0902013352苏俊野毕业设计说明书

1、浙江工业大学博士学位论文毕业设计说明书课题名称： FANUC 0id系统变频主轴设计与调试 学生姓名 苏俊野 学 号 0902013352 二级学院（系） 电气电子工程学院 专 业 机电一体化 班 级 机电 0933 指导教师 黄文广 起讫时间：2012 年2 月12 日2012 年4 月8 日II浙江机电职业技术学院毕业设计说明书FANUC 0id系统变频主轴设计与调试 摘 要 数字控制和模拟量控制是数控系统配置的两种机床主轴控制方式。由于经济型机床对主轴的功率要求不高，可采用变频器实现模拟量控制。矢量控制、V/F控制，直接转矩控制是变频器控制数控机床主轴的主要方式。在以节能为目的，控制精度

2、及动态响应要求不高的场合，使用变频器V/F控制是经济型数控机床的首选方式。本章结合松下(PANASONIC)VF0变频器在AUNUC 0id系统实训数控车床中的应用介绍调速基本原理、PLC程序的设计。数控机床主轴电机及配套变频器的应用以及使用时数控系统和变频器的基本参数设置。关键字：主轴；模拟量控制；变频器；V/F控制； 目 录摘要I目录II第1章 绪论11.1 引言11.2 FANUC 0id数控系统简介11.3 数控机床的系统配置11.4 该数控机床的特点21.5 本课题研究的意义2第2章 变频主轴基本工作原理32.1 变频调速基本原理32.2 FANUC主轴的定位42.3 变频器工作原理

3、8第3章 松下VF0/400变频器的功能、连接与调试103.1 松下变频器简介103.2 变频器的面板及操作说明103.3 端子接线操作说明113.4 工作模式接线及端子说明133.5 变频器参数143.6 变频器主要故障及维修14第4章 基于变频器的主轴控制方案184.1 主轴电气控制电路184.2 模拟主轴的连接图204.3 基于变频器V/F控制的曲线计算20第5章 变频功能设定与参数设置225.1 操作面板各部分的功能225.2 停止状态下的功能设定235.3 运行过程中的功能设定24第6章 系统PMC编程256.1 可编程控制器（PLC）246.2 FANUC数控系统PMC功能的妙用2

4、46.3 PMC地址266.4 主轴功能的处理276.5 主轴地址分配29第7章 主轴调试与故障分析307.1主轴速度调试307.2 主轴通用变频器常见报警及故障处理307.3 软件故障35第8章 结论36参考文献37致 谢39附 录40附 录1 PMC程序4035浙江机电职业技术学院毕业设计说明书 第1章 绪论1.1引言随着现代机械制造业水平的发展，数控机床普及率日益提高。数控车床是数控机床的主要品种之一，他在数控机床中占有非常重要的位置，一直受到世界各国的普遍重视，并得到了迅速的发展。主轴是车床构成中的一个重要的部分，气功率消耗约占机床总功率70%80%，其性能直接影响到机床的加工效率、加

5、工材料范围。加工质量等。数控系统需要控制主轴的转速、转矩、位置等。通常中高档机床使用变频器矢量控制主轴，具有控制精度高、低速时转矩大、动态响应好的特点。但在主轴功率不大、对控制进度和动态响应要求不是很高的情况下，数字主轴就显得成本太高。这时可采用数控系统的模拟主轴控制，用普通的交流变频器以V/F方式控制交流变频电机来实现对主轴控制，由于其优越的性价比得到广泛应用。 1.2 FANUC 0id数控系统简介该系统源自于FANUC目前在国际市场上销售的高端CNC 30i/31i/32i系列，性能上比0i-C系列提高了许多，包括：硬件上采用了更高速的CPU，提高了CNC的处理速度；标配了以太网；控制软

6、件根据用户的需要增加了一些控制与操作功能，特别是一些适于模具加工和汽车制造行业应用的功能，如：纳米插补、存储卡上程序编辑、PMC的功能块等。该系统是高性价比、高可靠性、高集成度的小型化系统。其中主轴采用松下（PANASONIC）VF0型变频器，主轴电机采用高可靠性、高性能的交流伺服电机ai系列电机。主板模块包括主CPU、内存、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模块包括电源、I/O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。1.3 数控系统的发展及机床的特点（一）数控系统的发展随着微电子技术和计算机技术的飞速发展。

7、数控系统的功能不断的增多、柔性不断增强、性能价格比不断提高。当前数控系统正朝着下面几个方面发展。1.高速度、高精度化2.智能化数控系统应用高技术的重要目标是智能化。智能化主要体现以下几个方面：（1）自适应控制技术（2）附加人机会话自动编程功能（3）具有设备故障自诊断功能1.小型化2.计算机群控3.具有更高的通信功能（二）机床的特点（1）系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。 （2）具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为045，相对湿度为75。 （3）有较完善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路

8、。 （4）FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。 （5）提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。 （6）具有很强的DNC功能。系统提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。 （7）提供丰富的维修报警和诊断功能。FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。 第2章 变频主轴基本工作原理2.1 变频调速基本原理变频调速技术是现代电力传动技术的重要

9、发展方向，而变频器作为变频调速系统的核心，其性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素。从交流变频调速系统结构上看交流变频系统可分为交交直接变频系统和交直交间接变频系统，本系统设计采用了交直交间接变频，其中又采用PWM型逆变器可以减少输出谐波。由异步电动机工作原理可知异步电机的转速方程是：式中：电动机的极对数；转差率；电源的频率；电动机转速；所以从这个公式就可以看出，要想改变电动机的转速，可以改变f，s，p这三个量中的任意一个，就能够实现调速，其中改变电源频率f是比较方便和有效的方法，只要改变了电源频率f就能够改变电动机的转速。2.2 FANUC主轴的定位1简介：车床主轴定位（或成为主轴分度），不

10、同于主轴定向，定向是一点定位，靠 PMC 来完成。 而定位是任意角度定位，且由 NC 来实现的，相当于 C 轴。该功能是车床通过主轴电机 侧的 MZi 传感器或与主轴连接的位置编码器实现的（模拟主轴只能通过编码器来检测 C 轴位置），与 CS 轮廓控制功能相比，其定位分辨率为 0.088 度，且不能与其他轴插补， 但检测器用的电机侧的或是位置编码器，所以安装简单。通常，定位完成后，主轴由机 械夹紧。2系统配置：1）串行主轴使用电机内置 MZI传感器如图2-1：图2-1 串行主轴2）串行主轴使用外置编码器（1024 脉冲）如图2-2：图2-2 串行主轴3) 模拟主轴，使用外置编码器（1024 脉

11、冲） 变频器必须能够接受正/负模拟电压（+/-10VDC）如图2-3：图2-3 模拟主轴 3.参数设定：（1）下表为功能参数：参数号意义设定值备注8133#1主轴定位功能有效18130系统控制轴数3X，Z，C 三轴表2-1 功能参数（2）下表为轴名称和显示：参数号意义设定值备注1005#0开机后没有返回参考点不报警1C 轴设定1006#0C 轴为旋转轴1C 轴设定1010NC 轴数3C 轴为 NC 轴1020轴名称67C 轴设定1022轴属性0C 轴设定1023伺服轴轴号-1C 轴设定1260旋转轴一转移动量360000C 轴设定表2-2 轴名称和显示 （3）下表为速度和加减速时间：参数号意义

12、设定值备注1420快速移动速度2000C 轴设定1421F0 速度600C 轴设定1425回零低速600C 轴为 NC 轴1620快速移动时间常数50-200C 轴设定1621快速移动时间常数 T250-100C 轴设定1816检测倍乘比（4 倍）01110000C 轴设定1820指令倍乘比（1）2C 轴设定1821参考计数器容量10000C 轴设定1826到位宽度20-100C 轴设定1828运动时位置误差限制10000C 轴设定1829停止时位置误差限制200-500C 轴设定1850栅格偏移量200-500C 轴设定3405#4倒角编程不使用 C0表2-3 速度和加减速时间（4）下表为位

13、置检测器相关（对于模拟主轴不需要设定）：参数号意义设定值备注4002#1外置编码器1当使用编码器定位时4002#0使用电机内置编码器1当使用电机 MZi内置传感器4010#0使用电机内置编码器1当使用电机 MZi 内置传感器4015定向有效1当使用电机 MZi 内置传感器表2-4 位置检测器相关（5）下表为定位相关参数：参数号意义设定值备注4960指定主轴定向的M代码80可根据自己实际修改4961取消主轴定位方式的 M 代码81可根据自己实际修改4962指定主轴定位角度 M 代码90可根据自己实际修改4963主轴定位基本角度45可根据自己实际修改4964主轴定位 M 代码数量8可根据自己实际修

14、改表2-5 定位相关参数4下表为PMC 信号：地址信号名意义备注G28#6SPSTP主轴定位信号F38#1SUCLP主轴松开该信号输出时，在机械上松开主轴抱闸G28#4*SUCPF主轴松开结束确认主轴松开F38#0SCLP主轴夹紧该信号输出时，在机械上夹紧主轴，抱闸起作用G28#5*SCPF主轴夹紧结束主轴夹紧确认F94#3ZP3主轴定向结束假定 C 轴为第三轴X1#0SUCLP_X松开到位检测外部确认开关X1#1SUCLP_X夹紧到位检测外部确认开关Y1#0SCLP_Y主轴松开夹紧输出阀0：松开1：夹紧外部动作表2-6 PMC 信号5动作过程： 实际动作过程，执行 M80，主轴进入 spin

15、dle position control (可通过主轴监视画面看出)， 给出松开阀输出，松开到位检测为 1，主轴旋转，找到一转信号停止，主轴电机励磁,执行 M90（45 度）,电机旋转至 45 度，再指令 M90，再转 45度，到 90 度停。M9097并不是电机一圈八个位置的定位，而是各自代表45度倍数的增量定位指令，譬如M90 是 45 度，每指令一次，就在当前位置走 45 度。同样 M91 就是 90 度，M92 就是135 度,M96 就是315 度，M97就是 360 度。执行 C 或 H 指令时，由于分辨精度是 360/40960.088 度，所以假如指令 C0.001 程序可 以

16、执行，但实际电机并没有移动，定位精度只能到 0.1 度左右.M81 取消定位方式，变为普通的主轴速度控制方式。设参数 4950#0 IOR 1：复位时主轴 定位方式解除。同时 G28.6 中串入 F1.1 复位信号。2.3 变频器工作原理 变频器主电路如下图2-4示。主电路的功能是把固定频率为50Hz交流电转换为频率连续可调的三相交流电，主要包括交直电路汇总，三相交流电源通过变频器的电源接线端（R、S、T）输入到变频器内，利用整流器VS把交流电转换为直流电。当电容CF电压达到基准时，辅助电源动作，输出直流控制电压。直流继电器MCC获电，常开触点闭合，限流电阻RF被短路，完成交直电路转换。直交电

17、路中，由VS转换的直流电压经过短路保护熔断器F1加到逆变模块VT，在通过SPWM正弦波脉宽调制驱动电路控制VT输出频率可调的三相调制波Ua、Ub、Uc（如图2-2）至U、V、W端子。制动单元电路由制动开关管VB、二极管DB及B1、B2端子之间外接制动电阻组成，外接制动电阻的功率与阻值需根据电动机的额定电流及工作情况进行选择。图 2-4 变频主电路示意图目前较为广泛使用的变频调速系统是恒幅值PWM型变频。SPWM就是调制解调波（调频和调压叠加后一个波型)。是用来控制变频器内部的可控硅的（逆变桥）。从而得到一个可以等效为正弦波而的一输出电压来控制电机。由二极管整流器、滤波电路和逆变器组成。交流电压

18、经过二极管整流器整流作用后，将恒定不变的直流电压输入逆变器，通过调节逆变器的脉冲宽度和输出交流电的频率实现调压调频，最后将得到的交流电供给负载。该方法的实现主要有两种方法：（1）等面积法.该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算 出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不 能实时控制的缺点。（2）硬件调制法。硬件调制法是为解

19、决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过对载波的调制得到所期望的PWM波形.通常采用等腰三角波作为载波,当调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形.其实现方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成SPWM波.但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制。下图是SPWM调制信号示意图。图2-5 SPWM调制信号示意图浙江机电职业技术学院毕业设计说明书第3章 松下VF0/400变频器的功能、连接与调试3.1 松下变频器简介 松下变频器的全称

20、是“松下交流变频调速器”，是由松下集团研发、生产、销售的，主要用于控制和调节三相交流异步电动机的速度。松下变频器VFO系列特点 ：1、小巧：为了满足各类机器小型化的需要，我们实现了同类产品中最小型化；体积仅是我公司过去产品的4056； 2、操作简单：采用了新设计的调频电位器，使调频操作简单轻松；而且用操作盘就可容易地操作正转/反转； 3、可由PLC直接调节频率：可直接接收PLC的PWM信号并可控制电动机频率；同时可与我公司PLC(FP0等)配套使用，无需模拟I/O单元； 4、功能齐全的小型产品：8段速控制制动功能；再试功能；根据外部SW调整频率增减和记忆功能；再生制动功能的充实；400V系列型

21、:内置制动电路；200V系列型:内置0.4-1.5kW电阻；0.2kW电路没有制动电阻；0.4kW是外部设置的同包装电阻。3.2 变频器的面板及操作说明变频器的面板见图3-1：图3-1 变频器操作面板变频器操作说明见下表：RUN（运行）键是变频器运行的键STOP（停止）键是变频器停止运行的键MODE（模式）键切换“输出频率”、“电流显示”、“频率设定”、“监控”、“旋转方向设定”、“功能设定”等各种模式以及将数据显示切换为模式显示所用的键SET（设定）键切换模式和数据显示以及存储数据所用建。在“输出频率”、“电流显示模式”下，进行频率显示和电流显示的切换UP（上升）键改变数据或输出频率以及利用

22、操作板使其反转运行时，用于设定正转方向DOWN（下降）键改变数据或输出频率以及利用操作板使其正转运行时，用于设定反转方向频率设定钮用于操作板设定运行频率而使用的数据显示部位显示输出频率，电流，线速度，异常内容，设定功能是的数据及其参数表3-1 变频器操作说明3.3 端子接线操作说明变频器的接线操作说明见下图3-2：图3-2 变频器接线图其中断路器的过电流自动跳闸为完全电磁式时，会产生高谐波过热，必须将负荷率选择到50%以下。3.4 工作模式接线及端子说明模式接线如下图3-3：图3-3 模式接线图端子功能说明如下表3-2：端子No.端子功能关联数据1频率设定用电位器连接端子（+5V）P092频率

23、设定模拟信号的输入端子P093（1）、（2）、（4）（9）输入信号的共用端子4多功能模拟信号输出端子（0-5V）P58、595运行/停止、正转运行信号的输入端子P086正转/反转、反转运行信号的输入端子P087多功能输入信号SW1的输入端子P19、20、218多功能输入信号SW2的输入端子PWM控制的频率切换用输入端子P1921P22249多功能输入信号SW3的输入端子PWM控制的PWM信号输入端子P1921P222410开路式集电极输出端子（C：集电极）P2511开路式集电极输出端子（E:发射极）P25A继电器接点输出端子（NO:出厂配置）P25B继电器接点输出端子（NO:出厂配置）P26C

24、继电器接点输出端子（COM）P26表3-2 端子功能3.5 变频器参数变频器主要参数如下表3-3：P01第一加速时间（秒）0/0.199905.0P02第一减速时间（秒）0/0.199905.0P03V/F方式50/60/FF50P04V/F曲线0/10P05力矩提升（%）04004P06选择电子热敏功能0/1/2/32P07设定热敏继电器电流（A）0.1100*P08选择运行指令050P09频率设定信号050表3-3 变频器主要参数表3.6 变频器主要故障及维修 变频器主要故障及维修如下表3-4 故障现象可能原因处理方法电动机不运转CNC无速度信号输出检测速度给定信号，检查系统参数主轴驱动器

25、故障1)是否有报警错误代码显示，如有报警，对照相关说明书解决（主要有过流、过、过压、欠压以及功率块故障等）。2)频率指定源和运行指定源的参数是否设置正确。 3)智能输入端子的输入信号是否正确。变频器输出端子U、V、W不能提供电源电源是否已提供给端子运行命令是否有效？RS（复位）功能或自由运行停车功能是否处于开启状态负载过重电动机负载是否太重主轴电动机故障电机损坏电动机反转输出端子U/T1，V/T2和W/T3的连接是否正确使得电动机的相序与端子连接相对应，通常来说：正转（FWD）UVW，和反转（REV）UWV电动机正反转的相序是否与U/T1，V/T2和W/T3相对应控制端子（FW）和（RV）连线

26、是否正确端子(FW）用于正转，（RV）用于反转电动机转速不能到达如果使用模拟输入，电流或电压“O”或“OI”检查连线检查电位器或信号发生器负载太重减少负载重负载激活了过载限定（根据需要不让此过载信号输出）系统参数设置错误检查相关参数转动不稳定负载波动过大增加电动机容量（变频器及电动机）电源不稳定解决电源问题该现象只是出现在某一特定频率下稍微改变输出频率，使用调频设定将此有问题的频率跳过过流加速中过流检查电动机是否短路或局部短路，输出线绝缘是否良好延长加速时间变频器配置不合理，增大变频器容量减低转矩提升设定值恒速中过流检查电动机是否短路或局部短路，输出线绝缘是否良好检查电动机是否堵转，机械负载是

27、否有突变变频器容量是否太小，增大变频器容量电网电压是否有突变减速中或停车时过流输出连线绝缘是否良好，电动机是否有短路现象延长减速时间更换容量较大的变频器直流制动量太大，减少直流制动量机械故障，送厂维修。短路对地短路检查电动机连线是否有短路检查输出线绝缘是否良好送修过压停车中过压 延长减速时间，或加装刹车电阻 改善电网电压，检查是否有突变电压产生 加速中过压恒速中过压减速中过压低压检查输入电压是否正常检查负载是否突然有突变是否缺相变频器过热检查风扇是否堵转，散热片是否有异物环境温度是否正常通风空间是否足够，空气是否能对流变频器过载连续超负载150一分钟以上检查变频器容量是否配小，否则加大容量检查

28、机械负载是否有卡死现象V/F曲线设定不良，重新设定电动机过载连续超负载150一分钟以上机械负载是否有突变电动机配用太小电动机发热绝缘变差电压是否波动较大是否存在缺相机械负载增大电动机过转矩机械负载是否有波动电动机配置是否偏小主轴转速与变频器不匹配参数设置不正确1）最大频率设定是否正确。2) 验证V/F设定值与主轴电机规格是否相匹配。3）确保所有比例项参数设定正确。主轴与进给不匹配（螺纹加工时）主轴编码器有问题1）CRT画面有报警显示。2）通过PLC状态显示观察编码器的信号状态。3）用每分钟进给指令代替每转进给指令来执行程序，观察故障是否消失。表3-4 变频器主要故障及维修浙江机电职业技术学院毕

29、业设计说明书第4章 基于变频器的主轴控制方案4.1 主轴电气控制电路Fanuc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）。特别的，这两种接口Fanuc 0i都具备，主轴串行输出接口能够控制两个串行主轴，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； 如图4-1为主轴控制主电路，其中包括变频器，交流伺服电机、编码器。主要控制轴的正反转以及电动机的转速。图4-1 主轴控制电路其中编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以

30、通讯、传输和存储的信号形式的设备。 编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者成为码盘，后者称码尺按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”，通过“1”和“0”的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。目前主轴速度检测最常用的做法是采用脉冲编码器作为检测元件，器作用有三：其一是用于主轴速度测量。其二是用于主轴与伺服轴配合运动。其三是用于主轴准停。相关的主轴控制单元直

31、接控制的不同点用于主轴串行输出接口的主轴控制单元用于主轴模拟输出接口的 主轴控制单元主轴控制单元的参数作为CNC 的参数指定（40004351/ S1，S2）传送到主轴控制单元后使用由主轴控制单元直接指定主轴控制单元的控制信号通过CNC 连接到PM CG0070G0073 和 F0045F0048： 第一主轴的地址 G0074G0077 和 F0049F0052： 第二主轴的地址通过外部接点连接到PMC主轴速度指令接口0最高主轴电机速度 范围内的数字数据010V 的模拟电压（不包括偏移电压的调整部分）位置编码器接口通过主轴控制单元连接到CNC直接连接到CNC4.2 模拟主轴的连接图如图4-2，

32、使用系统的模拟主轴控制方式，即通过JA40端口链接变频器控制电动机，位置编码器通过JA41端口反馈电动机的转速。图4-2 主轴连接4.3 基于变频器V/F控制的曲线计算任何特性的 U f 线选用，都必须通过功能参数的设置来实现。松下VF0400变频器的有关参数如下表：参数设定值名称备注P040恒定转矩用于机械等1平方转矩用于风扇等P05040力矩提升数值越大，转矩越大表4-1 模式参数4-3-1 恒转矩模式： 4-3-2 平方转矩模式： 图4-3 横转矩模式 图4-4 平方转矩模式4-3-3 可设定与符合特性相应的力矩提升图4-5 可设定力矩提升恒转矩负载的特点是负载转矩与转速无关，任何转速下

33、转矩总保持恒定或基本恒定。通用变频器（V/F控制），利用恒转矩模式提升功能（如图4.5），既能满足低俗启动和低速稳定运行的需要，又不会过励磁。平方转矩模式随着转速的降低，它所需要的转矩以平方的比例减小，所以低频时的负责电流很小，即使使用普通异步电动机也不会发生过热现象。由以上三图可知，当经济型数控机床经过计算选择好电动机转矩时，可通过改变变频器才参数设置，对其进行很好的控制。浙江机电职业技术学院毕业设计说明书第5章 变频功能设定与参数设置5.1 操作面板各部分的功能部件功能数码管显示可显示输出频率、电流、速度、异常内容、设定功能时的数据和参数号等RUN（运行）键内部运行方式时，按此键可使变频器

34、开始运行STOR（停止）键内部运行方式时，按此键可使变频器停止运行MODE（模式）键切换数码管显示的内容、功能设定SET（设置）键切换模式和数据显示以及存储数据；进行电流显示和频率显示的切换。UP（上）键改变数据或输出频率以及利用操作面板使其正向运行时，用于设定正转方向DOMN（下）键改变数据或输出频率以及利用操作面板使其反向运行时，用于设定反转方向频率设定旋钮用操作面板设定频率而使用的旋钮 运行方式：VFO超小型变频器有内部运行和外部运行两种运行模式。内部运行模式由操作面板上的各种控制键实现变频器频率的设定和运行、停止以及正、反转控制。外部运行模式用连接在1、2、3端子上的外部电位器设定变频

35、器的频率以及用连接在5、6与3之间的开关闭合、断开来控制变频器的运行、停止和正反转。参数的设定方法与步骤如下：1） 按“STOP”键，使变频器停止运行，显示器上显示“0 0 0”；2） 按n次“MODE”键，使显示器上显示“P01”为1止；3） 按“上”或“下”键，使显示器显示所需设定的参数号（如要设定参数P08，则显示P08）；4） 按一下：“SET”键，显示器显示该参数原有的设定值；5） 按“上”或“下”键，使显示器上显示要设定的值；6） 按一下“SET”键，确定设定值；7） 如果要设定其它参数，重复3）、4）、5）、6）步骤；如果所有需要设定参数都设定好，按一下“MODE”键。5.2 停

36、止状态下的功能设定 设定例：最大频率由50HZ改变为60HZ的示例，见下图5-1：图5-1变频器最大频率设定5.3 运行过程中的功能设定运行过程中可改变数据的参数，见下表5-1：名称变频参数名称变频参数P01,02第一加速，减速间P56,57偏置增益频率P05，42力矩提升，第二力矩提升P59模拟量PWM输出修正P2931点动频率，加速、减速时间P61线速度倍率P3238第28速频率P64载波频率P39,40第二加速，减速间表5-1运行过程中可改变数据的参数设定例：力矩提升由5（%）改变为15（%）的示例，见下图5-2：图5-2变频器力矩提升设定第6章 系统PMC编程6.1 可编程控制器（PL

37、C）可编程控制器是一种数字运算电子系统，专为工业环境下运用而设计，它采用可编程序的存储器，用于执行逻辑运算、顺序可能告知、定时、计数和算数运算等特定功能的用户指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类机械生产过程。PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT 模块。PLC 具有如下特点： （1）高可靠性 （2）丰富的I/O 接口模块（3）采用模块化结构（4）编程简单易学（5）安装简单维修方便6.2 FANUC数控系统PMC功能的妙用FANUC 数控系统以其高质量、低成本、高性能 , 得到了广大用户的认可 , 在我公司得到了大量的使用 , 就其系统本身而言

38、 , 经受了连续长时间的工作考验 , 故障率较低。而故障多发于外围行程、限位开关等外围信号检测电路上。 在实际工作中 , 了解和熟悉 FANUC 系统丰富的操作功能 , 对外围故障的判断和排除有着事半功倍的作用。 在这里 , 举例谈一下使用FANUC 系统内嵌的强大、易用的 PMC 功能对外围故障的快速判断和排除。 功能 1 ： 操作方法 : 按功能键 |SYSTEM| 切换屏幕按|PMC|软键 , 再按相应的软键 , 便可分别进入 |PMCLAD| 梯形图程序显示功能、|PMCDGN| PMC的 I/0 信号及内部继电器显示功能 、|PMCPRM| PMC 参数和显示功能。 应用实例 : 本

39、公司的一台日本立式加工中心使用 FANUC 18i 系统 , 报警内容是 2086 ABNORMAL PALLET CONTACT(M/C SIDE), 查阅机床说明书 , 意思是“加工区侧托盘着座异常 , 检测信号的 PMC 地址是 X6.2 。该加工 中心的 APC 机构是双托盘大转台旋转交换式 , 观察加工区内堆积了大量的铝屑 , 所以判断是托盘底部堆积了铝屑 , 以至托盘底座气检无法通过。但此时报警无法消除 , 不能对机床作任何的操作。在FANUC系统的梯形图编程语言中规定 , 要在屏幕上显示某一条报警信息 , 要将对应的信息显示请求位 (A 线圈 ) 置为 1, 如果置为 0 ，则清

40、除相应的信息。也就是说 , 要消除这个报警 , 就必须使与之对应的信息显示请求位 (A), 置为 0 。按|PMCDGN|STATUS|进入信号状态显示屏幕 , 查找为 1 的信息显示请求位 ( A）时 , 查得 A10.5 为 1 。于是 , 进入梯形图程序显示屏幕 |PMCLAD|, 查找 A10.5 置位为 1 的梯形图回路 , 发现其置位条件中使用了 一个保持继电器的K9.1 常闭点 , 此时状态为 0 。查阅机床维修说明书 ,K9.1 的含义是 : 置 1 为托盘底座检测无效。 故障排除过程 : 在 MDI 状态下 , 用功能键 |OFFSET SETTING| 切换屏幕 , 按|S

41、ETTING|键将 参数写人 设为 1, 再回到|PMCPRM| 屏幕下 , 按 |KEEPRL| 软键进入保持型继电器屏幕 , 将 K9.1 置位为 1 。按报警解除按钮 , 这时可使 A10.5 置为 0, 便可对机床进行操作。将大转台抬起旋转 45度, 拆开护板 , 果然有铝屑堆积 , 于是将托盘底部的铝屑清理干净。将 K9.1 和 参数写人 设回原来的值 0 。多次进行 APC 操作 , 再无此报警 , 故障排除。 功能 2 ： 在 FANUC系统的梯形图编程语言中 ,F 是来自 NC 侧的输入信号 (NC PMC), 而 G 是由 PMC 输出到 NC 的信 号 (PMC NC)。其

42、中 ,G130 是 PMC 输出到 NC 侧的各轴互锁信号 , 当其中某一位被置为 1 时 , 允许对应的伺服轴移动 ；为 0 时 , 禁止对应的伺服轴移动。 应用实例 : 一国产加工专机使用 FANUC21M 系统 , 执行原点返回的 NC 程序时 , 当执行到 G91 G28 GOO ZO; 时 ,Z 轴无动作 ,CNC 状态栏显示为 MEM STRT MTN *, 即 Z 轴移动指令已发出。用功能键|MESSAGE| 切换屏幕 , 并无报警信息。用功能键 |SYSTEM| 切换屏幕 , 按“诊断”软键 , 这时005(INTERLOCK/START-LOCK) 为 1, 即有伺服轴进入了

43、互锁状态。 故障排除过程 : 进入梯形图程序显示功能屏幕 , 发现与 Z 轴对应的互锁信号 G130.0 的状态为 0, 即互锁信号被输入至 NC, 检查其互锁原因 , 发现是一传感器被铝屑污染。擦拭后 , 将 G130.0 置为 1, 互锁解除 , 重新启动 原点返回的 NC 程序 , 动作正常 , 故障排除。 功能 3 ： PMC 中的眼踪功能 (TRACE) 是一个可检查信号变化的履历 , 记录信号连续变化的状态 , 特别对一些偶发性的、特殊故障的查找、定位起着重要的作用。用功能键 |SYSTEM| 切换屏幕 , 按|PMC|软键 |PMCDGN| TRACE|即可进入信号跟踪屏幕。 应

44、用实例 : 某国产加工中心使用的是 FANUC Oi 系统。在自动加工过程 ,NC 程序偶尔无故停止 , 上件端托盘已装夹好的夹爪自动打开 ( 不正常现象 ),CNC 状态栏显示 MEM STOP * , 此时无任何报警信息 , 检查诊断画面 , 并未发现异常 , 按 NC 启动便可继续加工。经观察 ,CNC 都是在执行 M06( 换刀 ) 时停止 , 主要动作是 ATC 手臂旋转和主轴 ( 液压 ) 松开 / 拉紧刀具。 故障排除过程 : 使用梯形图显示功能 , 追查上件侧的托盘夹爪 (Y25.1) 置为 1 的原因 ( 估计与在自动加工过程 , 偶尔无故停止故障有关 ) 。经查 , 怀疑与

45、一加工区侧托盘夹紧的检测液压压力开关 (X1007.4) 有关。于是 , 使用|TRACE|信号跟踪功能 , 在自动加工过程中 , 监视 X1007.4的变化情况。当 NC 再次在 M06 执行时停止 , 在|TRACE|屏幕上 , 跟踪到 X1007.4在 CNC 无故停止时的一个采样周期从原来的状态 1 跳转为 0, 再变回 1, 从而确认该压力开关有问题。调整此开关动作压力 , 但故障依旧。于是将此开关更换 , 故障排除。事后分析 , 引起这个故障原因是主轴松开 / 夹紧工具时 , 液压系统压力有所波动 ( 在合理的波动范围内 ), 而此压力开关作出了反应以致造成在自动加工过程中 ,NC

46、 程序偶尔无故停止的故障。 FANUC 系统可以分为两部分 : 控制伺服电动机和主轴电动机动作的系统部分和控制辅助电气部分的 PMC 。PMC 与 PLC 非常相似 , 因为专用于机床 , 所以称为可编程序机床控制器。与传统的继电器控制电路相比较 ,PMC 的优点有 : 时间响应快 , 控制精度高 , 可靠性好 , 控制程序可随应用场合的不同而改变 , 与计算机的接口及维修方便。另外 , 由于 PMC 使用软件来实现控制 , 可以进行在线修改 , 所以有很大的灵活性 , 具备广泛的工业通用性。FANUC0i系统使用的 PMC 有 PMC-L 和 PMC-M 两种型号 , 它们所需硬件不同 ,

47、性能也有所区别 。PMC-M 需要一块专门的电路板 , 地址范围也有所扩大 , 使用时请注意。6.3 PMC地址地址用来区分信号。不同的地址分别对应机床侧的输入，输出信号，CNC侧的输入输出信号，内部继电器，计数器，保持型继电器和数据表。下表6-1为地址字母与信号的对应关系：字母信号的种类X机床向PMC的输入信号YPMC向机床的输出信号FNC向PMC的输入信号GPMC向NC的输出信号R内部继电器C计数器表6-1 PMC地址地址G和F的信号，由CNC控制软件决定其地址。例如，自动运转启动信号ST的地址是G0007.2。急停信号（*ESP）和跳转信号（SKIP）等，由于受PMC扫描时间的影响使处理

48、缓慢，故而由CNC直接进行读取。这些地址输入信号的X地址确定的。 图6-1 PMC执行顺序程序6.4 主轴功能的处理图6-2 主轴功能的处理作为主轴的控制分两类（如图6-1）：一类是串行总线；一类是模拟主轴控制。模拟主轴就是数控系统输出模拟电压信号，后级采用普通的交流变频器和交流变频电机来实现主轴控制。数控装置在执行来自控制面板或者零件加工程序中的主轴运行指令（如M03 S1000）时，先将主轴运行指令进行编译、运算和逻辑处理后从数控装置的主轴驱动接口输出速度信号作为变频器的模拟给定，主轴速度信号大小一般为010V的模拟信号。6.5 主轴地址分配主轴的主要地址分配如表6-2：名称地址主轴急停*

49、G71.1机床准备好*G70.7主轴停止*G29.6主轴倍率*G30表6-2 主轴地址分配在输入程序的过程中，要注意程序的级别和输入输出的信号处理。程序的开头到END1命令之间为第一级程序。系统每隔8毫秒进行读取的程序，主要是处理急停、跳转、超程等紧急动作。在PMC程序中，使用的编程语言是梯形图（LADDER），对于PMC程序的执行，可以简单的总结为，从梯形图的第一行程序开始，由上到下，由左到右的原则执行程序。到达梯形图结尾后在返回到梯形图的开头，循环往复。第7章 主轴调试与故障分析7.1 主轴速度调试设置好相应的参数以及写好PMC程序后可以进行速度误差的调整。当主轴的实际速度和理论速度存在误

50、差时，往往是由于主轴倍率不正确或者输出电压存在零点漂移而引起的。如是后者的原因则可通过相关参数进行调整。先将指令转速设为“0”，测量JA40电压输出端，调整参数3731（主轴速度偏移补偿值）使得万用表上的显示值为0mv。设定值=。再将指令速度设为主轴最高转速（参数3741设定的值），测量JA40电压的输出端，调整参数3730（主轴速度增益），先设定为1000，然后测量输出电压。调整的设定值=使得万用表上的显示值为10v。再次执行S指令，确认输出电压是否正确。7.2 主轴通用变频器常见报警及故障处理1、通用变频器常用报警及保护为了摆正驱动器的安全，可靠的运行，在主轴伺服系统出现故障和异常情况时，

51、设置了较多的保护功能，这些保护功能与主轴驱动器的故障检测与维修密切相关。当驱动器出现故障时，可以根据保护功能的情况，分析故障原因。（1）接地保护。 在伺服驱动器的输出线路以及主轴内部等出现对地短路时，可以通过快速熔断器切断电源，对驱动器进行保护。（2）过载保护。当驱动器、负载超过额定值时，安装在内部的热开关货主回路的热继电器将动作，对过载进行保护。（3）速度偏差过大报警。当主轴的速度由于某种原因，偏离了指定速度且达到一定的误差后，将产生报警，并进行保护。（4）瞬时过电流报警。 当驱动器中由于内部短路、输出短路等原因产生异常的大电流时，驱动器将发出报警并进行保护。（5）速度检测回路断线或短路报警。 当测速发电机出现信号断线或短路时，驱动器将产生报警并进行保护。（6）速度超过报警。当检测出的主轴转速超过额定值的115%，驱动器将产生报警并进行保护。（7）励磁监控。 如果主轴励磁电流过低或无励磁电流，为防止飞车，驱动器将产生报警并进行保护。（8）短路保护。档主回路发生短路时，驱动器可以通过相应的快速熔断器进行保护。（9）相序报警。当三相输入电压源相序不正确或缺相状态时，驱动器将产生报警。驱动出现保护性的故障时（也称报警），首先通过驱动器自身的指示灯以报警的形式反映出内容，如下图表格： 报警名称