数控系统硬件连接的优化方案

◇任务简介◇

本任务主要对数控系统工作原理进行分析，结合现有数控系统对系统硬件连接进行实训。学生在实训过程中，掌握各部件的型号、端口定义和工作原理。

◇学习目标◇

1．了解FANUC系统的硬件连接结构。

2．可以画出FANUC车床系统的连接框图。

3．了解各接口的定义。

4．完成FANUC数控系统FSSB总线的硬件连接。

5．完成FANUC数控系统I/O Link的硬件连接。

6．完成FANUC车床的电气连接。

◇知识要点◇

一、数控车床的电气控制要求

1.控制轴（坐标）运动功能

数控车床一般设有两个坐标轴（X、Z轴），其数控系统具备控制两轴运动的功能。

2.刀具位置补偿

数控车床的位置补偿功能，可以完成刀具磨损和刀尖圆弧半径补偿以及安装刀具时产生的误差的补偿。

3.车削固定循环功能

数控车床具有各种不同形式固定切削循环的功能，如内外圆柱面固定循环、内外圆锥面固定循环、端面固定循环等。利用这些固定循环指令可以简化编程，提高加工效率。

4.准备功能

准备功能也称为G功能，用来指定数控车床的动作方式。G代码指令由G代码和它后面的两位数字组成。

5.辅助功能

辅助功能也称为M功能，用来指定数控车床的辅助动作及状态，M代码指令由M代码和它后面的两位数字组成。

6.主轴功能

数控车床主轴功能主要表示主轴转速或线速度。主轴功能由字母S及其后面的数字表示。

7.进给功能

数控车床的进给功能主要是指加工过程中各轴的进给速度，进给功能指令由F代码及其后面的数字组成。

8.刀具功能

刀具功能又称T功能。根据加工需要，在某些程序段指令进行选刀和换刀。刀具功能指令用字母T及其后面的四位数表示。

二、数控车床电气控制要求的实现（表2-1-1）

表2-1-1

任务实施

（1）在实训设备上寻找相关元件（见图2-1-1）.

图2-1-1

（2）根据上面介绍的，连接控制框图（见图2-1-2）。

图2-1-2（a）

图2-1-2（b）

任务拓展

查阅资料，根据要求，写出表2-1-2相关的实现方式。

表2-1-2

三、系统的连接框图

系统的连接框图如图2-1-3所示。

图2-1-3

四、数控系统的接口定义

FANUC serios oi-MODEL D系统在硬件上做了很多增加，如标配以太网口（Mate D型系统不含）、系统状态显示数码管等。图2-1-4为FANUC serios oi D/oi Mate D系统接口图。

图2-1-4

系统各端子的功能如表2-1-3所示。

表2-1-3

五、FANUC数控系统FSSB总线的构成与连接方法

FANUC伺服控制系统的连接，无论是Ai或Bi伺服，在外围连接电路具有很多类似的地方，大致分为光缆连接、控制电源连接、主电源连接、急停信号连接、MCC连接、主轴指令连接（指串行主轴，模拟主轴接在变频器中）、伺服电机主电源连接及伺服电机编码器连接。本书以Bi多轴驱动器为例来说明，如图2-1-5所示。

图2-1-5

1.光缆连接（FSSB总线）

FANUC的FSSB总线采用光缆通信，在硬件连接方面，遵循从A到B的规律，即COP10A为总线输出，COP10B为总线输入。需要注意的是，光缆在任何情况下不能硬折，以免损坏。如图2-1-6所示。

图2-1-6

2.控制电源连接

控制电源采用DC 24 V，主要用于伺服控制电路的电源供电。在上电顺序中，推荐优先给伺服放大器供电，如图2-1-7所示。

(www.xing528.com)

图2-1-7

3.主电源连接

主电源用于伺服电机动力电源的变换，如图2-1-8所示。

图2-1-8

4.急停与MCC连接

该部分主要用于对伺服主电源的控制与伺服放大器的保护，如发生报警、急停等情况下，能够切断伺服放大器主电源。如图2-1-9，图2-1-10所示。

图2-1-9

图2-1-10

5.主轴指令信号连接

FANUC的主轴控制采用两种类型，分别是模拟主轴与串行主轴。模拟主轴的控制对象是系统JA40口输出10 V～10 V的电压给变频器，从而控制主轴电机的转速。如图2-1-11所示。

图2-1-11

6.伺服电机动力电源连接

伺服电机动力电源连接主要包含伺服主轴电机与伺服进给电机的动力电源连接。伺服主轴电机的动力电源采用接线端子的方式连接，伺服进给电机的动力电源采用接插件连接。在连接过程中，一定要保证相序的正确。如图2-1-12所示。

图2-1-12

7.伺服电机反馈的连接

伺服电机反馈的连接主要包含伺服进给电机的反馈连接以及伺服进给电机的反馈接口接JF1等接口，如图2-1-13所示。

注意：伺服电机在连接的过程中，禁止进行轴向敲击。

图2-1-13

六、FANUC数控系统的I/O Link连接

FANUC系统的PMC是通过专用的I/O Link与系统进行通信的。PMC在进行I/O信号控制的同时，还可以实现手轮与I/O Link轴的控制。外围的连接很简单，且很有规律，同样是从A到B，系统侧的JD51A（oi C系统为JDIA）接到I/O模块的JDIB，JA3或者JA58可以连接手轮。如图2-1-14。

图2-1-14

FANUC的PMC地址分配大致如下：

X——MT输入到PMC的信号，如接近开关、急停信号等。

Y——PMC输出到MT的信号。

F——CNC输入到PMC的信号，是固定的地址。

G——PMC输出到CNC的信号，也是固定的地址。

R、T、C、K、D、A为PMC程序使用的内部地址。

oi C系统中用I/O模块是配置FANUC系统的数控机床使用最为广泛的I/O模块，如图2-1-15所示，采用4个50芯插座连接的方式，分别为CB104、CB105、CB106及CB107。输入点有96位，每个50芯插座中包含24位的输入点，这些输入点被分为3个字节。输出点有64位，每个50芯插座中包含16位的输出点，这些输出点被分为2个字节。

注意：

（1）连接器（CB104、CB105、CB106、CB107）的引脚B01（+24 V）用于DI输入信号，它输出DC 24 V，不要将外部24 V电源连接到这些引脚上。

（2）每一个DOCOM都连接在印刷板上，如果使用连接器的DO信号（Y），请确定输入DC 24 V到每个连接器的DOCOM上。

七、急停与伺服上电控制回路的连接

当FSSB总线与I/O Link的连接完成后，还需要对急停回路与伺服上电回路进行连接，才能构成一个简单的数控机床控制回路。下面将分别对这两个部分进行介绍。如图2-1-15所示。

图2-1-15

1.急停控制回路

急停控制回路一般由两部分构成，一部分是PMC急停控制信号X8.4；另外一部分是伺服放大器的ESP端子。这两个部分中任意一个断开就会出现报警，ESP断开出现SV401报警，X8.4断开出现ESP报警。但这两个部分全部是通过一个元件来处理的，这就是急停继电器。如图2-1-16所示。

2.伺服上电回路

伺服上电回路是给伺服放大器主电源供电的回路。伺服放大器的主电源一般采用三相220 V的交流电源，通过交流接触器接入伺服放大器。交流接触器的线圈受伺服放大器的CX29的控制，当CX29闭合时，交流接触器的线圈得电吸合，给放大器通入主电源。图2-1-17为交流接触器。

图2-1-16

图2-1-17

任务实施

本次任务主要是了解各端口的作用与定义，并在实训台上进行硬件连接。连接图如图2-1-18至图2-1-20所示（也可以参考电缆图）。

步骤一：完成系统放大器FSSB总线的连接。

图2-1-18

步骤二：完成I/O Link的连接。

图2-1-19

步骤三：完成伺服电机、伺服放大器的连接。

图2-1-20

任务拓展

查阅资料，在图2-1-21所示实训设备上，连接配置有伺服主轴的FANUC系统。

图2-1-21