FANUC0iMate数控系统主轴驱动的连接.doc

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010VCNC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 参数号 符号 意义 0i-Mate 3701/1 ISI 使用串行主轴 O 3701/4 SS2 用第二串行主轴 O 3705/0 ESF S和SF的输出 O 3705/1 GST SOR信号用于换挡/定向 3705/2 SGB 换挡方法AB 3705/4 EVS S和SF的输出 O 3706/4 GTT 主轴速度挡数T/M型 3706/67 CWM/TCW M03/M04的极性 O 3708/0 SAR 检查主轴速度到达信号 O 3708/1 SAT 螺纹切削开始检查SAR O 3730 主轴模拟输出的增益调整 O 3731 主轴模拟输出时电压偏移的补偿 O 3732 定向/换挡的主轴速度 O 3735 主轴电机的允许最低速度 3736 主轴电机的允许最低速度 3740 检查SAR的延时时间 O 3741 第一挡主轴最高速度 O 3742 第二挡主轴最高速度 O 3743 第三挡主轴最高速度 O 3744 第四挡主轴最高速度 O 3751 第一至第二挡的切换速度 3752 第二至第三挡的切换速度 3771 G96的最低主轴速度 O 3772 最高主轴速度 O 4019/7 主轴电机初始化 O 4133 主轴电机代码 O 1FANUC 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37066、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。 F01C30 分别是频率设定频率设定 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 DC010V 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04095。 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GTTNO.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M3M4之前在某些严格要求的场合S指令要写在M3M4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M3M4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032767。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GTTNO.37064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04095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032767。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系统系列电源模块的端子功能 图5-9 FANUC 的系列的电源模块 DC 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。 状态指示窗口 绿色表示电源模块控制电源工作 红色表示电源模块故障 表示电源模块未启动 表示电源模块启动就绪 表示电源模块报警信息 控制电路电源输入200V、3.5A 交流输出该端口与主轴模块的 /均为输出 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。 JX1B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。 CX3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。 CX4ESP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。 再生制动电阻的选择开关 检测脚的测试端IRIS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。 八 三相交流输入一般与三相伺服变压器输出端连接。 2、FANUC系统系列电源模块的连接 图5-10 FANUC系统系列电源模块的连接 3、FANUC系统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 系列FANUC 0i主轴模块各指示灯和接口信号的定义 图8-6为SPM15主轴模块。 SPM15主轴模块各指示灯和接口信号的定义如下 1TBl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。 2STATUS表示LED状CX1A交流200V控制电源输入连接到机床控制变压器 DC LinkDC300V输出连接到主轴模块及进给模块 CX1B交流200V电压输出连接到主轴模块的CX1A JX1B模块之间信息连接连接到主轴模块的JX1A CX4系统急停信号连接到机床面板的急停开关 L1、L2、L3三相交流电源输入经接触器连接到伺服变压器 CX2A、CX2B直流电压DC24V输出连接到主轴模块的CX2A CX3MCC动作确认信号连接到主接触器的控制线圈回路中 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。 3CX1A交流200 V输入接口。该端口与电源模块的CXlB端口连接。 4CX1B交流200 V输出接口。 5CX2A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。 6CX2B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。 8JX4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。 9JX1A模块连接接口。该接口一般与电源的JX1B连接作通信用。 10JX1B模块连接接口。该接口一般与下一个伺服模块的JX1A连接。 11JY1主轴负载功率表和主轴转速表连接接口。 12JA7B通信串行输入连接接口。该接口与控制单元的JA7ASPDL1接口相连。 13JA7A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。 14JY2脉冲发生器内置探头和电动机CS轴探头连接接口。 15JY3磁感应开关和外部单独旋转信号连接接口。 16JY4位置编码器和高分辨率位置编码器连接接口?17JY5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系统系列主轴模块的连接 5、 FANUC系统系列主轴模块的连接电路 图5-11为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。 DC LinkDC300V输入连接到电源模块的直流电压输出 JA7B主轴信息输入信号连接到CNC系统的JA7A JY4主轴位置和速度检测信号连接到主轴位置编码器 CX2ADC24V输入接口 与电源模块的CX2B相连 CX1A交流200V电压输入连接到电源模块的CX2B JX1A模块之间信息接口连接到电源模块的JX1B JY2主轴电动机内装传感器信号及定子绕组温度开关信号 CX2BDC24V输出连接到伺服模块的CX2A U、V、W连接到主轴电动机为动力电源 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 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/T1V/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FWDUVW和反转REVUWV 电动机正反转的相序是否与U/T1V/T2和W/T3相对应 控制端子FW和RV连线是否正确 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 1CRT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。 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 可能原因 检查步骤 排除措施 机械负载过大 尽量减轻机械负载 主轴与电动机连接皮带过松 在停机的状态下查看皮带的松紧程度 调整皮带 主轴中的拉杆未拉紧夹持刀具的拉钉有的机床会设置敏感元件的反馈信号检查次反馈信号是重新装夹好刀具或工件 在车床上就是卡盘未夹紧工件 否到位 系统处在急停状态 检查主轴单元的主交流接触器是否吸合 更具实际情况下松开急停 机械准备好信号断路 排查机械准好信号电路 主轴动力线断线 用万用表测量动力线电压 确保电源输入正常 电源缺相 正反转信号同时输入 利用PLC监查功能查看相应信号 无正反转信号 通过PLC监视画面观察正反转指示信号是否发出 一般为数控装置的输出有问题排查系统的主轴信号输出端子 使能信号没有接通 通过CRT观察I/O状态分析机床PLC梯形图或流程图以确定主轴的启动条件如润滑、冷却等是否满足 检查外部启动的条件是否符合 主轴驱动装置故障 有条件的话利用交换法确定是否有故障 更换主轴驱动装置 主轴电动机故障 更换电动机 2、主轴速度指令无效转速仅有12r/min。 表5.10。 可能原因 检查步骤 排除措施 动力线接线错误 检查主轴伺服与电动机之间的UVW连线 确保连线对应 CNC模拟量输出D/A转换电路故障 用交换法判断是否有故障 更换相应电路板 CNC速度输出模拟量与驱动器连接不良或断线 测量相应信号是否有输出且是否正常 更换指令发送口或更换数控装置 主轴驱动器参数设定不当 查看驱动器参数是否正常 依照说明书正确设置参数 反馈线连接不正常 查看反馈连线 确保反馈连线正常 反馈信号不正常 检查反馈信号的波形 调整波形至正确或更换编码器 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 可能原因 检查步骤 排除措施 反馈连线不良 不启动主轴用手盘动主轴使主轴电动机以较快速度转起来估确保反馈连线正确 反馈装置故障 更换反馈装置 计电机的实际速度监视反馈的实际转速 动力线连接不正常 用万用表或兆欧表检查电动机或动力线是否正常包括相序不正常 确保动力线连接正常 动力电压不正常 确保动力线电压正常 机床切削负荷太重切削条件恶劣 重新考虑负载条件减轻负载调整切削参数 机械传动系统不良 改善机械传动系统条件 制动器未松开 查明制动器为松开的原因 确保制动电路正常 驱动器故障 利用交换法判断是否有故障 更换出错单元 电流调节器控制板故障 电动机故障 4.过载报警。 削用量过大频繁正、反转等均可引起过载报警。具体表现为主轴过热、主轴驱动装置显示过电流报警等造成此故障的可能原因见表5.12 。 表5.12 可能原因 检查步骤 排除措施 长时间开机后再出现此故障 负载太大 检查机械负载 调整切削参数干山切削条件减轻负载 频繁正、反转 减少频繁正、翻转次数 开机后即出现此报警 5、主轴振动或噪声过大 首先要区别异常噪声及振动发生在主轴机械部分还是在电气驱动部分。 检查方法 若在减速过程中发生一般是由驱动装置造成的如交流驱动中的再生回路故障 若在恒转速时产生可通过观察主轴由停车过程中是否有噪声和振动来区别如存在则主轴机械部分有问题 检查振动周期是否与转速有关如无关一般是主轴驱动装置未调整好如有关系应检查主轴机械部分是否良好测速装置是否不良。 表5.13 主轴振动或噪声过大的故障综述 故障部位 可能原因 检查步骤 排除措施 电气部分故障 系统电源缺相、相序不正确或电压不正常 测量输入的系统电源 确保电源正确 反馈不正确 测量反馈信号 确保接线正确且反馈装置正常 驱动器异常如增益调整电路或颤动调整电路的调整不当 根据参数说明书设置好相关参数 三相输入的相序不对 用万用表测量输入电源 确保电源正确 机械部分故障 .