FANUC0i数控铣床电气控制系统及控制设计.docx
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FANUC0i数控铣床电气控制系统及控制设计
FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制设计
FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制设计
[摘要]数控铣床是在普通铣床上集成了数字控制系统,可以在程序代码的控制下
精确地进行铣削加工的机械加工设备。
与传统铣床相比,数控铣床精度更高.驱动功率
更太,机械机构动、静、热态刚度更好,工作更可靠,能实现长时同连续运行和尽可能
少的停机时间。
FANUC0imateC系统是一款具有很高性价比的超薄一体型CNC系统。
该系列产品
有用于车床的FANUCOiMateTC,2轴2联动;用于铣床、加工中心的FANUCOiMate
MC,3轴3联动。
本次毕业设计对FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制程序进行设
计,电气控制系统设计包括主轴变频调速器型号选择,变频器的参数设置;伺服驱动器
系统设计;内置PLCI/O接口设计。
PLC控制程序包括数控铣床急停控制、数控铣床工
作状态开关PMC控制、数控铣床加工程序功能开关PMC控制、数控铣床倍率开关PMC
控制、数控铣床辅助功能代码PMC控制。
[关键词]FANUC0imateC;数控铣床;变频调速器;PLC;伺服驱动
FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制设计
FANUC0ImateCCNCmillingmachineelectricalcontrolsystemandPLC
controlprogramdesign
Abstract
CNCmillingmachineisacommonmillingmachineuseddigitalcontrolsystem
Can
be
under
the
control
of
the
program
code
accurately
for
milling
machining
equipment.Comparedwiththetraditionalmillingmachine,CNCmillingmachineprecisionis
higher.Drivingpoweristoomore,mechanicalmechanismdynamicandstaticstiffness,thermal
stateisbetter,morereliable,canachievelong-termcontinuousoperationandasfaraspossible
littledowntime.
FANUC0imateCsystemisahighlycost-effectiveultra-thinsizeCNCsystem.Thisseriesof
productsincludeFANUCOiMateTCwhichusedinlathe,with2axis2linkageandFANUCOi
MateMCwhichUsedformillingmachineandmachiningcenter,with3axis3linkage.
ThegraduationdesignofFANUC0ImateCCNCmillingmachinedesignofelectricalcontrol
systemandPLCcontrolprocedures.Electricalcontrolsystemdesignincludesthechoiceof
spindleVVVFinvertermodel,theparametersofthefrequencyconverterset;Servodrivesystem
design;Thebuilt-inPLCI/Ointerfacedesign.PLCcontrolprogramincludingCNCmillingmachine
stopcontrol,CNCmillingmachineworkingstateswitchPMCcontrol,numericalcontrolmilling
machineprocessingprogramfunctionswitchPMCcontrol,CNCmillingmachineratioswitchPMC
control,CNCmillingmachineauxiliaryfunctioncodePMCcontrol.
Keywords:
FANUC0imateC;CNCmillingmachine;Frequencyconversiongovernor;
PLC;Servodrive
FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制设计
引言.....................................................................1
1FANUC0imateC系统构成...............................................2
1.1FANUC0imateC系统组成及功能....................................2
1.2FANUC0imateC系统的配置........................................3
1.3FANUC0imateC系统的功能连接....................................6
2系统硬件配置............................................................8
2.1主轴电机的选型.....................................................8
2.2交流异步电动机的调速方法...........................................8
2.3变频调速器工作原理和基本构成......................................10
2.4变频调速器的选择..................................................12
2.5变频调速器的参数设置..............................................13
2.6CNC变频调速器的连接框图..........................................16
2.7数控机床进给伺服系统的组成和功能特点..............................16
2.8伺服电机的选型....................................................19
2.9进给伺服单元的选型................................................24
3电气控制系统电路图设计.................................................26
3.1主轴控制原理图....................................................26
3.2供电原理图.......................................................26
3.3CNC主板............................
............................27
3.4X、Y、Z轴伺服放大器...............................................28
3.5PLC开关量输入输出................................................29
4PLC控制程序设计.......................................................32
4.1FUNUC-Oi系统PMC的性能和规格......................................32
4.2内装I/O卡和I/OLINK地址分配及设定................................33
4.3FUNUC系统PMC的功能指令..........................................34
4.4数控机床PMC控制程序设计..........................................37
4.4.1数控铣床急停及坐标轴限位控制................................37
FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制设计
4.4.2数控铣床工作状态开关PMC控制.................................39
4.4.3数控铣床加工程序功能开关PMC控制.............................42
4.4.4数控铣床倍率开关PMC控制.....................................44
4.4.5数控铣床辅助功能代码PMC控制.................................46
结论.....................................................................49
致谢语...................................................................50
参考文献.................................................................51
附件
FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制设计
引言
数控机床是电子信息技术与传统机床技术相融合的机电体化产品是发展机器制造
业以全整个工业必不可少的复杂,生产工具,即是生产力要素,又是生要商品。
数控机
床具有高效、精密、柔性自动化和易于实现工艺复合和信息集成等绪多特点,特别适于
加工复杂形状和零件和中小批,多品种的柔性生产。
因而已成为现代先进制造技术最重
要的基础装备和世界机床市场的色流产品。
数控化率列是一个国家制造业现代化水平的
重要标志,数控加工技术的发展直接影响到国民经济各部门制造技术水平的提高。
数控
机床按工艺用途分类有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控镗床以及加工中心。
这些
机床的动作与运动都是数字化控制,具有较高的生产率和自动化程度,特别是加工中心,
它是一种有自动换刀装置,能进行铣、钻、镗削加工的复合型数控机床。
加工中心又分
为车削中心、磨削中心等。
还实现了在加工中心上增加交换工作台以及采用主轴或工作
台进行立、卧转换的五面体加工中心。
常用的数控系统(CNC装置)有进口数控系统如日本的FANUC系统、三菱和安川系统、
德国的SIEMENS、HEIDENHIN系统、西班牙FAGOR数控系统法国NUM系统及美国ACRAMATIC
系统和国产数控系统如广州数控系统、华中数控系统、航天数控系统、南京数控系统等。
本次实验选用日本的FANUC系统。
数控铣床是在普通铣床上集成了数字控制系统,可以
在程序代码的控制下精确地进行铣削加工的机械加工设备。
与传统铣床相比,数控铣床
精度更高.驱动功率更太,机械机构动、静、热态刚度更好,工作更可靠,能实现长时
同连续运行和尽可能少的停机时间。
其中CNC是数控铣床的核心部分,CNC控制系统能
够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,通过计算机将其译码,从而使
机床执行规定好了的动作,通过刀具切削将毛坯料加工成半成品或成品零件。
FANUC数
控系统和西门子数控系统是典型的CNC系统。
本设计选用的FANUC0imateC数控系
统,控制2个到3个的伺服电机进给轴和1个伺服主轴或变频主轴,是经济型全功能数
字控制系统,其内置的PLC完成数控铣床的辅助控制功能。
CNC与PLC之间的接口信号
使零件加工与机床辅助功能的实现协调一致。
FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制设计的设计任务有电气系统设
计:
电源分配电路设计、主轴驱动电路设计、进给驱动电路设计、PLC输入、输出电路
设计、变频调速器参数设置和PLC控制程序设计。
FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制设计
1FANUC0imateC系统构成
1.1FANUC0imateC系统组成及功能
日本的FANUC系统组成有数控系统(CNC装置)、主轴驱动单元、进给驱动单元、数
控机床辅助装置、数控机床显示装置及操作面板、数控机床通信装置等。
FANUCOiMate
C系统是一款具有很高性价比的超薄一体型CNC系统。
该系列产品有用于车床的FANUC
—OiMateTC,2轴2联动;用于铣床、加工中心的FANUC—OiMateMC,3轴3联动。
售价低廉的功能包提供了很多高效的CNC功能。
如最多控制轴数3轴,最多控制主轴
电机数1个,可连接的伺服电机βiS伺服电机,可连接的主轴电机βi主轴电机,
伺服接口FANUC串行伺服总线
(FSSB),显示单元7.2”单色LCD。
FANUC0imateC系统组成及功能。
图1-1是2006年6月之前的OiC/OimateC系统的内部结构,系统的上层功能板
有CPU、显卡和轴卡,如图1-1a所示。
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。
系统下层功能板有闪存FROM/静态存储器SHAM功能板和电源单元,如图1-1b所示。
闪存FROM/静态存储器SRAM:
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;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。
a)系统主模块上层功能板
b)系统主模块下层功能板
图1-12006年6月以前的OiC/OimateC系统主模块内部结构
FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制设计
1.2FANUC0imateC系统的配置
(1)FANUC-OiMC的配置
如图1-2为FANUC-OiMC系统的配置图。
图1-2FANUC-OiMC系统的配置图
1)系统功能选择:
系统功能包有A包和B包两种选择。
2007年4月以后OiMC系统
具备5个CNC轴控制功能(选择功能)和4轴联动。
根据机床特点和加工需要,系统可以
选择扩展功能板如串行通信(DNC2)功能板、以太网板、高速串行总线(HSSB)功能板及数
据服务器功能板,但具体便用时只能从中选择两个扩展功能板。
2)显示装置和MD1键盘:
系统A包功能的显示装置标准为8.4in彩色LCD,选择配
置为10.4in高分辨率的彩色LCD;系统B包则为7.2in黑白LCD,MDI键盘标准为小
键盘,选则配置为全键盘,显示器与MID键盘形式有水平方式和垂直方式两种方式两种。
3)伺服放大器和电动机:
系统A包标准为αi伺服模块驱动电动机和伺服电动机;系
统B包标准为βi/βis伺服单元驱动βiS系列主轴电动机和进给伺服电动机。
4)I/O装置:
根据机床特点和要求选择各种I/O装置,如外置I/O单元分线式I/O模块及
机床面板I/O板等。
5)机床操作面板:
可以选择系统标准操作面板,也可以根据机床的特点选择机床厂
家操作面板。
FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制设计
6)附加伺服轴:
系统的选择配置,需要I/OLinkβi系列伺服放大器和βis伺服电
动机,最多可以选择8个附加伺服轴,每个伺服轴占用128输入/输出点,根据机床I/O
Link使用的点数来确定。
(2)FANUC-OiMateMC系统配置
图1-3为FANUC-OiMateMC系统的配置图。
图1-3FANUC-OiMateMC系统的配置图
1)系统功能选择:
系统功能包括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。
2)示装置和MDI键盘:
系统显示装置为7.2in黑白LCD,MDI键盘标准配置为小键盘,
显示器与MID键盘形式有水平方式和垂直方式两种。
3)伺服放大器和电动机:
系统伺服为βi伺服单元(电源模块、主轴模块和进给模块
为一体)驱动βi系列主轴电动机和βi进给伺服电动机。
2007年4月以后系统伺服为
βiS伺服单元驱动βiS系列主轴电动机和βiS进给伺服电动机。
4)I/O装置:
根据机床特点和要求选择各种I/O装置,如外置I/O单元、分线盘式
I/O块及机床面板I/O板等。
5)机床操作面板:
可以选择系统标准操作面板,也可以根据机床的特点选择机床厂
家的操作面板。
6)附加伺服轴:
为系统的选择配置,需要I/OLinkβi系列伺服放大器和βiS伺
服电动机,只能选择一个附加伺服轴。
FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制设计
(3)FANUC-OiMateTC系统的配置
图1-4为OiMateTC系统的配置图。
图1-4FANUC-OiMateTC系统的配置图
1)系统功能选择:
系统功能包为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。
2)显示装置和MDI键盘:
系统显示装置为7.2in黑白LCD,MDI键盘标准配置为小键
盘,显示器与MID键盘形式有水平方式和垂直方式两种。
3)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βi伺服单元驱动βiS进给伺服电动机。
选择配置的系统伺服为
βiS伺服单元驱动βiS系列主轴电动机和βiS进给伺服电动机。
4)I/O装置:
根据机床特点和要求选择各种I/O装置,如外置I/O单元、分线盘式
I/O模块及机床面板I/O板等。
5)机床操作面板:
可以选择系统标准操作面板,也可以根据机床的特点选择机床厂
家合操作面板。
6)附加何服轴:
为系统的选择配置,需要I/OLinkβi系列伺眼放大器和βiS伺服
电动机。
只能选择1个附加伺服轴
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1.3FANUC0imateC系统的功能连接
本设计选用的是FANUC0imateC系统,图1-5为FUNUC-OiC/OiMateC系统(2006
年6月以后)接口图。
其接口的功能如下:
图1-5
FUNUC-OiC/OiMateC系统接口
1-CP1
2-FUSE
3-电源单元
4-JA7A
5-JD1A
6-JA40
7-JD36B
8-JD36A
9-CN2
10-CA55
11-CA69
12-系统电源风扇
13-系统存储器电池
CP1:
系统直流24V输入电源接口。
FUSE:
系统DC24V输入熔断器(5A)。
JA7A:
串行主轴/主轴位置编码器信号接口。
JA40:
模拟量主轴的速度信号接口(0~10V)。
JD44A:
外接的I/O卡或I/O模块信号接口(I/OLINK控制)。
JD36A:
RS-232-C串行通信接口(0、1通道)。
JD36B:
RS-232-C串行通信接口(2通道)。
CA69A:
伺服检测板接口。
CA55A:
系统MDI键盘信号接口。
CN2:
系统操作软键信号接口。
功能连接图,如图1-6功能连接图。
FANUC0imateC数控铣床电气控制系统及PLC控制设计
图1-6功能连接图
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2系统硬件配置
2.1主轴电机的选型
本设计要求机床主轴转速达2500r/pm,最大转矩TMAX=20(N.m)。
根据要求查文献[6]
预选电机的型号为Y2-100L-2,额定功率3KW,额定转速2860r/min,额定频率50Hz,
额定电流6.3A,效率82.6%,功率因数0.87,堵转转炬/额定转矩2.2,堵转电流/测定
电流6.1,最大转矩/额定转矩2.3。
对选型的电机进行检验:
TN=9.55*
P
n
(2-1)
TN=9.55*
3*103
2860
=10.017(N.m)
TMAX
TN
=2.3
(2-2)
TMAX=TN*2.3=10.017*2.3=23.0391(N.m)>20(N.m)
T
TN
=2.2
(2-3)
T=2.2*TN=2.2*10.017=22.03(N.m)
符合设计要求。
2.2交流异步电动机的调速方法
三相异步电动机的电磁关系同变压器类似,定子绕组相当于变压器的原绕组,转子
绕组(一般是短接的)相当于副
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- FANUC0i 数控 铣床 电气控制 系统 控制 设计