数控机床电气线路装调第3版教学教案.docx

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1、项目一 FANUC数控系统的硬件连接 授课教案院系授课教师授课日期授课班级项目：FANUC数控系统的硬件连接课时安排：教材分析难 点掌握常见FANUC数控系统的硬件连接重 点了解数控机床的机械布局。掌握常见FANUC数控系统各功能模块的组成。教学目的和要 求1 .掌握典型数控机床的电器控制实现方法2 .掌握常见的FANUC数控系统的硬件连接采用的教学方法 和实施步骤演示、讲授、操作练习设备：FANUCOiD系列数控机床知 识 链 接项目引入：本项目分三个任务，即认识常见数控机床的结构与电气控制要求、FANUC数控系 统的结构与组成单元和FANUC数控系统的硬件连接。机床控制电路在设计时应考虑机

2、 床所采用的功能部件，结合数控系统、伺服系统、I/O单元模块连接的要求和特点。 机床各功能部件的工作原理各有不同，但FANUC公司主要产品的控制原理和连接方式 是相同的。任务一认识常见的数控机床结构与电气控制要求一、数控车床1.数控车床的功能及结构特点数控车床作为当今使用最广泛的数控机床之一，主要用于加工轴类与盘类零件。它 通过程序控制自动完成内、外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹等切削加工，并能进行切 槽、钻孔、扩孔和钱孔等工作。与普通车床相比，数控车床的加工精度高，精度稳定性 好，适应性强，操作劳动强度低，特别适应于复杂形状的零件或对精度要求较高的中、 小批量零件的加工。2.数控车床的机械布局

3、机床的布局对数控机床是十分重要的，直接影响机床的结构和使用性能，数控车床 的床身结构和导轨有多种形式，主要的有平床身和斜床身。3、数控车床的数控系统功能3. 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。3. 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。3.3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。3. 4准备功能准备功能也称为G功能，是用来指定数控车床动作

4、方式的功能。G代码指令由G代码和它后面的两位数字组成。3. 5辅助功能辅助功能也称为M功能，是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。3. 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。3.7进给功能数控车床的进给功能主要是指加工过程各轴进给速度的功能,进给速度功能指令由 F代码及其后面的数字组成。3. 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 能指令时用字母T及其后面的四位数表示。二、数控铳床的功能与结构特点数控铳床是采用铳削方式加工工件的数控机床。其加工功能很强，能够

5、铳削各种 平面轮廓和立体轮廓零件，如凸轮、模具、叶片、螺旋桨等。配上相应的刀具后，数控 铳床还可用来对零件进行钻、扩、钱和链孔加工及攻螺纹等。铳床的主轴一般采用变频 控制与伺服控制；进给轴采用伺服控制，低端的机床也有采用步进电机驱动；还包含润 滑、冷却、排屑等辅助功能。数控铳床按主轴布局方式大致可以分为立式铳床与卧式铳 床。三、数控加工中心的功能与结构特点加工中心是在数控铳床的基础上发展起来的,早期的加工中心就是指配有自动换刀 装置和刀库并能在加工过程中实现自动换刀的数控像铳床。所以它和数控铳床有很多相 似之处，不过它的结构和控制系统功能都比数控铳床复杂得多。通过在刀库上安装不同 用途的刀具，

6、加工中心可在一次装夹中实现零件的铳、钻、像、较、攻螺纹等多种加工 过程。任务二FANUC数控系统的结构与组成单元一、FANUC Oi MODEL D系统端口功能与连接1 . FANUC Oi MODEL D 系统硬件FANUC Oi MODEL D系统硬件在硬件上作了很多增加。如标配以太网口（mate的不 含）、系统状态显示数码管等。图2-1为FANUC Oi D0i mate D系统接口图。2 .系统各端子的功能如表1-2-1：图 1-2-1 为 FANUC Oi D0i mate D 系统接 口 图端口号用途COPlOA伺服FSSB总线接口，此口为光缆口CD38A以太网接口CA122系统软

7、键信号接口JA2系统MDl键盘接口JD36A/JD36BRS-232-C 串行接口 1/2JA40模拟主轴信号接口/高速跳转信号接口JD51AI/O Iiilk总线接口JA41串行主轴接口/主轴独立编码器接口CPl系统电源输入(DC24V)1-2-1 OiD系统各接口功能二、FANUC伺服控制单元及FSSB总线1. FANUC伺服系统的构成FANUC驱动部分从硬件结构上分，主要有下面四个组成部分：(1)轴卡-就是我们在介绍系统接口时，接光缆的那块PCB板，在现今的全数字 伺服控制中，都已经将伺服控制的调节方式、数学模型甚至脉宽调制以软件的形式融入 系统软件中，而硬件支撑采用专用的CPlJ或DS

8、P等，这些部件最终集成在轴控制卡。轴 卡的主要作用是速度控制与位置控制。如图2-2图1-2-2轴卡(2)放大器-接收轴卡(通过光缆)输入的光信号转换为脉宽调制信号，经过前 级发达驱动IGBT模块输出电机电流。如图1-2-3O图1-2-3放大器电机-伺服电机或主轴电机，放大器输出的驱动电流产生旋转磁场，驱动转子旋转。如图l-2-40图1-2-3伺服电机(4)反馈装置-由电机轴直连的脉冲编码器作为半闭环反馈装置。FANUC早期的 产品使用旋转变压器做半闭环位置反馈，测速发电机作为速度反馈，但今天 这种结构已经被淘汰。如图l-2-50图1-2-5伺服电机编码器(D- (4)的相互关系是：轴卡接口 C

9、OPlOA输出脉宽调制指令，并通过FSSB(Fanuc Serial Servo Bus发那科串行伺服总线)光缆与伺服放大器(2) 接口 COPloB相连，伺服放大器整形放大后，通过动力线输出驱动电流到伺服 电机(3),电机转动后，同轴的编码器(4)将速度反馈和位置反馈到FSSB总线 上，最终回到轴卡上进行处理。见图1-2-6O图1-2-6 FFSB连接示意图2. Qi系列伺服的连接i系列伺服由PSM(电源模块)、SPM (主轴放大器模块)、SVM (伺服放大器 模块)三部分组成。FANUC放大器连接见图1-2-7。：PSMi8PMISVM 2*H)I8VM1MW)图1-2-7放大器连接图任务

10、三FANUC数控系统的硬件连接备一、FANUC数控系统的FSSB总线的构成与连接方法FANUC伺服控制系统的连接，无论是i或Bi的伺服，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、伺 服电机编码器连接。以B i多轴驱动器为例来说明。(1)光缆连接(FSSB总线)发那科的FSSB总线采用光缆通讯,在硬件连接方面,遵循从A到B得规律,即COPlOA 为总线输出，COPlOB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。(2)控制电源连接控制电源采用D

11、C24V电源，主要用于伺服控制电路的电源供电。在上电顺序中，推 荐优先系统通电。(3)主电源连接主电源是用于伺服电机动力电源的变换。(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。(5)主轴指令信号连接发那科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0-土 IOV的电压给变频器，从而控制主轴电机的转速；另一种是 采用串行总线，同样遵循从A到B得规律，即从系统的JA41(0iC系统为JA7A 口)至伺 服放大器的JA7B 口。(6)伺服电机动力电源连接主要包含伺服主轴电

12、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 是采用接线端子的方式连接，伺服进给电机的动力电源是采用接插件连接，在连接过程 中，一定要注意相序的正确。(7)伺服电机反馈的连接主要包含伺服主轴电机与伺服进给电机的反馈连接，一般的伺服主轴电机的反 馈接放大器的JYA2 口，伺服进给电机的反馈接口接JFl等接口。(8)伺服主轴电机的接线与伺服进给电机的连接注意伺服主轴电机接线盒内，不仅含有动力电源端子、编码器接口，还有伺服主轴电机 风扇接口。二、FANUC数控系统的DO LlNK连接发那科系统的PMC是是通过专用的I/O LINK与系统进行通讯的，PMC在进行着I/O 信号控制的同时，还可

13、以实现手轮与I/O LINK轴的控制，但外围的连接却很简单，且 很有规律，同样是从A到B,系统侧的JD51A (0i C系统为JDlA)接到I/O模块的JDlB, JA3 或者JA58可以连接手轮。FANUC的PMC地址分配大致如下：XFT输入到PMC得信号，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。操 作 练 习系统名称规格功能CNC放大器电机任务一：FANUC数控系统的结构与组成单元一、根据上面讲的知识，通过查看实训设备的配置填写下表二、对现

14、有实训设备进行观察，找出哪些是具有伺服主轴控制功能的系统，哪些是具有模拟主轴控制功能的系统，并对各控制端口的作用进行说明，填写下表:所连接实训台规格系统型号伺服主轴系统规格模拟主轴系统规格任务二：FANUC数控系统的硬件连接完成教材28页的硬件连接图。思 考 题1 .数控车床是如何实现车削螺纹的？2 .数控加工中心如何实现自动换刀？3 .为什么伺服上电需要PMC的X8. 4信号？4 .如果要将系统连接成全闭环控制，如何改变硬件连接？项目二系统各画面的操作 授课教案院系授课教师授课日期授课班级项目：系统各画面的操作课时安排：教材分析难 点掌握系统参数、PMC,伺服设定等画面的操作。重 点1 .熟

15、悉FANUC系统面板各键的含义。2 .掌握数控系统编辑、方式等画面操作。教学目的和要 求1 .掌握数控系统编辑、方式等画面操作。2 .掌握系统参数、PMC,伺服设定等画面的操作。采用的教学方法 和实施步骤演示、讲授、操作练习设备：FANUCOiD系列数控机床知 识 链 接项目引入：在熟悉了 FANUC Oi系列的硬件组成及其连接后，本项目主要对FANUC系统的基 本操作画面、操作方法进行介绍，进一步熟悉FANUC数控系统，能够独立进行各种工 作方式的选择、零件的加工等操作。任务一 FANUC系统面板的组成一、FANUC系统面板的组成FANUC系统的操作面板可分为：LCD显示区、MDl键盘区(包括字符键和功能键 等)、软键开关区和存储卡接口。1) MDl面板上个功能键的含义D MDI键盘区上面四行为字