日本FANUC数控装置

1、教 案20 20 学年 第 学期课 程 名 称 课 程 编 号 计 划 学 时 专 业 年 级 系（部 、中心） 教 研 室 主 讲 教 师 教 材 名 称 课时安排： 2 学时课程类型：理论课 实验课 实习课 习题课 实训课 其它教学地点：普通教室 多媒体教室 计算机房 实训室 实训中心 其它题 目：模块四 日本FANUC数控系统41 FANUC数控系统概述教学目的及教学要求：1、掌握FANUC数控系统特点与系列2、熟悉FANUC数控系统基本构成教学重点和难点： FANUC数控系统特点与系列、FANUC数控系统基本构成教学方法与媒介： 讲授多媒体课件及模型教学日期班级日期月 日 星期第 节月

2、 日 星期第 节月 日 星期第 节月 日 星期第 节月 日 星期第 节作 业：教学后记： 填写日期： 年 月 日 教 学 内 容备 注模块四 日本FANUC数控系统41 FANUC数控系统概述411 FANUC数控系统特点与系列1特点 日本FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统，主要体现在以下几个方面。 （1）系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。 （2）具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为045，相对湿度为75。 （3）有较完

3、善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。 （4）FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。 （5）提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。 （6）具有很强的DNC功能。系统提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。 （7）提供丰富的维修报警和诊断功能。FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。2主要系列 （1）高可靠性的Pow

4、erMate 0系列：用于控制2轴的小型车床，取代步进电机的伺服系统；可配画面清晰、操作方便，中文显示的CRTMDI，也可配性能价格比高的DPLMDI。 （2）普及型CNC 0D系列：0TD用于车床，0MD用于铣床及小型加工中心，0GCD用于圆柱磨床，0GSD用于平面磨床，0PD用于冲床。 （3）全功能型的0C系列：0TC用于通用车床、自动车床，0MC用于铣床、钻床、加工中心，0GCC用于内、外圆磨床，0GSC用于平面磨床，0TTC用于双刀架4轴车床。教 学 内 容备 注（4）高性能价格比的0i系列：整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能。0iMBMA用于加工中心和铣床，4轴4联动；

5、0iTBTA用于车床，4轴2联动，0imate MA用于铣床，3轴3联动；0imateTA用于车床，2轴2联动。（5）具有网络功能的超小型、超薄型CNC 16i/18i21i系列：控制单元与LCD集成于一体，具有网络功能，超高速串行数据通讯。其中FSl6iMB的插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位。16i最大可控8轴，6轴联动；18i最大可控6轴，4轴联动；21i最大可控4轴，4轴联动。除此之外，还有实现机床个性化的CNC 1618 / 160180系列。412 FANUC数控系统基本构成1FANUC 6系列FANUC 6系列属于早年的产品，现在已不再生产，但在十几年前产的数控机床上仍然使用。

6、FANUC 6系列中的6MB结构框图如图4-1所示。图4-1教 学 内 容备 注2FANUC 0 系列FANUC 0系统由数控单元本体，主轴和进给伺服单元以及相应的主轴电机和进给电机，CRT显示器、系统操作面板、机床操作面板，附加的输入输出接口板(B2)，电池盒，手摇脉冲发生器等部件组成。FANUC 0系统的CNC单元为大板结构。基本配置有主印制电路板(PCB)、存储器板、图形显示板、可编程机床控制器板(PMCM)、伺服轴控制板、输入输出接口板、子CPU(中央处理器)板、扩展的轴控制板、数控单元电源和DNC控制板。各板插在主印制电路板上，与CPU的总线相连。图4-2是FANUC 0系统数控单元

7、的结构图，各部件的功能如下。主印制电路板(PCB)。连接各功能板、故障报警等。主CPU在该板上，用于系统主控。数控单元电源。主要提供+5 V、+15 V、15 V、+24 V、24 V直流电源，用于各板的供电。24 V直流电源，用于单元内继电器控制。图形显示板。提供图形显示功能，第2、3手摇脉冲发生器接口等。PMC板(PMCM)。PMCM型可编程机床控制器，提供扩展的输入输出板的接口。基本轴控制板(AXE)。提供X、Y、Z和第4轴的进给指令，接收从X、Y、Z和第4轴位置编码器反馈的位置信号。输入输出接口。通过插座M1，M18和M20提供输入点，通过插座M2，M19和M20提供输出点，为PMC提

8、供输入输出信号。存储器板。接收系统操作面板的键盘输入信号，提供串行数据传送接口，第1手摇脉冲发生器接口，主轴模拟量和位置编码器接口，存储系统参数、刀具参数和零件加工程序等。子CPU板。用于管理第5，6，7，8轴的数据分配，提供RS232C和RS422串行数据接口等。扩展轴控制板(AXS)。提供第5，6轴的进给指令，接收从第5，6轴位置编码器反馈的位置信号。扩展轴控制板(AXA)。提供第7，8轴的进给指令，接收从第7，8轴位置编码器反馈的位置信号。扩展的输入输出接口。通过插座M61，M78和M80提供输入点，通过插座M62，M79和M80提供输出点，为PMC提供输入输出信号。教 学 内 容备 注

9、通信板(DNC2)。提供数据通信接口。图4-23FANUC 0i系列FANUC 0i系统由主板和IO两个模块构成。主板模块包括主CPU、内存、PMC控制、IO Link控制、伺服控制、主轴控制、内存卡IF、LED显示等；IO模块包括电源、IO接口、通信接口、MDI控制、显示控制、手摇脉冲发生器控制和高速串行总线等。各部分与机床、外部设备连接插槽或插座如图4-3所示。教 学 内 容备 注图4-3 课时安排： 2 学时课程类型：理论课 实验课 实习课 习题课 实训课 其它教学地点：普通教室 多媒体教室 计算机房 实训室 实训中心 其它题 目：模块四 日本FANUC数控系统42 FANUC 0系统的

10、配置 教学目的及教学要求：1、掌握FANUC数控系统主要功能 2、熟悉FANUC 0系统的配置教学重点和难点： FANUC数控系统主要功能 FANUC 0系统的配置教学方法与媒介： 讲授多媒体课件及模型教学日期班级日期月 日 星期第 节月 日 星期第 节月 日 星期第 节月 日 星期第 节月 日 星期第 节作 业：教学后记： 填写日期： 年 月 日教 学 内 容备 注模块四 日本FANUC数控系统42 FANUC 0系统的配置421控制单元的连接图4-4为FANUC 0系统基本轴控制板(AXE)与伺服放大器、伺服电机和编码器连接图。M184M199为轴控制板上的插座编号，其中M184、M187

11、、M194、M197为控制器指令输出端；M185、M188、M195、M198是内装型脉冲编码器输入端，在半闭环伺服系统中为速度位置反馈，在全闭环伺服系统中作为速度反馈；M186、M189、M196、M199只作为在全闭环伺服系统中的位置反馈，可以接分离型脉冲编码器或光栅尺。H20表示20针HONDA插头，M表示“针”，F表示“孔”。如果选用绝对编码器，CPA9端接相应电池盒。图4-4存储器板存放工件程序、偏移量和系统参数，系统断电后由电池单元供电保存。同时连接着显示器、MDI单元、第一手摇脉冲发生器、串行通信接口、主轴控制器和主轴位置编码器、电池等单元，如图4-5所示。在电源单元中，CP15

12、为24V DC输出端，供显示单元使用，BN6F为6针棕色插头；CP1是单相AC220 V输入端，BK3F为3针黑色插头；CP3接电源开关电路；CP2为AC220 V输入端，可以接冷却风扇或教 学 内 容备 注其他需要AC220 V设备。图4-5图4-6为内置IO接口图，其中M1、M18为I/O输入插座，共计80个I/O输入点；M2、M19为IO输出插座，共计56个IO输出点；M20包括24个IO输入点和16个IO输出点。这些IO点可以用于强电柜中的中间继电器控制，机床控制面板的按钮和指示灯、行程开关等开关量控制。图4-6教 学 内 容备 注422伺服系统的基本配置1S系列进给伺服系统的基本配置

13、常用的S系列交流伺服放大器分1轴型、2轴型和3轴型3种。其电源电压为200/230V，由专用的伺服变压器供给，AC100 V 制动电源由NC电源变压器供给。图4-7、图4-8为1轴型和2轴型伺服单元的基本配置和连接方法。图中电缆K1为NC到伺服单元的指令电缆，K2S为脉冲编码器的位置反馈电缆，K3为AC230/200 V 电源输入线，K4为伺服电机的动力线电缆，K5为伺服单元的ACl00 V制动电源电缆，K6为伺服单元到放电单元的电缆，K7为伺服单元到放电单元和伺服变压器的温度接点电缆。QF和MCC分别为伺服单元的电源输入断路器和主接触器，用于控制伺服单元电源的通和断。伺服单元的接线端T24和

14、T25之间有一个短路片，如果使用外接型放电单元，则应将它取下，并将伺服单元印刷电路板上的短路棒S2设置到H位置，反之则设置到L位置。伺服单元的连接端T41和T42为放电单元和伺服变压器的温度接点串联后的输入点，上述两个接点断开时将产生过热报警。如果使用这对接点，应将伺服单元印刷电路板上的短路棒S1设置到L位置。在2轴型伺服单元中，插座CN1L、CN1M、CN1N可分别用电缆K1和数控系统的轴控制板上的指令信号插座相连，而伺服单元中的动力线端子T15L，6L，7L和T15M，6M，7M以及T15N，6N，7N则应分别接到相应的伺服电机，从伺服电机的脉冲编码器返回的电缆也应一一对应地接到数控系统的

15、轴控制板上的反馈信号插座(即L，M，N分别表示同一个轴)。教 学 内 容备 注图4-7图4-8图4-9是FANUC的CNC与Alpha系列2轴交流驱动单元组成的伺服系统结构简图，伺服电机上的脉冲编码器作为位置检测元件也作为速度检测元件，它将检测信号反馈到CNC中，由CNC完成位置处理和速度处理。CNC将速度控制信号、速度反馈信号以及使能信号输出到伺服放大器的JVBl和JVB2端口。教 学 内 容备 注图4-92S系列主轴伺服系统的基本配置图4-10是S系列主轴伺服系统的连接方法，其中K1为从伺服变压器副边输出的AC220 V三相电源电缆，应接到主轴伺服单元的U，V，W和C端，输出到主轴电机的动

16、力线，应与接线盒盖内面的指示相符。K3为从主轴伺服单元的端子T1上的R0，S0和T0输出到主轴风扇电机的动力线，应使风扇向外排风。K4为主轴电机的编码器反馈电缆，其中PA，PB，RA和RB用做速度反馈信号，0H1和0H2为电机温度接点，SS为屏蔽线。K5为从NC和PMC输出到主轴伺服单元的控制信号电缆，接到主轴伺服单元的50芯插座CN1。 图4-10教 学 内 容备 注3数字伺服有关参数的设定(1)柔性齿轮比的设定在以往的伺服参数中，丝杠的螺距和传动机构丝杠与电动机轴之间的减速比确定后，才可以确定脉冲编码器的脉冲数。所调整的参数一般比较固定，使用较为不便。使用柔性齿轮比功能，脉冲编码器的脉冲数

17、可以适应各种不同的传动机构。图4-11描述了柔性齿轮比参数的实际意义，当反馈的脉冲数不能和指令的脉冲数相同时，就可以通过该n / m的值进行调整，具体的设定方法如下。= 4141000010000=´当电动机为A1pha系列电动机，伺服为半闭环系统时，不管使用何种串行位置编码器，电动机旋转时位置反馈的脉冲数取1000000 pr。当不需要柔性齿轮比功能时，可以将该轴的nm值设定为0。参数PRM37#3 #0用于选择是否使用分离型的反馈系统，当设定为1时，伺服的位置反馈由分离型的接口输入。图4-11教 学 内 容备 注(2)伺服电动机代码和自动设定以及伺服的优化在数字伺服的软件中，包括

18、了所有电动机(非负载情况下)最佳的伺服控制参数，该参数在机床的调试时将被设定。具体方法可以通过伺服设定画面，在该画面集中了各个控制轴主要参数，请参考图4-12所示。初始设定位(initial set bits)：#1位为0时进行参数自动设定。设定完成后，该位恢复为1。电动机代码(Motor ID No)：电动机的代码(099)用于每种电动机。 AMR：当使用Alpha系列电动机时，该值为0。CMR2指令倍乘比。柔性齿轮比nm：根据上述介绍的公式设定。方向设定Direction Set：用于设定正确的电动机方向。速度脉冲数Velocity Pulse：使用A1pha系列电动机时为8192819。

19、位置脉冲数Position pulse：当系统为半闭环，A1pha系列电动机为12 5001 250；当系统使用全闭环时，取决于反馈脉冲数转。参考计数器RefCounter：用于参考点回零的计数器。图4-12在上述的参数设定完成以后，当初始设定位的#1位为0时，该轴的伺服参数会进行自动参数设定，设定如果正常完成后，该位变为1，一般以上参数都是由机床厂家在机床调试时进行设定的。但是由于自动设定的参数是FANUC公司在系统设计时非负载情况下调试出来的最佳参数，实际上该参数不能够满足各种不同负载和机械条件下的最佳参数，所以一般要根据实际的机床情况进行参数的优化。课时安排： 2 学时课程类型：理论课

20、实验课 实习课 习题课 实训课 其它教学地点：普通教室 多媒体教室 计算机房 实训室 实训中心 其它题 目：模块四 日本FANUC数控系统43 FANUC 0i系列配置教学目的及教学要求：掌握FANUC 0i系列配置教学重点和难点： FANUC 0i系列配置教学方法与媒介： 讲授多媒体课件及模型教学日期班级日期月 日 星期第 节月 日 星期第 节月 日 星期第 节月 日 星期第 节月 日 星期第 节作 业：教学后记： 填写日期： 年 月 日教 学 内 容备 注43 FANUC 0i系列配置431控制单元的连接1控制单元主板的连接控制单元主板的连接如图4-13所示。一般地，机床操作面板、IO单元

21、、刀库用系列伺服模块(如果有的话)、机械手用系列伺服模块(如果有的话)等设备都与控制单元主板上的JDlA(IO LINK)连接，如图4-14所示。图4-13教 学 内 容备 注图4-142控制单元主板与串行主轴及伺服轴的连接控制单元主板与串行主轴及伺服轴的连接如图4-15所示。图4-15教 学 内 容备 注3控制单元IO板与显示单元的连接FANUC 0iMA数控系统的显示单元有两种，分为CRT（显像管）显示单元和LCD（液晶）显示单元。LCD显示单元以其结构紧凑，发热量少的优点成为第一选择，逐渐取代CRT显示单元。FANUC 0iMA数控系统的显示单元I/O板与LCD显示单元的连接如图4-16

22、所示。图4-164控制单元IO板内装IO卡的连接控制单元IO板内装IO卡用于机床接口IO。内置IO卡DIDO的点数为96/64点。如果DIDO点数不够用的话，可以通过FANUC I0 LINK扩展I0单元。当使用控制单元I0板内装I0卡的I0信号接收器和驱动器时，一般需要进行以下的连接，如图4-17所示。图4-17教 学 内 容备 注5控制单元I0板与MDI键盘、手摇脉冲发生器和RS232C串行接口的连接MDI键盘和手摇脉冲发生器作为数控系统的数据和指令输入设备，是与控制单元的I0板进行连接的。以下就是MDI键盘、手摇脉冲发生器和RS232C串行接口与控制单元I0板的连接，如图4-18所示。图

23、4-186系统的电源系统输入电压为DC24 V±10，电流约7 A。伺服和主轴电动机为AC200 V(不是220 V，其他系统如0系统，系统电源和伺服电源均为AC200V)输入。这两个电源的通电及断电顺序是有要求的，不满足要求会出现报警或损坏驱动放大器。原则是要保证通电和断电都在CNC的控制之下。具体见表41。表41 FANUC 0i系统接通电源和关断电源顺序电源接通顺序1 机床电源（200 V AC）2 通过FANUC IO Link连接的从IO设备，电源为24 V DC3 控制单元和CRT单元的电源（24 V DC）电源关断顺序1通过FANUC IO Link连接的从IO设备，电

24、源为24 V DC2控制单元和CRT单元的电源（24 V DC）3机床电源（200 V AC）教 学 内 容备 注432伺服的连接FANUC伺服的连接分A型和B型，由伺服放大器上的一个短接捧控制。A型连接是将位置反馈线接到CNC系统；B型连接是将其接到伺服放大器。0i和近期开发的系统用B型。0系统大多数用A型。两种接法不能任意使用，与伺服软件有关。连接时最后的放大器JX1B需插上FANUC提供的短接插头，如果遗忘会出现#401报警。另外，若选用一个伺服放大器控制两个电动机，应将大电动机电抠接在M端子上，小电动机接在L端子上，否则电动机运行时会听到不正常的嗡嗡声。FANUC系统的伺服控制可任意使

25、用半闭环或全闭环，只需设定闭环型式的参数和改变接线，非常简单。主轴电动机的控制有两种接口：模拟(010 V DC)和数字(串行传送)输出。模拟口需用其他公司的变频器及电动机。用FANUC主轴电动机时，主轴上的位置编码器(一般是1024线)信号应接到主轴电动机的驱动器上(JY4口)。驱动器上的JY2是速度反馈接口，两者不能接错。目前使用的IO硬件有两种：内装IO印刷板和外部IO模块。IO板经由系统总线与CPU交换信息；IO模块用IO Link电缆与系统连接，数据传送方式采用串行格式，所以可远程连接。编制梯形图时这两者的地址区是不同的。而且，IO模块使用前需首先设定地址范围。为了使机床运行可靠，应

26、注意强电和弱电信号线的走线、屏蔽及系统和机床的接地。电平45 V以下的信号线必须屏蔽，屏蔽线要接地。连接说明书中把地线分成信号地、机壳地和大地。另外，FANUC 系统、伺服和主轴控制单元及电动机的外壳都要求接大地。为了防止电网干扰，交流的输入端必须接浪涌吸收器。如果不处理这些问题，机床工作时会出现#910、#930报警或不明原因的误动作。1FANUC 系列伺服模块型号及接口定义伺服模块接受从控制单元发出的进给速度和位移指令信号。伺服模块对控制单元传送过来的数据作一定的转换和放大后，驱动伺服电机，从而驱动机械传动机构，驱动机床的执行部件实现精确的工作进给和快速移动。FANUC的系列伺服模块主要分

27、为SVM、SVMHV两种，其中SVM型的一个单独模块最多可带三个伺服轴，而SVMHV型的一个教 学 内 容备 注单独模块最多可带两个伺服轴。而且根据不同的NC系统使用不同的接口类型，A型(TYPE A)、B型(TYPE B)和FSSB三种。FANUC 0iMA数控系统属于B型接口类型。（1）FANUC 0i伺服模块的型号 伺服模块的型号如下所示：SVM / / 伺服模块；轴数，1=1轴伺服模块，2=2轴伺服模块，3=3轴伺服模块；第一轴最大电流；第二轴最大电流；第三轴最大电流；输入电压，“无字”=200 V，HV=400 V。（2）FANUC 0i伺服模块各指示灯和接口信号的定义 图4-19为

28、SVMl12伺服模块。 SVM l12伺服模块各指示灯和接口信号的定义如下： 1)直流电源输入端。该接口与电源模块的输出端、主轴模块、伺服模块的自流输入端相连。 2)BATTERY电池。该电池用于系统断电后，保存绝对型位置编码器的位置数据。 3)STATUS表示LED状态。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。 4)CX5X绝对型位置编码器电池接口。一般地，与电池连接或在使用分离型电池盒时，与下伺服模块地CX5Y连接。 5)CX5Y绝对型位置编码器电池接口。一般地，在使用分离型电池盒时，与下伺服模块地CX5X连接。 6)S1S2接口选择开关。S1为A型接口，S2为B型接口

29、。 7)F224 V电源熔丝。 8)CX2A直流24 V输入接口。一般地，该接口与主轴模块或上一伺服模块的CX2B连接，接收急停信号。9)CX2B直流24 V输入接口。般地，该接口与下一伺服模块的CX2A连接，输出急停信号。10)直流回路连接充电状态LED。在该指示灯完全熄灭后，方可对教 学 内 容备 注模块电缆进行各种操作，否则有触电危险。11)JX5伺服状态检查接口。该接口用于连接伺服模块状态检查电路板。通过伺服模块状态检查电路板可获得伺服模块内部信号的状态。12)JX1A模块连接接口。该接口一般与主轴或上一个伺服模块的JX1B连接，作通信用。13)JXlB模块连接接口。该接口般与下一个伺服模块的JX1A连接。14)PWM11JV1BA型NC数控系统接口。15)PWM21JS1B B型NC数控系统接口。该接口与FANUC 0i系统控制单元相对应的伺服模块接口JSnA(n为轴号)连接。16)ENCJF1位置编码器接口。该接口只在使用B型接口类型时使用。17)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。2FANUC 系列主轴模块型号及接口定义。 数控系统中的主轴模块用于控制驱动主轴电动机，在加工中心中主轴带动刀具旋转，根据切削速度、工件或刀具