行直線插補，觀察x軸和z軸是否同時到達目標位置。輸入“t0100”（當前刀具不是第一把刀的情況下），按下分號鍵“eob”，再按下插入鍵“insert”，按下“循環(huán)啟動”按鈕，刀架旋轉至“1”號刀位；再輸入“t0300”，按下分號鍵“eob”，再按下插入鍵“insert”，按下“循環(huán)啟動”按鈕，刀架旋轉至“3”號刀位；輸入任意刀具號（范圍1到4），重復以上步驟，熟悉換刀控制的過程。4.2主軸控制設計及操作4.2.1主軸參數設定（1）主軸速度參數：

52、在3741中設定10v對應的主軸速度。例如：3741設定2000，當程序執(zhí)行s1000時，ja40上輸出電壓為5v。（2）主軸控制電壓極性參數： 系統(tǒng)提供的主軸模擬控制電壓必須與連接的變頻器額控制極性相匹配。當使用單極性變頻器時可通過參數3760：#7（tcw）#6（cwm）來控制主軸速度輸出時的極性（采用默認設置即可）。（3）速度誤差調整 當主軸的實際速度和理論存在誤差時，往往是由于主軸倍率不正確或者輸出電壓存在零點漂移而引起的。如是后者的原因則可通過相關參數進行調整。 先將指令轉速設為“0”，測量ja40電壓輸出端，調整參數3731（主軸速度偏移補償值），使得萬用表上恩德顯示值為0mv。設

53、定值=1891*偏置電壓（v）/12.5。. 再將指令速度設為主軸最高轉速（參數3741設定的值），測量ja40電壓輸出端，調整參數3730（主軸速度增益）先設定1000，然后測量輸出電壓，調整的設定值=10v*參數3730的設定值/測定的電壓值。使得萬用表上的顯示值為10v。 再次執(zhí)行s指令，確定輸出電壓是否正確。（4）主軸的正反轉控制 在梯形圖中處理的正反轉輸出信號，通過pmc的輸出點控制變頻器的正反轉輸入端子來實現(xiàn)。（5）主軸速度到達檢測 在模擬主軸控制時務吳主軸速度到達信號。注意3708#0（sar）信號必須為1.(6 ) 主軸速度檢測 要進行每轉進給和螺紋切削，需要連接位置編碼器。通

54、過位置編碼器，進行實際的主軸的旋轉速度、以及一轉信號的檢測（螺紋切削中用來檢測主軸上固定點）。位置編碼器的脈沖數可以任意選擇，在參數（no.3720）中進行設定。 在位置編碼器與主軸之間插入齒輪比時，請分別在參數（no.3721，no.3722）中設定位置編碼器側和主軸側的齒輪比。4.2.2手動運行主軸由于手動方式下，主軸按上一次運行的速度運行，所以在運行主軸前，應先在mdi方式下，以一定的轉速運行主軸。按主軸正轉鍵，主軸以上一次的速度（s600）正轉，旋轉主軸倍率開關，觀察主軸轉速的變化，在100%檔時，編碼器反饋的系統(tǒng)轉速應該與指令轉速一致，按下主軸停止鍵，主軸停止；按主軸反轉鍵，主軸反轉運行，按下主軸停止鍵，主軸停止。4.2.3主軸pmc程序設定 主軸pmc程序清單見（附錄二）。4.2.4輔助功能單步鍵：按下此鍵一段一段執(zhí)行程序，該鍵用以檢查程序，其左上角帶有指示燈。跳步鍵：按下此鍵可選程序段跳過，自動操作中按下此鍵，跳過程序段開頭帶有“/”和用“；”結束的程序段，其左上角帶有指示燈?？者\行鍵：自動方式下按下此鍵，各軸不是以程序速度而是以手動進給速度移動，此鍵用于無工件裝夾只檢查刀具的運動，其左上角帶有指示燈。選擇停鍵：執(zhí)行程序中m01指令時，按下此鍵停止自動操作，其左上角帶有指示