FANUC 0i mate C 数控铣床电气控制系统及PLC控制设计基础

1、FANUC 0i mate C 数控铣床电气控制系统及PLC控制设计基础目录 1、FANUC 0i mate C 系统构成 2、系统硬件配置 3、电气控制系统电路图设计 4、 PLC控制程序设计FANUC 0i mate C 系统构成TextTextTextFANUC 0i mate C 系统组成及功能FANUC 0i mate C 系统组成：数控系统（CNC装置）主轴驱动单元进给驱动单元数控机床显示装置及操作面板数控机床辅助装置 welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience

2、上层功能板和下层功能板FANUC 0i mate C 系统功能上层功能板CPU卡：该功能板上安装了系统的主CPU、存储系统引导文件的ROM和动态存储器DRAM等。显卡:视频信号和图形/文字显示信号。轴卡:电动机标准参数和伺服轴的控制信息等。下层功能板 闪存FROM：FROM中装载了系统各种管理和控制软件及机床厂家 的PMC程序和宏管理文件 静态存储器SRAM：SRAM中存储了系统CNC参数、PMC参数、加工程序及各种补偿值。 电源单元模块：为系统提供各种直流电源电压。 TextTextTextFANUC 0i mate C 系统的配置FANUC-Oi Mate MC系统配置系统功能选择:系统功

3、能包括B包功能，具备3个CNC轴控制功能和3轴联动。系统只有基本单元无扩展功能。伺服放大器和电动机:系统伺服为i伺服单元(电源模块、主轴模块和进 给模块为一体)驱动i系列主轴电动机和i 进给伺 服电动机示装置和MDI键盘:系统显示装置为7.2 in黑白LCD,MDI键盘标准配 置为小键盘I/O装置：根据机床特点和要求选择I/O装置机床操作面板：可以选择系统标准操作面板或机床厂家的操作面板附加伺服轴:只能选择一个附加伺服轴 welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experienceFANUC

4、-Oi Mate MC系统配置图 welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experienceFUNUC系统I/O装置LINK的连接图 TextTextTextFANUC 0i mate C 系统的配置FANUC-Oi Mate TC系统配置系统功能选择:系统功能包括B包功能，具备2个CNC轴控制功能和2轴联动。系统只有基本单元无扩展功能。伺服放大器和电动机:系统主轴驱动标准为变频器驱动电动机或变频专用 电动机，系统进给伺服为i伺服单元驱动iS进给 伺服电动机示装置和MDI键盘:系统显示装置

5、为7.2 in黑白LCD,MDI键盘标准配 置为小键盘I/O装置：根据机床特点和要求选择I/O装置机床操作面板：可以选择系统标准操作面板或机床厂家的操作面板附加伺服轴:只能选择一个附加伺服轴 welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experienceFANUC-Oi Mate TC系统配置图 TextTextTextFANUC 0i mate C 系统的功能连接1-CP1 2-FUSE 3-电源单元 4-JA7A 5-JD1A 6-JA40 7-JD36B 8-JD36A 9-CN2 10

6、-CA55 11-CA69 12-系统电源风扇 13-系统存储器电池 welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experienceFANUC 0i mate C 系统的功能连接图系统硬件配置1、主轴电机的选型 本设计要求机床主轴转速达2500r/min,最大转矩=20（N.m）根据要求预选电机的型号为Y2-100L-2，额定功率3KW，额定转速2860r/min，最大转矩/额定转矩2.3。对选型的电机进行检验（2-1）（2-2）预选电机符合要求2、交流异步电动机的调速方法调速有基频向下调速和

7、从基频向上调速：从基频向下调速，为恒转矩调速方式从基频向上调速，近似为恒功率调速方式三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：调速范围大 转速稳定性好 运行时小，效率高频率可以连续调节，变频调速为无级调速从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上 调速，近似为恒功率调速方式。3、变频调速器工作原理和基本构成变频调速器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。变频器结构主要包括三个部分:一是主电路接线端二是控制端子三是

8、操作而板，包括液晶显示屏和键盘通用变频器结构原理图4、变频调速器的选择按电动机额定电流选择，对于连续恒载运转机械所需的变频器 其额定电流可用下式近似计算: :电动机额定电流(有效值)(A) K:电流波形的修正系数.PWM方式时取k=1.051. 1 :变频器的额定电流(A)本机床采用通用FANUC通用变频器作为主轴驱动装置，根据主轴电机型号选择变频器的型号为：FR-S540-3.7KW-CH(R)，额定电流是20A，其适用功率3.7KW，复合要求。5、变频调速器的参数设置例：把Pr.7的设定值从“5秒”变到“10秒” 停止中。 PU操作模式，（按PU/EXT键） 进入参数设定模式3.拨动 设定

9、用旋钮 选择参数号码。 例：Pr.7“加速时间”时 读出现在设定的值 例：显示“5”（出厂设定值）5.拨动 设定用旋钮 变成希望的值 例：设定值从“5”变成“10”时 6.按SET键完成设定。如图2-5所示。图值的设定6、CNC变频调速器的连接框图7、数控机床进给伺服系统的组成和功能特点21伺服电动机伺服放大器机械传动组件检测装置34伺服系统的组成7、数控机床进给伺服系统的组成和功能特点231伺服电动机：进给伺服系统电气执行部件，它是由定子部分、转子和内装编码器组成。伺服放大器：接收系统(伺服轴板)伺服信息传递信号，实施伺服电动机控制，并采集检测装置的反馈信号，实现伺服电动机闭环电流矢量控制及

10、进给执行部件的速度和位置控制。机械传动组件：将伺服电动机的旋转运动转变为工作台的直线运动以实现进给运动的机械传动部件伺服系统的功能特点数控机床进给速度和位置检测装置半闭环控制所谓半闭环控制是指数控机床的位置(如A架的移动位置、工作台的移动位置)反馈为间接反馈，即用丝枉的转角作为位置反馈信号，而不是机床位置的直接反馈4数控机床进给速度和位置检测装置全闭环控制如果数控机床采用分离型位置检侧装置作为位置反馈信号，则进给伺服控制形式为全闭环控制4系统硬件配置8、伺服电机的选型 伺服电机的选型是根据机床进给速度、最大加速度、工作台重量来选择，要求伺服电机最高转速、转动惯量、最大扭矩满足要求。 伺服电机根

11、据伺服轴是水平轴还是重力轴需分别计算选型。 系统硬件配置8、伺服电机的选型本设计机床的X/Y/Z轴快速进给速度10/10/15 m/min，最大加速度X/Y是3 m/,Z轴是1.5m/,X/Y轴工作台和工件的总质量1500kg,Z轴工作台和工件的总质量500kg。减速比1/Z是1/2,滚珠丝杆导程10mm,直径40mm,长度2m。查文献7水平轴电机预选型号is8/3000,额定转速2000r/min,最高转速3000r/min，额定功率1.2KW，最大扭矩15N.m，堵转扭矩7N.m,起始扭矩7N.m,转动惯量0.0012kg.m2。重力轴电机预选型号is4/4000,额定转速3000r/mi

12、n,最高转速4000r/min，额定功率0.75KW，最大扭矩10N.m，堵转扭矩3.5N.m,起始扭矩3.5N.m,转动惯0.00052kg.m2。 系统硬件配置1）水平轴伺服电机的选型 系统硬件配置1）水平轴伺服电机的选型 系统硬件配置1）水平轴伺服电机的选型 水平轴X/Y伺服电机设计符合要求系统硬件配置2）重力轴伺服电机的选型 系统硬件配置2）重力轴伺服电机的选型 系统硬件配置2）重力轴伺服电机的选型 预选电机符合要求 TextTextText9、进给伺服单元的选型 按伺服装置主电路电源输入是交流电还是直流，伺服驱动装置可分为伺服单元和伺服模块。目前主要应用的是 系列伺服单元和i系列伺服

13、单元。本设计选用的伺服电机是i系列电机，所以选用i系列伺服单元。 TextTextText进给伺服单元端子功能FANUC 系统i系列伺服单元接口功能：L1、L2、L3：主电源输入端接口，三相交流电源200V、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：主电源MCC控制信号接口。CX30：急停信号（*ESP）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。 TextTextText进给伺服单元端子功能

14、C0P10A：伺服高速串行总线（HSSB）接口。与下一个伺服单元 的C0P10B连接（光缆）。C0P10B：伺服高速串行总线（HSSB）接口。与CNC系统的 C0P10A连接（光缆）。JX5：伺服检测板信号接口。JF1：伺服电动机内装编码器信号接口。CX5X：伺服电动机编码器为绝对编码器的电池接口。3 电气控制系统设计 1、CNC主板电路设计 2、电源分配电路设计 3、主轴驱动电路设计 4、进给驱动电路设计 5、PLC输入、输出电路设计3 电气控制系统设计变频器的L1、L2、L3分别接电源的三相，STF接口为控制电机正转的端子，STR接口为控制电机反转的端子，2和5与主板的ASP相接，U、V、

15、W接电机的三相，变频器的型号为FR-S540-3.7KW-CH(R)。主轴控制原理图，如图3-1所示。图3-1主轴控制原理图3 电气控制系统设计按下按钮SB1-线圈KA0通电-KA0触头闭合-实现220V交流电到DC24V直流电的转换的电路的通电；QS1是控制整个电路的开关；按下QS2变频器通电并控制主轴电机的动作；按下QS3开关（在KA0触头闭合时）X轴Y轴Z轴的伺服放大器通电；按下QS4开关，DC24V电源供电。供电原理图，如图3-2所示。图3-2供电原理图 CPI:外接直流稳压电源(DC 24 V)。CRT:外接显示器。JDIA(I/0 Link):外接的I/0卡或I/0模块信号接口。J

16、A2(MDI):系统MDI操作链盘接口。CN2:系统操作软键信号接口。JA40(SPHDI):模拟最主轴的速度/高速跳转信号接口，将CNC系 统输出的速度信号(0-10 v)与变频器的摸拟址预率设 定端相连接。JA7A(SP/POS):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 放大器的COP10B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， 该接口又是外接主轴编码器的接口。COPIOA:系统伺服高速总线通信FSSB接口(光缆)，与伺服放大器的 COP1OB连接。主板原理图，如图3-3所示。 3.3 CNC主板接口功能如下：3 电气控制系统设计3.3

17、CNC主板原理图图3-3主板原理图3 电气控制系统设计3.4 X、Y、Z轴伺服放大器 COP10B接X轴的COP10A口，KA4是急停控制开关，ESP失电则实伺服电机急停，24V和0V外接24V直流电源，电阻模块用于制动的时候消耗能力。伺服驱动电气原理图，如图3-4为Y轴的伺服放大器。图 3-4 伺服放大器驱动电气原理图3 电气控制系统设计3.5 开关量输入输出开关量输入原理图1，如图3-5所示。图3-5开关量输入1原理图3 电气控制系统设计3.5 开关量输入输出开关量输入原理图2，如图3-6所示。图3-6开关量输入2原理图3 电气控制系统设计3.5 开关量输入输出开关量输出原理图，如图3-7

18、所示。图3-7开关量输出原理图3 电气控制系统设计3.5 开关量输入输出控制面板结构图原理图，如图3-8所示。图3-8控制面板结构原理图3 电气控制系统设计3.5 开关量输入输出开信号灯原理图，如图3-9所示。图3-9开信号灯原理图表3-1 开关量输入1端口分配M接直流电源0V端11接直流电源24V端X4.0接+X限位开关X4.1接+Z限位开关X4.2接-X限位开关X4.3接-Z限位开关X4.4接漏环启动按钮X4.5进给保持常闭按钮X4.6变压器报警X4.7跳步常开触头X5.0控制开关X5.1控制开关X5.2接+Y限位开关X5.4接-Y限位开关表3-1 开关量输入1端口分配X5.5安全门开关X

19、5.7复位按钮X7.0进给倍率选择开关X7.1进给倍率选择开关X7.2进给倍率选择开关X7.3进给倍率选择开关X7.4工作方式选择开关X7.5工作方式选择开关X7.7工作方式选择开关X8.0工作方式选择开关X8.1轴选择X8.2程序保护X8.3程序保护X8.4急停表3-2 开关量输入2端口分配X8.6负向X8.7正向X9.0X轴减速X9.1轴减速X9.2轴减速X9.3单断X9.4选择停止X9.5主轴正传X9.6主轴停止X9.7主轴反转表3-3 输出端口分配Y0.0主轴正转Y0.1主轴反转Y0.2X轴急停Y0.3故障灯Y0.4选择停止灯Y0.5YZ轴急停Y1.0参考点灯Y1.1跳步灯Y1.2单段

20、灯Y1.3进给保持等Y1.4循环启动灯Y1.5主轴正转灯Y1.6主轴停止灯Y1.7主轴反转灯表3-4 信号灯原理图端口分配4、PLC控制程序设计 数控系统中PLC的信息交换是指以PLC为中心，在PLC、CNC和机床三者之间的信息交换1、CNC传送给PLC的信息主要包括各种功能代码M,S,T的信息2、PLC传送给CNC的信息主包括M ,S ,T功能的应答信息3、PLC向机床发送的信息要是控制机床的执行元件4、机床传送给PIC的信息主要是机床操作面板输人信息和其上各 种开关、按钮的信息4、PLC控制程序设计 4.3FUNUC系统PMC 的功能指令4.1 FUNUC-Oi系统PMC的性能和规格4.4 数控机床PMC控制程序设计内装I/O卡和I/O LINK地址分配及设定4.1 FUNUC-Oi系统PMC的性能和规格 FUNUC-0i系统有OiA系列、OiB系列和OiC系列三种。FUNUC系统OiC系统的PMC可采用SA1或SB7两种类型。本设计选用的是SA1类型内装I/O卡和I/O LINK地址分配及设定 FANUC-Oi系统的输入输出信号控制有两种形式，一种是来自系统内装I/O卡的输入/输出信号，其地址是固定的；另一种是来自外装I/O卡(I/O Link)的抽人/输出信号，其地