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FANUC


FANUC 0i 系列维修诊断与实践

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第一章,数控机床维修特点 ..............................................................................4 1-1. 1-2. 1-3. 1-4. 数控机床结构特点 ..........................

.......................................................4 新技术的应用 .....................................................................................13 数控系统的特点 ...................................................................................16 对最终用户的维修任务要求 .................................................................17

第二章 FANUC I 系列数控系统的构成 ...........................................................20 2-1. 主控制系统 ..........................................................................................20 2-2. FANUC 驱动与反馈..............................................................................31 2-3. PMC 与接口电路(PMC 程序,I/O 板,继电器电路) ........................33 2-4. FANUC 数控系统分类 ..........................................................................38 第三章 FANUC 伺服驱动装置.........................................................................44 3-1. 伺服驱动概述.......................................................................................44 3-1-1. FANUC 控制驱动分类....................................................................44 3-1-2. 反馈及控制方式 ............................................................................45 3-1-3. FANUC 驱动器发展 .......................................................................47 3-2. FANUC 数字伺服框图 ..........................................................................49 3-3. FANUC 数字伺服硬件与连接................................................................51 3-4. 伺服参数的初始设定 ............................................................................59 ⑴ 打开伺服画面. ..................................................................................59 ⑵ 初始设定位的设置...............................................................................59 ⑶ 设定电机 ID 号 ....................................................................................60 ⑷ 任意 AMR 功能参数设定(等同于 2001#参数) .................................61 ⑸ CMR (指令倍乘比) .........................................................................61 ⑹ 关断电源,然后再打开电源..............................................................62 ⑺ 检测倍率(DMR)也称进给齿轮比 N/M(F.FG)的设置. ................62 ⑻ 移动方向.............................................................................................63 ⑼ 速度脉冲数,位置脉冲数....................................................................63 ⑽ 参考计数器容量 ..................................................................................63 ⑾ 将电源关闭,然后再接通,完成伺服初始化设....................................64 3-5. 数控通道,伺服通道与 FSSB ..............................................................67 3-6. 常用伺服参数调整 ...............................................................................76 ⑴ 概述: ................................................................................................76 ⑵ 基本轴参数的设置...............................................................................76 ⑶ 伺服轴虚拟化设置...............................................................................77 ⑷ 与误差过大相关参数: .......................................................................78 ⑸ 调整全闭环震荡和跟踪精度相关的参数 ..............................................81 ⑹ 全闭环改为半闭环相关参数 ................................................................81 3-7. 增量零点,绝对零点,距离编码 ..........................................................83 3-7-1. 增量方式回零 ................................................................................83 3-7-2. 绝对方式回零(又称无档块回零)................................................85 3-7-3. 距离编码回零 ................................................................................86 3-8. FANUC 数字主轴 .................................................................................89

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3-8-1. FANUC 串行主轴驱动框图.............................................................89 3-8-2. 速度控制参数 ................................................................................90 3-8-3. 接口控制地址 ................................................................................91 3-8-4. 标准参数的自动设定 <串行主轴> .................................................94 3-8-5. FANUC 主轴反馈检测器的种类 ....................................................98 第四章 FANUC PMC ....................................................................................100 4-2. I/O 接口信号.......................................................................................102 ⑴ FANUC 0iB 内置 I/O 卡......................................................................102 ⑵ 分线盘式 I/O 模块 .............................................................................103 ⑶ I/O UNIT(单元)A ...........................................................................107 4-3. PMC 地址分配....................................................................................108 4-4. PMC 周期 .......................................................................................... 112 第五章 基本诊断画面................................................................................... 114 5-1. PMC 诊断画面 ................................................................................... 114 5-1-1. PMC 画面显示 ............................................................................. 114 5-1-2. 梯形图画面显示 .......................................................................... 115 5-1-3. 梯形图画面操作 .......................................................................... 116 5-1-4. 梯形图显示相关设定画面 ............................................................120 5-1-5. PMC 接口诊断画面 ......................................................................124 5-1-6. PMC 诊断画面控制参数...............................................................134 5-2. 伺服诊断画面的使用 ..........................................................................139 5-2-1. 数字伺服画面调用.......................................................................139 5-2-2. 数字伺服运转画面说明................................................................140 5-2-3. 在 NC 诊断画面观察伺服报警 .....................................................141 5-2-4. 详细报警分析及解决方案 ............................................................145 5-2-5. 数字伺服波形诊断画面................................................................149 5-3. 主轴诊断画面的使用 ..........................................................................151 5-3-1. 显示主轴设定及调整画面 ............................................................151 5-3-2. 主轴设定画面 ..............................................................................151 5-3-3. 主轴调整画面 ..............................................................................152 5-3-4. 主轴监视画面 ..............................................................................153 5-4. 数控诊断画面的使用 ..........................................................................155 5-4-1. 进入 NC 诊断画面 .......................................................................155 5-4-2. CNC 诊断(常用信号)000~016 的含义 ....................................156 第六章 报警分类与状态报警灯说明 .............................................................163 6-1. FANUC I 系列显示信息报警分类.........................................................163 6-1-1.85~87 号报警(有关 RS232-C 输入/输出接口报警).............164 6-1-2. 90 号报警(返回参考点位置异常) .............................................168 6-1-3. 脉冲编码器报警 ..........................................................................171 6-1-4. 400#~ 数字伺服报警 ...................................................................172 6-1-5. 有关伺服总线 FSSB 报警............................................................173 6-1-6. 主轴模块相关报警.......................................................................174

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6-1-7. 系统报警 .....................................................................................179 6-2. 系统状态报警灯说明 ..........................................................................189 6-2-1. 内装式机箱..................................................................................189 6-2-2. 独立式机箱..................................................................................192 6-3. 驱动单元 LED 报警 ............................................................................195 6-3-1. 电源单元(PSM)LED 报警 .......................................................195 6-3-2. 主轴单元(SPM)上 LED 报警...................................................199 6-3-3. 伺服放大器模块(SVM)上 LED 报警 ........................................208 第七章 FANUCI 系列常见典型故障分析与排除............................................217 7-1. 机床不能正常返回参考点...................................................................217 7-1-1. 不能正常返回参考点(增量方式)..............................................217 7-1-2. 绝对零点丢失 ..............................................................................221 7-1-3. 返回参考点不准确.......................................................................223 7-2. 误差过大与伺服报警(410#/411#报警) ...........................................224 7-3. 主轴速度误差过大报警 ......................................................................228 7-4. <紧急停止>报警不能解除...................................................................233 7-5. M-FIN 信号没有完成 ..........................................................................235 7-6. 按<循环启动>键程序不运行...............................................................236 7-7. 电源不能接通.....................................................................................239 第八章维修人员必备的基本操作...................................................................243 8-1. 参数的设定与修改 .............................................................................243 8-2. 引导画面的数据备份与恢复 ...............................................................245 8-2-1.数据分区和分类: ......................................................................245 8-2-2.SRAM 中的数据备份 ..................................................................246 8-2-3.F-ROM 中数据拷贝与恢复 .........................................................250 8-2-4.闪存卡格式化(MEMORY CARD FORMAT)功能 ....................254 8-3. 通过输入/输出方式保存,恢复数据 ...................................................255 8-3-1.程序数据的输入/输出: ..............................................................256 8-3-2.偏置数据(刀具偏置补偿数据)的输入/输出..............................257 8-3-3.参数的输入/输出.........................................................................258 8-3-4.螺距误差补偿数据的输入/输出 ...................................................259 8-4. PMC 数据输入输出 ............................................................................261 8-4-1. PMC 梯形图及 PMC 参数输入 ...................................................261 8-4-2. PMC 梯形图输出..........................................................................265 8-4-3. PMC 参数输出 .............................................................................266 8-5. 更换电池及风扇应注意的问题............................................................268 8-5-1.电池的更换.................................................................................268 8-5-2. 冷却风扇单元的更换 ...................................................................270 8-5-3.更换 LCD 的灯管 ......................................................................271 8-6.重力轴电机拆卸时应注意的问题 .......................................................274

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第一章,数控机床维修特点
这本书我们讨论数控机床的维修,数控机床在加工制造业这个传统行 业中是一个相对新的事物,作为数控设备由于它是新技术应用的载体,所 以在讨论数控机床维修这一话题时,我们应该注意数控机床维修的特点, 它与传统机床维修的差异. 本章从分析机床结构入手,在技术层面上讨论它的特点,希望首先在 观念上帮助现场设备保全人员或维修工程师理解"数控机床维修"这六个 字的含意, 我们需要解决什么样的问题?我们能够解决什么样的问题? 即: 我们应当解决什么样的问题. 1-1. 数控机床结构特点 数控机床是集机(械) ,电(气) ,液(压气动) ,光(学器件)为一体的自 动化设备.

图 1-1

立式数控铣床结构

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图 1-2 数控车床结构

在机械传动链上,它采用滚珠丝杠与直线导轨,以及镶钢贴塑导轨.

图 1-3 滚珠丝杠

图 1-4 直线导轨

与普通机床不同,作为数控加工中心它采用刀库,换刀机械手,数控分度转 台或连续数控转台,交换工作台等.

图 1-5 落地式刀库

图 1-6 盘式刀库

图 1-7 斗笠式刀库

图 1-8 数控转台

图 1-9 鼠齿盘转台

图 1-10 换刀机械手

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图 1-11 数控分度主轴

图 1-12 带动力头刀塔

在电气结构上采用 CNC——Computer Numerical Control 即计算机数字控 制系统,内置 PLC 及接口电路,主轴及伺服驱动等.

图 1-13 FANUC 16/18 系统

图 1-14

FANUC αi 系列主轴与伺服

图 1-15

内置 PLC

图 1-16

I/O 单元(接口电路)

以及继电气电路,电磁阀,接近开关等外部设备.

图 1-17

三位四通液压阀

图 1-18

接近开关

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在光学器件上采用光栅尺(作为全闭环反馈元件) ,旋转编码器(作为速度 反馈或半闭环的位置反馈) .

图 1-19 光栅尺

图 1-20

旋转编码器与元光栅

联系上述数控机床的结构特点,我们简单归纳数控机床的工作过程如下;
加工程序发 出移动指令 数控系统进行精确 控制 (位置, 速度, 电流三环控制) 完成刀具与工作 台精确的相对运 动,从而加工出复 杂,精确的零件. 伺服电机 根据指令 脉冲旋转 滚珠丝杠将 旋转运动转 为直线运动

编码器或光栅尺 将实际移动距离 反馈到 CNC

PLC 及外围设备实现对刀 库,机械手换刀,转台卡紧, 导轨润滑,冷却水,交换工 作台等辅助动作的控制.

作为数控机床的每一个组成部分, 在数控机床这一整体中都扮演着不同的重 要角色,并且不同的结构特征对于我们日常的维修工作有着至关重要的影响. 数控机床维修人员就是数控机床的"医生" ,那么维修人员对数控机床结构 的理解过程就如同医生在进行解剖学的过程, 只有对 "医治对象" 有深刻的了解, 才能够得心应手的解决疑难"病症" . 下面我们提出在数控机床维修中遇到的 6 个问题进行讨论. 问题①滚珠丝杠与梯形丝杠的特点是什么?为什么数控机床大都采用滚珠 丝杠?双螺母丝杠和单螺母丝杠的区别是什么?对我们日常维修有什么影响? 由于滚珠丝杠的结构特点在数控机床维修中应该注意什么? 在我们日常加工中经常会发现机床在换向时有"让刀"现象发生,即程序已 经指令导轨改变轨迹方向, 但是刀具与工件的相对运动并没有像我们预期那样移 动,而是滞后一步,有经验的工程师首先会想到"丝杠间隙" .那么丝杠间隙是 怎样产生的呢?有没有办法消除丝杠间隙呢?下面我们稍加详细的给予分析; 下面两个图形象的描绘了滚珠丝杠和梯形丝杠的不同结构.

图 1-21 滚珠丝杠内部结构

图 1-22 梯形丝杠结构

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从图 1-21 和图 1-22 可以看出,滚珠丝杠是滚动摩擦,而梯形丝杠则是滑动 摩擦.在实际应用中由于滚珠丝杠是滚动摩擦,摩擦系数小,所以动态响应快, 易于控制, 精度高. 另外, 滚珠丝杠生产过程中, 在滚道和珠子之间施加预紧力, 可以消除间隙,所以滚珠丝杠可以达到无间隙配合.基于这些特点数控机床广泛 采用滚珠丝杠,并配合伺服电机达到高的动态响应和高定位精度. 而梯形丝杠是依靠丝母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的, 从机械原理 上讲,滑动摩擦的两物体之间必然会有间隙,包括渐开线齿轮,齿轮齿条等,所 以梯形丝杠用于普通机床对动态响应不很高的场合. 滚珠丝杠又有单螺母和双螺母,单螺母丝杠即便在出厂时预紧消除间隙,但 是使用若干年后容易产生间隙,并且很难通过调整消除间隙.但是双螺母丝杠的 间隙可以通过增减调整垫的厚度 (见图 1-23) 控制丝杠预紧力, , 消除丝杠间隙.

图 1-23

另外, 现在大多数数控制造商也提供了电气上辅助补救措施——背隙补偿功 能(也有称之为"反向间隙补偿",英文为 Backlash compensating.FANUC ) 16/18 以及 0i 系列可以通过 1851 和 1852 号参数对各轴的反向间隙进行补偿. 对于滚珠丝杠最后我们要强调的是它的"非自锁性" .如果梯形丝杠的螺旋 升角是α°,那么它的轴向分力是μ*F*[sinα°],径向分力μ*F*[cosα°],只要 α角小于 45°,则轴向分力小于径向分力,所以不会在轴向力的作用下驱动丝 杠旋转,可以产生"自锁" . 而滚珠丝杠由于采用滚珠滚动摩擦, 所以不能构成梯形丝杠那样稳定的静力 三角形,一旦稍有轴向力作用就会驱使丝杠旋转,这一特性在我们的日常维修中 一定注意!例如:数控机床的重力轴(立式数控铣床的 Z 轴,卧室加工中心的 Y 轴) ,当伺服电机不工作时,必须有制动器锁住丝杠,防止由于主轴箱重力引起 丝杠旋转,产生主轴箱下滑.传统的数控机床采用重锤平衡(用于立式机床)或 液压平衡(用于卧式机床)减少电机正反向负载差,同时减少了加在丝杠上的轴 向重力.但是今天许多国内外机床厂家为了简化机床结构,去掉液压平衡装置, 采用大扭矩伺服电机直接带动重力轴工作, 在伺服电机关断时仅仅是通过伺服电 机本身自带的抱闸锁住滚珠丝杠的转动.对于此种情况,我们在维修拆卸重力轴 电机时一定要将主轴下面进行支撑处理(一般用方木将主轴箱支撑住) ,否则当 你强行将重力轴伺服电机(立式数控铣床的 Z 轴,卧室加工中心的 Y 轴)拆掉 后,机床的主轴箱会像自由落体那样下滑,非常危险.在以往的实际案例中曾出 现过这种失误,请读者务必注意.至此我们应该对机床结构在维修中的重要作用 有所体会. 问题② 机床导轨主要有几种形式?数控机床导轨有几种形式?它们的各自 特点是什么?哪种导轨的重切削特性更好?哪种导轨的动态特性更好? 我们从一个维修案例提出开始,一台立式加工中心,直线导轨,半闭环,在 使用 Φ30mm 铣刀切削时 X 轴产生共振.一般半闭环机床产生共振的原因与数 控系统及电气的相关性比全闭环机床要小得多, 即便是电气故障也多产生于伺服

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驱动部分,现场工程师首先采用了排除法,将电机与机床脱开,电机运转正常没 有震动,排除了电气损坏的可能性.接下来检查机械,最终发现 X 轴直线导轨 磨损严重,个别滑块滚珠鳞皮剥离,导致导轨间隙过大,刀具旋削过程中机床共 振. 图 1-4 清晰的展示了直线导轨的结构特征,直线导轨是由导轨,滑块两个基 本部分组成的,滑块与导轨之间的运动是依靠滚珠的滚动完成的,所以它的特点 很像滚珠丝杠,惯性矩小,动态特性好,响应快.但是珠子与轨道的接触实际上 是点群的接触,所以受力点不均匀,稳定性差,强力切削特性差. 数控机床导轨的其它形式还有镶钢贴塑导轨(适宜强力切削的中型数控机 床) ,静压导轨(适宜大型龙门式机床,大型镗铣床等) ,以及钢导轨坦克链滑块 导轨等.它们的结构不同,特点不同,在维修中的出现的问题不尽相同,处理的 方式也不同.下面用表格的形式予以归纳.
表 1-1 数控机床常用导轨比较

导轨形式 直线导轨

结构 滑块与导轨之 间通过滚珠滚 动产生相对运 动

特点 滚动摩擦,惯 性矩小,动态 特性好,点群 接触,强力切 削性差.

适用 切削力适中的 高速加工机 床,如铝材箱 体加工等

镶钢贴塑导轨

钢导轨与工作 台下面的聚四 氟乙烯面以及 它们之间的油 膜产生滑动摩 擦

静压导轨

刮砚后接触面 好, 稳定性好, 强力切削性能 好.静惯性矩 大,起动力矩 大,动态特性 稍差. 通过压力油分 摩擦系数小, 布在导轨面各 受力好,结构 点,工作台浮 复杂,制造成 在导轨上面 本高

强力重切削机 床,钢件,不 锈钢件加工, 目前中型数控 机床使用广泛

大型龙门或大 型镗铣床,工 作台承重大

钢导轨与滑块

与直线导轨原 理相似,但坦 克链式滑块多 为滚针形式,

气浮导轨

"线"接触, 滚动摩擦,惯 性矩小,动态 特性好,受力 条件比直线导 轨好,工艺性 比直线导轨差 通过小孔气压 摩擦系数小, 将工作台浮在 受力好,对环 导轨上运动 境要求严,适 用于高速加工

中型机床或龙 门机床横梁广 泛采用这一结 构

容易产生故障 磨损快,滑块 与导轨一旦产 生间隙,切削 时机床易产生 震动. 维修更换容易 贴塑面对润滑 要求严,一旦 缺少润滑,贴 塑面很快损 坏,维修成本 高,必须刮砚 修复. 压力点不平 衡,出油口堵 塞,工作台飘 浮低于允差, 压力点平衡调 整难度大 滑块寿命周期 有限,但更换 维护容易.

专用高速加工 对 环 境 要 求 机床 高,气和环境 质量非常重要

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1-床身;2-工作台;3-压板;4-贴塑面;5-镶条 图 1-24 镶钢贴塑导轨断面

问题③ 全闭环与半闭环的结构与特点是什么?各有什么优缺点? 作为数控维修人员, 了解全闭环和半闭环的结构与工作原理对于数控维修是 非常重要的,这也是非自动化控制专业接触数控维修后遇到比较陌生的课题. 从控制形式上分类,目前数控主要有开环控制,半闭环控制和闭环控制这三 类.由于开环控制主要用于精度不太高的经济型数控,本书不予讨论. 而全闭环控制和半闭环控制对于中高档数控机床是必不可少的, 程序指令输 出后,工作台是否移动到位,完全是由机床的全闭环控制和半闭环控制监控,调 整的. 关于全闭环控制和半闭环的控制原理以及在 FANUC 系统中的应用我们将 在第四章《FANUC 数字伺服》章节中深入讨论,在本章我们仅强调这两种不同 控制方式对我们日常数控维修的影响. 全闭环控制机床的故障率要高于半闭环机床,这是由于检测元件(光栅尺, 感应同步器等)安装在工作台周边,铁屑和冷却液造成的不良环境,影响这些检 测元器件的正常使用. 另一方面全闭环控制对于机械传动链的配合精度要求比较 高,当机械传动链出现过大的间隙时(一般大于 0.05~0.10mm 后)会产生伺服 调整振荡,机床工作时出现高频噪声,无法使加工正常进行.那么作为数控机床 维修人员怎样处理这类故障呢?最有效的方法就是通过参数调整将全闭环控制 改为半闭环控制进行试验.如何进行参数调整我们将在第四章详细讨论,但是调 整相关参数的前提是;我们必须理解两种控制方式的工作原理,理解相关参数的 叙述内容和作用.另外,在找出故障后我们还要对硬件进行维修或更换处理.能 够顺利完成上述维修过程, 全面了解两种控制方式的结构和工作原理是非常重要 的. 通过问题③的讨论,我们再进入问题④的讨论,即:伺服电机与步进电机在 数控机床应用中的最大区别是什么?同步电机与异步电机的特性是什么?在数 控机床中分别用在什么场合? 步进电机在数控系统中是根据指令脉冲转换成相应的步距角旋转的,指 令发出后不读取反馈信号,为开环控制.当从程序指令到电机旋转,如 果中途有丢失脉冲现象,系统无法感知与校正.所以目前步进电机开环 控制用于精度要求不很高的经济型数控. 完整的伺服控制通过位置环,速度环,电流环对伺服电机进行实时调整 控制,伺服控制回路有全闭环或半闭环两种形式,一般用于高精度,高 动态响应的中高档数控机床. 另外,有些读者对变频调速和伺服控制认识模糊,变频调速和伺服控制有 它们的共性,所以容易造成读者误解.例如它们的共同点是均采用 PWM(脉宽

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调制)驱动,像西门子 611D 驱动单元,其拖动对象不区分是 1FT6 伺服电机还 是 1PH7 异步主轴电机,均采用结构完全相同的驱动单元.这与 FANUC 系列产 品不同(FANUC 公司主轴驱动单元与伺服放大器完全不同,不可替代) . 变频调速的控制对象一般是异步电机,例如鼠笼电机.而伺服控制的对象 是同步电机,通常是永磁电机.变频调速是以速度控制为主,强调的是恒功率输 出.而伺服驱动是位置控制,速度控制,力矩控制(或电流控制)并重,强调的 恒扭矩输出.所以在 FANUC 驱动产品指标标注中,主轴电机和伺服电机是不同 的.主轴电机产品是以功率划分,如型号是 αi18/6000 的主轴电机,表明其额定 功率是 18 kw 转速为 6000 rpm 的主轴电机, αi22/3000 的伺服电机指的是额 而 定扭矩为 22 N-M 最高转速为 3000rpm 的伺服电机.虽然后者单从数字上看 22 比前者 18 大,但实际上后者的额定输出功率仅为 4.4 kw ,最大输出功率为 6.9 kw(换算公式 P =N *n/9550 P 功率-千瓦,N 扭矩牛-米,n 转速-转/分) . 通常情况下,异步电机的位置控制运算模式是"矢量控制" ,而伺服电机采 用同步跟踪旋转磁场的角度实时调整,实现高精度位置控制.
表 1-2 变频调速与伺服控制差异

特点 在数控机床中应用 变频调速 速度控制为主, 可以实 用于主轴电机,刀 现简单的位置控制, 库电机,交换工作 低 速扭矩特性差. 台用电机. 伺服控制 PWM 同步电机 高精度位置控制, 集速 轴控制用电机. 脉宽调制 永磁电机 度控制,位置控制,力 数控机床的 X,Y, 矩控制为一体, 低速大 Z,A,C 轴等. 扭矩. 表 1-2 将问题④作了一个简单的归纳,不尽全面,我们将在第四章再详细 讨论. 问题⑤数控转台与鼠牙(齿)盘转台在结构上有什么区别?分别用于什么 场合? 这个问题在我们的数控机床维修中有实际意义,例如卧式加工中心 180° 掉头镗孔同轴度差是一个比较普遍的故障现象.如果我们对机床结构有所了解, 就不会轻易怀疑鼠牙盘的角度定位精度,这主要是由于结构所决定的,因为鼠牙 盘的角度定位就如同机械死档块定位,数控系统只要将转台转到"大致的位置" (小于 1/2 鼠齿分度) ,最终的定位精度就取决于鼠牙盘的捏合.只要鼠牙盘鼠 齿没有断裂,没有从基座错位,其定位精度很高,并且不会随着使用年限的延长 而降低精度.这就是为什么高精度镗铣床广泛采用鼠牙盘结构.但是鼠牙盘结构 的缺点也是显而易见,它不能与其它伺服轴构成联动,去加工空间形状复杂的曲 面. 鼠牙盘结构的上述缺点也影射出数控转台的优点,数控转台在加工过程中 可以连续旋转,与其它数控轴(或几何轴)进行插补,完成复杂的曲面加工.但 是由于涡轮幅长期磨损,所以在长期使用后会降低角度定位精度. 另外鼠牙盘转台在旋转时只带动工件空转定位,不受切削力作用,所以驱 动电机功率或扭矩相对数控转台电机要小. 相反数控转台伺服电机的扭矩或功率 要大得多. 最后我们讨论问题⑥ 数控车床与车削中心(也称车铣中心)的区别,以及 FANUC 系统中对 Cs 和 Cf 轴的定义.

驱动器 PWM 脉宽调制

控制电机 异步电机 鼠笼电机

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通常的车削概念是工件旋转,刀具不(转)动,铣削则是工件不(转)动, 刀具旋转.数控车床就是卡盘夹持工件高速旋转,刀具不主动切削.而车削中心 即可进行车削——工件高速旋转,刀具仅按轨迹运行不做主动旋转切削,同时又 可进行铣削——刀具高速旋转,主轴作为 C 轴夹持工件与 X 轴或 Z 轴插补. 数控车床的结构比较好理解,它与普通的车床车削原理没有本质的区别. 但是车削中心之所以可以完成车,铣两个功能,是由于它与数控车床在结构上有 两点不同. 主轴分度功能,全功能车削中心主轴分度精度可达 0.001°. 刀塔具有"动力头"刀位,如图 1-25 为一 12 刀位刀塔,4#刀位带有 1 个动力刀头.目前常用的几种动力头形式有;异步电机变频调速,液压 马达驱动,以及伺服电机控制(用 PLC 控制的 PMC 轴) .

图 1-25 带动力头的刀塔

通常的数控车床主轴采用异步电机变频调速,只有速度环和电流环控制, 所以无法实现位置控制,只能夹持工件高速旋转.但是车削中心的主轴必须同时 具有高速旋转和低速定位两个功能. 早期的车削中心,由于主轴高精度定位的技术尚不成熟,所以采用两个电 机及复杂的离合机构切换控制两种不同的方式——主轴电机高速旋转和伺服电 机低速高精度定位.一个电机是异步变频调速电机,另一个是同步伺服电机,这 种结构在 FANUC 系统被称之为 Cf 轴.其含义是用 feed(进给)轴电机控制 C 轴(即主轴)定位. 90年代后, 随着现代数控技术及电机驱动技术日趋成熟, 特别是矢量控制技 术在异步电机驱动中的应用,实现一个电机即可控制主轴高速旋转,又可低速高 精度定位.而不同公司又各有不同的解决方案,FANUC公司仍采用异步电机, 但是在反馈形式和控制方式上做了改进,采用高精度位置反馈装置,如高分辨率 磁性脉冲编码器(通称Cs传感器)可达90000脉冲/转,同时融入矢量控制技术, 即保留了变频调速高速大功率输出的特性,又可实现位置控制(低速大扭矩及高 精度位置控制性能不及同步电机的伺服控制) FANUC公司将这种形式的主轴驱 . 动方案称之为Cs轴控制,其含义是用spindle(主轴)电机控制C轴(即主轴) 定位.

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西门子公司对于高精度主轴分度推荐使用同步伺服电机作为主轴电机,由 于西门子伺服驱动的高速特性非常好,所以既满足了低速大扭矩高精度定位,又 可以满足高速恒功率输出的特性,不过成本比较高. 上面就数控机床结构特点提出了六个问题,并作了简单的分析和解答.其 目的主要是希望读者能够理解, 熟知数控机床的结构特点对日常的数控机床维修 有着非常重要的意义. 1-2. 新技术的应用

前面我们提到,数控机床是集机(械) ,电(气) ,液(压气动) ,光(学器 件)为一体的自动化设备.而这些分支,领域必然也受技术进步的影响,新的技 术,新的工艺,新的产品不断被装备到数控机床上,所以了解这些新技术的应用 对于我们今后的维修,特别是建立一种新的维修思维方式,也是非常重要的. ① 直线电机(Linear Motor)的应用

图 1-26 直线电机

上一节我们讨论了数控机床结构,并在问题①中首先讨论了滚珠丝杠的结构 特征.就传统的数控机床而言,工作台的移动是通过伺服电机的旋转 联轴节 滚珠丝杠 滚珠丝母带动工作台移动.但是上个世纪末,直线电机逐 渐在数控机床中使用,从图 1-26 直线电机结构图中我们看到,直线电机的数控 机床已经不再需要滚珠丝杠了. 它已不再是由电机旋转运动通过机械传动链转变 为直线运动,取而代之是直线电机直接完成直线运动传递.在机床结构上有了一 个新的突破,机械传动链中又少了一个传动链,结构更加简洁.

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我们将传统机床与现在的数控机床以及将来的数控机床的线性轴的驱动做 一个简单的结构比较.
鼠笼电机
联轴节

齿轮箱

工作台 梯形丝杠
图 1-27 普通机床 工作台

伺服电机

联轴节

滚珠丝杠
图 1-28 传统数控机床

工作台 直线电机

图 1-29 直线导轨数控机床

②力矩电机(Synchronous Built-in Servo Motor)的应用

图 1-30 力矩电机

图 1-31 传统的数控转台蜗轮副

传统的转台,特别是高精度数控转台是由图 1-31 中描述的蜗轮,蜗杆以及 轴承,箱体等组成.传统的机构要求是既要让电机在最佳速度工作区工作又要让 工件低速大扭矩转动,承受大的切削力.而蜗轮蜗杆大速比,自锁性,力矩放大 等特点正好满足了这一要求.但是蜗轮,蜗杆是属于齿轮类机构,工作过程中齿

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面必然存在磨损和间隙,一旦齿面齿型,节距磨损严重,将会导致整个蜗轮副精 度降低,机床转台定位精度降低.另外蜗轮副磨损后的修复和调整非常困难,修 复成本非常高,对于 800X800 的加工中心,一对高精度蜗轮副(定位精度小于 6 弧度秒)更换成本在 10 万元以上. 而现代技术水平,已经可以通过电气直接控制,驱动负载低速大扭矩转动, 这种直接驱动用低速大扭矩转台电机在数控机床应用中被称为"力矩电机" ,见 图 1-30 它是由转子和定子线圈组成. 这种技术大大降低了数控转台的制造成本, 并且转台精度保持时间长,维护成本低. ③ 高速电主轴(High Speed Spindle)

图 1-32 电主轴

Encoders —— 内置反馈装置(编码器) Stator with cooling jacket —— 转子与冷却护套 Rotor with sleeve —— 转子套管 Spindle shaft with bearings —— 主轴芯轴与轴承 Bearing endshield.DE —— 后轴承座,双列向心推力轴承 Drain hole —— 排干孔(泻流冷却液) Cooling medium intake —— 冷却介质入口 Spindle housing —— 定子座 Cooling medium discharge —— 冷却介质出口 Drain hole —— 排干孔(泻流冷却液) Bearing endshield.NDE —— 前轴承座,单列轴承 图 1-33 电主轴结构

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图 1-34 卧式加工中心机械主轴齿轮箱

传统的机械主轴如图 1-34,是由主轴电机以及齿轮箱组成的.这是因为传 统的主轴电机大都采用异步交流电机变频调速,它的最佳工作速度范围在 500rpm~2000rpm,而加工工艺要求铣刀的工作范围(机械主轴转速范围)在 20rpm~6000rpm,那么如何满足工艺速度要求呢?通过不同的齿轮比切换,扩 大机械主轴变速范围,即可以使电机在理想的速度区间工作,又能满足工艺上的 速度和扭矩范围要求.它的弊病是机械结构复杂,成本高. 而电主轴调速范围宽,特别是高速特性好,可以省去主轴齿轮箱,直接将刀 柄插入电主轴转子中(参见图 1-33) ,机床结构简洁,主轴及立柱受力好.目前 电主轴采用陶瓷或油雾润滑,主轴转速可达 20000~50000rpm 以上,特别适宜 磨具加工. 从上面几种典型的新技术应用中我们可以总结出: 数控机床的结构越来越简 单,传动链越来越少,电到机的转换(电能转换为动能) ,旋转运动到直线运动 的转换越来越直接,电机与拖动以及控制技术的进步带动数控机床整体技术进 步. 具体到我们维修任务上讲,机械工作量减少,但工艺要求高,如针对直线电 机和力矩电机的安装和调整,电主轴油雾润滑间隙的调整,陶瓷轴承的更换和预 紧力调整等均是传统机床没有遇到过的工艺问题, 同时对维修人员电气知识的要 求也越来越高. 1-3. 数控系统的特点 数控系统不同于计算机标准化设备的其它特点: ① 数控系统采用专用总线,LSI(大规模集成电路) ,SMT(表面贴装)工艺, 专用集成电路,如图 1-35

图 1-35 LSI & SMT 技术应用

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② 专用的数字伺服驱动 目前各数控公司采用自己的专用伺服总线, FANUC 公司 i 系列数字伺服 如 采用 FSSB——Fanuc Serial Servo Bus,西门子公司 840D 采用 Power Line, 802Dsl 采用 DRIVE CLIQ 作为伺服总线.这些数字伺服协议相互不兼容,所以 备件没有互换性,甚至控制技术和手段相距甚远.

图 1-36 FANUC 数字伺服控制

③ 机床数据的唯一性,易失性 机床数据,包括数控系统参数,加工程序,螺距误差补偿数据,宏程序或 R 参数,伺服参数或驱动配置数据,PLC 程序或梯形图等均存储在 CNC 不同 的介质或区域内.如 FANUC i 系列将系统软件,数字伺服软件,梯形图,用 户宏程序执行器存储在 F-ROM 中.机床参数,螺距误差补偿数据,加工程序, PMC 参数等存放在 S-RAM 中,同时依靠锂电池在系统断电后维持 S-RAM 中 的数据. 之所以说数控机床数据是唯一的,因为即便是同一型号的机床有可能机床 数据是不同的,比如伺服参数,螺距误差补偿数据,甚至 PMC 参数等,这些 数据有可能安装调试人员根据现场具体情况进行了修改或调整. 易失性是指由于 S-RAM 中的数据在断电后是依靠电池维持的,当电池供 电出现问题,或数控系统损坏会造成 S-RAM 中数据丢失.所以备份保存机床 数据对设备保全是非常重要的. 1-4. 对最终用户的维修任务要求 通过上一小节的叙述,我们可以总结出数控机床的某些重要特征,从而重新 修正我们对数控机床维修的概念. 首先数控系统采用专用总线结构,专用的 LSI,专用的伺服驱动,所以它不 像通用 PC 的总线那样,有通用的标准,备件易采购,有互换性,代码开放,参 考文献渠道多等.数控系统备件供应渠道单一,图纸,程序协议不对用户开放, 专用 LSI 不对用户开放,所以线路板维修非常困难,一般数控制造商不建议用户 维修 P.C.B(印刷线路板) . 机械部件采用模块化,专业化制造,如滚珠丝杠,直线导轨,机械主轴,数 控刀塔,数控转台等均是由各专业制造商来完成.目前国内常见的中高档数控机

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床广泛采用 THK 或 NSK 的滚珠丝杠和直线导轨, 原长城机床厂生产的数控车和 车削中心采用意大利的数控刀架, 机床厂已从传统的零部件设计, 生产, "面 组装 面俱到"的生产方式,转变为机电一体化"集成应用"商.那么作为数控机床的 维修人员, 修复上述这些专业化生产的机械部件非常困难, 例如直线导轨磨损后, 我们最终用户没有手段修磨直线导轨的滑道,也无法修复损坏的滑块. 对于我们上面谈到的新技术应用部件——直线电机,扭矩电机,电主轴等, 由于现场的工艺条件和现有的技术手段所限制, 作为现场设备维修人员修复这些 部件也是非常困难的, 例如 FANUC 和西门子的高速电主轴对装配调试工艺要求 非常高,必需经过专门的培训后才可拆装,否则主轴速度达不到出厂指标. 线路板不能修,很多机械件也不能修,机电一体化部件更碰不得,那么我们 现场维修人员修什么呢?这里就需要我们从传统的维修概念中摆脱出来.七,八 十年代的数控维修人员需要对模拟电路,数字电路有比较深刻的了解,由于那个 时代的制造技术还是基于模拟电路和中规模的数字电路搭建的硬件环境, 器件大 都采用标准器件,他们通过手拿电烙铁,万用表,示波器修理损坏的线路板.但 是今天的数控技术紧随着 IT 业的进步而改变,目前 FANUC 数控系统除了 CPU 和存储器采用标准制造商的产品,CPU 周边以及大量的外围芯片均由自己设计 开发,例如数字伺服处理,RS232 通讯,字符及图形显示等这些过去曾经使用 通用芯片,但是今天已被专用大规模集成电路(FANUC LSI)所取代.另外系 统各环节之间的数据传送也由 20 年前的"并行传送"为主,改变为目前的"串 行传送"为主.在"串行传送"的环境下,用示波器已无法诊断信号的来龙去脉, 万用表更是无能为力. 目前示波器和万用表仅作为一些并行信号或静态信号的检 测工具,对伺服放大器或电源模块的维修还很有帮助,但是对于 CNC 系统本身 和数字伺服部分的维修帮助非常有限. 而今天最有效的维修诊断手段是由数控系统制造商来提供的,如 FANUC i 系列的 PMC TRACER(接口信号跟踪诊断) ,数字伺服波形画面,西门子的数 字伺服诊断画面(840Di 系统所配 611U 的工具软件 SimoCom U,802dsl 所配 置的伺服工具软件 Starter 4.0 等)

FANUC PMC 接口追踪信号

FANUC 伺服波形画面

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FANUC 本机梯形图诊断

西门子 SimoCom U 软件在线调试

西门子 840D 本机测量诊断

西门子 Step 7 在线监控 图 1-37 数控在先诊断工具

归纳前面所描述的数控机床结构和特点,我们不难总结出现场维修人员的主 要工作不是"修复线路板"的概念,而是利用现有手段(数控制造商提供的各种 监控或诊断方法) ,特别是借助计算机或人机界面,及时准确的判断出故障类型, 确定维修方向:机械——电气——液压——工艺,如果是电气故障应及时判断出 是 CNC——伺服——PMC 接口电路,并找出故障点.接下来就要能够利用最直 接有效的渠道,迅速买到备件,正确更换备件. 而正确更换备件也是一件并不简单但需要重视的工作,在前面我们曾经提到 数控系统的某些重要数据是存放在 SRAM 中的, 数据有易失性, 更换 CNC 主板 或存储器板会造成数据丢失,那么怎样在修好硬件后恢复数据,就成为我们正确 更换备件的工作之一.作为一个维修工程师如果仅会更换硬件,而不会恢复数据 等于不会修理数控机床,因为你无法使机床进入正常工作状态. 从我们多年的维修经验中体会到,随着数控机床的发展,机械和控制系统的 结构越来越简单, 能够处理的硬件越来越少, 而对各类软件的使用要求越来越高. 如 FANUC 梯形图编程软件 FLADDER III,西门子 PLC 编辑软件 Step 7 以及各 种随机诊断软件和网络通讯软件. 过去维修人员更多的使用改锥, 钳子, 而今后我们的维修人员离不开计算机. 过去的维修人员很少介入备件管理, 但是今后对于数控机床的维修无论是电气还 是机械,液压,备件选型和正确更换将是维修工程师重要的工作内容,数控机床 维修将融入更多的非技术因素, 因为我们维修数控机床的目的并不是为了单纯的 显现我们技术有多么的出色,我们的最终目的是最有效的减少故障停机时间,提 高设备的无故障运转时间.

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第二章 FANUC i 系列数控系统的构成
上一章我们对数控机床整体结构作了一个简单的归纳,从数控机床的发 展和结构变化分析,总结了数控机床维修的特点. 在本章我们将重点讨论 FANUC i 系列硬件连接,通过详细介绍硬件连 接和系统组成,帮助读者弄清 FANUC i 系列数控系统三大组成部分(CNC伺服-PMC)之间的关系,了解各组成部分的功能. 作为数控机床维修工程师如果对系统结构不甚了解,不知道各组成部分 担当的角色,那么故障发生后我们如何查找故障点呢?就连起码的"头痛医 头,脚痛医脚"都做不到.所以希望读者通过对本章的学习,对 FANUC i 系 列数控系统硬件有一个比较全面的认识. 本章最后对 FANUC 公司 CNC 产品按照生产年代进行了分类,并针对 i 系列数控系统——系列/性能进行了图表归纳,帮助读者全面了解 FANUC 公 司产品. FANUC i 系列主要有下述三个重要部分组成: 2-1. 主控制系统

图 2-1 FANUC i 系列内装式系统

图 2-2 FANUC i 系列分离式系统

主板
图 2-3 系统主板及附加模块

电源

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 DIMM 模块 FLASH-ROM & SRAM

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模拟主轴模块

图 2-4 FANUC 0i MC 底板 线路板生产号

电源单元

CPU

光 缆 接 口 图 2-5 轴卡 图 2-6 显示控制卡 图 2-7 CPU 卡

DSP

图 2-8 轴卡背面

图 2-9 显示控制卡背面

图 2-10 CPU 卡背面

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对应 0i 系列线路板生产号见下表所示:
序号 1 2 3 名称 轴控制卡 显示控制卡 CPU 生产号 A20B-3300-0393 A20B-3300-0392 A20B-3300-0281 A20B-3300-0283 A20B-3300-0293 A20B-3300-0292 A20B-3300-0319 4 5 6 电源单元 FROM/SRAM 模块 模拟主轴模块 A20B-3900-0170 A20B-8101-0180 A20B-3900-0163 功能 2 轴控制 4 轴控制 8.4" 彩色 LCD 7.2" 彩色 LCD DRAM 16MB 486 DRAM 32MB 486 DRAM 32MB 奔腾 3.3V, 5V, +/-12V, +/-15V FROM 32MB SRAM 1MB 模拟主轴位置编码器接口 0i-Mate 备注 车床类 铣床类

表 2-1

输入 24V FROM 系统软件 SRAM 参数程序

图 2-11 FANUC i 系列框图

CNC 主控制系统就是数控机床的大脑和中枢,如图 2-1~图 2-11 所示; 它含有 CPU——中央处理器,负责整个系统的运算,中断控制等 存储器 F-ROM,S-RAM,D-RAM——其中: F-ROM(Flash read only memory 快速可改写只读存储器)存放着 FANUC公司的系统软件,它们包括; ① 插补控制软件 ② 数字伺服软件 ③ PMC 控制软件 ④ PMC 应用程序(梯形图) ⑤ 网络通讯软件(以太网及 RS232C,DNC 等)控制软件

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⑥ 图形显示软件等. S-RAM(Static random access memory 静态随机存储器)存放着机床 厂及用户数据; ① 系统参数(包括数字伺服参数) ② 加工程序 ③ 用户宏程序 ④ PMC 参数 ⑤ 刀具补偿及工件坐标补偿数据 ⑥ 螺距误差补偿数据 D-RAM(Dynamic random access memory 动态随机存储器)——作 为工作存储器,在控制系统中起缓存作用. 数字伺服轴控制卡——目前数控技术广泛采用全数字伺服交流同步电 机控制.全数字伺服的运算以及脉宽调制已经以软件的形式打包装入 CNC 系统内(写入 F-ROM 中) ,支撑伺服软件运算的硬件环境由 DSP (Digital Signal Process 数字信号处理器)以及周边电路组成,这就是 所谓的"轴控制卡" . 主板——包含 CPU 外围电路,I/O link(串行输入输出转换电路) ,数字 主轴电路,模拟主轴电路,RS232C 数据输入输出电路,MDI(手动数 据输入)接口电路,High Speed Skip(高速输入信号) ,闪存卡接口电 路等. 显示控制卡——含有子 CPU 以及字符图形处理电路. FANUC i 系列机箱共有两种形式,一种是内装式,另一种是分离式.所谓 内装式就是系统线路板安装在显示器背面,数控系统与显示器(LCD 液晶显示 器)是一体的,如图 2-1.分离式结构如图 2-2,它的系统部分与显示器是分离 的,显示器可以是 CRT(阴极摄像管)也可是 LCD(液晶显示器) .两种系统的 功能基本相同,内装式系统体积小,分离式系统使用更灵活些,如大型龙门镗铣 床显示器需要安装在吊挂上,系统更适宜安装在控制柜中,显然分离式系统更适 合.

图 2-12 内装式 CNC 与 LCD 的实装

无论是内装式结构还是分离式结构,它们均由"基本系统"和"选择板"组 成. 基本系统,它可以形成一个最小的独立系统,实现最基本的数控功能.如基

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本的插补功能(FS16i 可达 8 轴控制,0iC 最多可达 4 轴控制) ,形成独立加工 单元. 图 2-14 是内装式基本系统接口图,它上面的接口从左至右分别为; 1. 以太网接口[CD38A] 2. 伺服光缆接口[COP10-A] 3. MDI 数据接口[CA55] 4. 两个 RS232C 数据输入输出接口[JD36A/JD36B]或[JD5A/JD5B] 5. 模拟主轴接口及高速跳过信号接口[JA40] 6. I/O LINK 接口[JD44A] 7. 主轴位置编码器及 FANUC 串行主轴接口[JA41] 8. 直流 24V 电源输入[CP1]等(参见图 2-9) 其中以太网接口[CD38A]和伺服光缆接口 2 [COP10A-2]是选择功能,选择 功能意味着如果机床制造商没有选项定货, FANUC 数控系统出厂不配制此功能, 也即没有相应的硬件.图中的 servo check board connector [CA55] 是 FANUC 公司专用伺服检测接口,一般不对用户开放. 图 2-15 是独立式机箱, 我们发现它比图 2-14 多出接口[JD45]阴极射线管接 口(Connector for CRT link and MDI)及液晶显示器接口[COP20A] LCD connector, 所以独立式机箱在硬件配置上既可以选择 CRT 形式的显示器也可以 选择 LCD 形式的显示器. 另外,需要我们维修人员特别重视的是两种机箱上的电池(Battery) ,它是 用于保护 S-RAM 中的数据,电池类型为锂电池,维修说明书推荐使用时间为 1 年,实际使用寿命一般大于 1 年,这要根据机床使用情况或环境湿度而定,在北 方干燥情况下有的电池可以使用 5,6 年.但是一旦出现电池报警,一定要及时 更换,否则会造成 S-RAM 中数据丢失. 作为维修人员我们还需要对系统所用风扇(Fan unit)进行关注,长时间不 良环境使用后,风扇会聚集油污,当油污过多并导致系统温升过高时会有 701 号报警发生,这时需要我们维修人员及时清理.目前 FANUC 采用的系统风扇带 有传感器,能够检测温度并触发系统报警,风扇出线也为 3 根,不同于普通的直 流风扇,在购买备件或更换风扇时请注意. 电池的更换方法和风扇的更换方法我们将集中在第八章 《维修人员必备的操 作》中详细介绍.

电池与系统风扇位置

图 2-13 内装式系统电池与风扇

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图 2-14 内装式机箱接口

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图 2-15 独立式机箱接口

从图 2-15 我们还可以观察到它有两组灯——状态显示灯(status display LED)和维修状态灯(LED for maintenance) ,这两组灯对于我们日常维修也是 非常有用的,上面一组状态显示是由七个发光二极管组成的,程序运行时绿灯在 闪烁,而一旦有报警出现,会有不同的组合红灯点亮.下面的维修状态灯(LED for maintenance)是七段显示管,正常状态应该显示"1" .有关报警灯的状态 说明我们将在第六章《报警分类与状态报警灯说明》中详细介绍. 作为独立式机箱,左边 Slot2 (扩充槽 2)及 Slot3(扩充槽 3)为扩充插 槽,当选择项订购越多时,选择插槽越多. 所谓"选择板" (对于内装式机箱)或"选择插槽" (对于独立式机箱)是当

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基本系统满足不了机床功能的实现,需要订货时追加的选项,它是由硬件和软件 共同组成的.如使用 FS16i 系统时,数控轴超过 4 轴(大型龙门式加工中心) , 那么必须提出选项,追加第二轴卡或子 CPU 卡.当机床用于高速模具加工时, 需要追加 RISC 板卡(高精度轮廓控制卡) ,以及数据服务器(DATA SERVE) 卡,或远程缓冲卡(REMOTE BUFFER)等.

图 2-16 FS16 i/FS160 i 内装式结构

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图 2-17 FS16 i/FS160 i 分离式结构

从图 2-16 和图 2-17 可以看到它的基本系统和选择卡含有许多具体的功能, 下面我们对这些功能做一简短的说明; 基本系统含有 CNC 控制用 CPU 电源回路——它是将+24V 转换为——+5V,+3.3V,+/-12V,+/-15V 供 系统芯片和接口电路用电. F-ROM,SRAM,DRAM 存储器,其在数控系统中的作用已经在前面介 绍过. 2~8 轴卡, 就是我们前面介绍的数字伺服轴控制卡. 对于 FANUC 16i 基 本系统最多可以带 8 个轴,而 0iC 最多可以带 4 个轴. 主轴串行接口——与 FANUC 数字主轴通讯的接口.

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LCD 显示控制——液晶显示接口电路. MDI 接口电路——在显示器右侧的手动数据输入键盘的接口电路,相当 于我们 PC 机的 101 键盘,该信号直接上 FANUC 系统总线. I/O LINK——串行输入输出接口电路, 连接 CNC 与 PMC 以及输入输出 接口信号.PMC 轴控制也是通过 I/O Link 完成数据交换的. PMC-SB* ——FANUC PMC 可编程控制软件,相当于其他系统的 PLC 软件,SB* 是版本号,目前 FANUC 0i-C PMC 版本是 SB-7. 主轴模拟输出——FANUC i 系列数控系统除了提供 FANUC 专用数字主 轴通道"主轴串行接口" ,同时还保留了一个传统的模拟主轴输出通道, 通过 S 指令译码后,输出-10V~10V 的模拟指令电压.这一功能特别适 宜采用通用变频调速作为机床主轴的数控机床. 高速 DI——高速数据输入,一般用于接收马波斯检测仪高速测量信号, 雷尼绍测头高速触发信号等.磨床外圆尺寸实时测量,加工中心工件坐 标自动校准,刀具自动测量等均需要此功能. RS232C——FANUC i 系列提供两个 RS232C 接口, 用于数控系统与外 部设备(计算机,上位机工作站等)进行数据交换,传送程序或参数. 存储卡接口——新的 FANUC i 系列在显示器旁边提供一个闪存卡插 槽,作为存储介质,便于用户进行数据交换,如传出/读入加工程序,备 份机床系统参数等. 那么选择卡有如下功能 子 CPU 卡——当所需控制轴数大于 4 轴时(如大型镗铣床) ,就需要订 购这项选择卡.子 CPU 卡也称附加轴卡,由于更多的运算,所以需要 子 CPU 所谓支撑,选择此卡后,又可增加 4 个数控轴的控制. 上料控制功能——用于机械手上下料机构,其机械手的动作可以通过 2~4 个 PMC 轴来完成. 数据服务器卡——FANUC基本系统的内存容量非常有限, SRAM容量根 据订货不同一般为512KB~2M.如果需要加大内存,提高缓存速度,可 以通过追加数据服务器扩容提速. 数据服务器卡作为选项卡插在CNC本 体上,通过它把CNC存储器内的NC程序作为主程序,用调用子程序的 方法调用装在数据服务卡上(硬盘或FLASH卡)的NC程序,这样可以 进行高速加工,并且硬盘或FLASH卡上的NC程序经以太网与主机进行 高速输出输入. RISC 卡——又称高精度轮廓控制功能卡,RISC 卡采用简易指令集运 算,可以实现微小程序段的插补,即将 CAD/CAM 的后置处理程序分为 细小的加工段,并以高速高精度方式加工. HSSB——High Speed Serial Bus 高速串行总线, 用于上位机或工作站 与数控系统的通讯. FMS 柔性制造系统, 如 CIMS 计算机集成制造系统 需要通过 HSSB 协议构成自动化工厂管理. C 语言板——某些欧美国家不习惯使用梯形图语言编辑输入输出逻辑电 路,FANUC 公司提供语言类编程工具软件 C 语言形式的 PLC 程序. Symbolic CAP i ——Symbolic Conversation Automatically Programm -able 符号输入自动对话编程,方便操作者现场图形输入编程,即使不 会 G 代码语言,也可以通过图形对话输入,完成加工程序.与西门子

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公司的蓝图编程和 shop-mill,shop-turn 很相似. 串行通讯卡——内含 Remote buffer 功能以及 DNC1/DNC2 功能 它们的区别如下:
名称 Remote buffer 含义 为数控设备与外 设连接 (活动硬盘 或计算机) 提供高 速缓存空间, 在线 加工时每次可预 读多个(20个以 上)程序段. DNC1是FANC公 司独自开发的网 络协议,用1台计 算机最多可以连 接16台CNC. 把通信专用的以 太网卡装在CNC 本体上, 通过以太 网络把构成机械 加工单元的多台 CNC与主计算机 相连, 这样可以把 主计算机作为中 央控制器来使用 DNC2可以把NC 与计算机用 RS-232或 RS-422连接起 来, 传送各种数据 最高传输速率 86.4Kbps 对于3轴联动,移 动量为1mm的程 序段, 最高可以用 120m/min的速度 进行超高速加工 921.6Kbps 表2-2 串行通讯卡协议比较 特点 适用于 在高速加工中, 有 CAD/CAM 通信用的CPU做 程序高速 硬件支持, 多段缓 在线加工. 冲.

DNC1(RS422)

DNC1(以太网)

10Mbps

小型的工业局域 网, 可以对上下料 机器人,N台数控 铣床,N台数控车 床组成的单元进 行管理 同上, 数据通讯速 度更快

Cell(加工 单元) 管理

同上

DNC2

86.4Kbps

一般的在线加工

普通 CAD/CAM 程序在线 加工.

除此之外,FANUC i 还可以选择以下几种卡用于不同通讯协议: FACTOLINK (传送速度 10Mbps) ——把通信专用的以太网卡装在CNC 本体上,通过CNC画面的操作,可以显示和传送计算机的数据.在生产 现场所需要的生产指令数据和机床的运行情况可以高速地与主计算机 通信. I/O Link-Ⅱ(文件传送及I/O传送)——是以日本电气工业会OPCN-1规 格为标准的网络.使用RS-485,传送最高速度为1Mbps,最适于生产 线的网络. FL-Net——是以日本电气工业会OPCN-2规格为基准的生产控制的网 络.最适于要求高速传送,并保证循环周期的生产线的控制. Profibus-DP——是欧洲标准(EN50170)的网络.可以实现 12Mbps, 高速的I/O传送. 8. Device Net——是以美国为中心,在世界上已普及的信息网.在世界 上生产了很多相应的外部设备.

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2-2. FANUC 驱动与反馈

图 2-18 FANUC αi 系列主轴 & 伺服驱动

如果说 CNC 主控制系统是数控机床的大脑和中枢,那么伺服和主轴驱动就 是数控机床的四肢,它们是电脑的执行机构. FANUC 驱动部分从硬件结构上分,主要有下面四个主要组成部分: ① 轴卡——就是我们在介绍主控制系统时介绍的"数字伺服轴控制卡"在 当代的全数字伺服控制中,包括三菱和西门子数控产品,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 CPU 或 DSP 等,并最终集成在轴控制卡上或轴控 制芯片上,轴卡的主要作用是速度控制和位置控制. ② 放大器——接收轴控制卡输入的脉宽调制信号, 经过前级放大驱动 IGBT 大功率晶体管输出电机电流. ③ 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. 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作为半闭环位置反馈, 测速发电机作为速度反 馈,但今天这种结构已经被淘汰. ①~④的相互关系是;轴卡①接口 COP10A-1 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②伺服放 大器接口 COP10B 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 送到 FSSB 总线上,最终回到轴卡上进行处理.参见图 2-19 伺服连接 有关伺服与主轴驱动的内容,我们将在《第四章 FANUC 伺服与主轴》中 给予详细介绍.

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图 2-19 CNC-伺服连接

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2-3. PMC 与接口电路(PMC 程序,I/O 板,继电器电路) 数控系统控制数控机床主要做两类事件, 一.工件与刀具按照事先指定的轨迹 和速度做精确相对运动.二.完成机械手换刀,工件卡紧,冷却等辅助工作. 事件一由伺服驱动完成,而事件二就应该有 PMC 和接口电路完成.这一部 分由下面 3 个主要部分组成; ① PMC——Programmable machine controller (可编程控制器),通过 PMC程序控制NC与机床接口的输入输出信号.可编程控制器在其它工业 自动化领域被称之为PLC,FANUC公司为了将自己数控系统内装式PLC 有别于通用的PLC,将其命名为PMC. FANUC PMC主要是以软件的方式嵌入数控系统,而PMC软件又含 两部分内容;一部分是PMC系统软件——这部分是FANUC公司开发的系 统软件,我们在本章前面介绍主系统结构时介绍了PMC-SB* 的含义 (PMC软件版本号),就是指PMC系统软件的版本. 另一部分是PMC用户软件——这部分是机床厂根据机床具体情况要 求编辑的梯形图程序.这两部分程序最终都存储在F-ROM中. ② I/O 接口电路——接收和发送机床输入和输出的开关信号或模拟信号. 是 PMC 信号输入输出的硬件载体. ③执行元件——电磁阀,接近开关,按钮,传感器等.

图 2-20 PMC–接口电路 - 执行元件

这部分内容对于我们日常维修工作是非常重要的, 专业杂志曾经对数控机床 故障率按照故障发生类别进行过统计,反映情况如下图所示:

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故障比率

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环境因素 10% 编程操作 10%

其它 5%

主控制系统 5% 驱动&电机 30%

接口电路 40%

图 2-21 数控机床故障率统计

从中我们可以看出接口电路故障率最高达到 40%,这是由于接口电路外围 设备,如接近开关,液压阀,传感器是安装在机床工作台附近,油水容易侵蚀, 造成元器件容易损坏,甚至外电路短路.另外作为加工中心机械手,换刀机构上 接近开关多,机械手换刀动作频繁,容易产生换刀不到位,信号不触发,程序等 待直至报警等.这些故障最终均反映在 PMC 接口电路上,所以熟悉 PMC 程序, 学会接口电路诊断方法,可以解决我们实际生产中很大比例的故障.本章我们仅 是做一个结构上的介绍,详细的诊断和维修方法我们将在第四章和第五章中介 绍. CNC 与接口电路的相互关系和连接参见下图:

图 2-22 CNC-输入输出电路连接

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I/O 单元类似普通的 PLC 模块形式,可以扩充到每组 256(输入)*256(输 出)点,最多 16 组,整个机架总共不超过 1024(输入)*1024 点(输出). .

图 2-23 I/O 单元扩充

另外,FANUC I/O 单元可以连接 PMC 轴(非数控轴) ,可以进行刀库,上 下料,或者托盘交换等"非插补"控制,连接方式见下图所示.

图 2-24 FANUC I/O 与 PMC 轴控制

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FANUC 数控系统的整体连接参见下两图 (内装式)

图 2-25 FANUC i 系列内装式机箱连接图

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(独立式)

图 2-26 FANUC i 系列独立式机箱连接图

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图 2-25 和图 2-26 是含有 CNC, 伺服, 外围 I/O 接口以及辅助设备的整体连 接图.有关主轴和伺服以及反馈部分的连接,我们将在下一章详细说明,其它各 环节电缆接口信号本书就不一一介绍了,我们只在第七章《FANUCi 系列常见典 型故障分析与排除》中,就实际案例需要再详细介绍接口信号地址. 本章最后,我们将 FANUC 系统发展变化做一简单介绍,从零乱的系统排列 中找出规律性的东西,便于我们今后的学习提高. 2-4. FANUC 数控系统分类 目前国内用户接触比较多的 FANUC 数控系统是 FANUC 0i 系列,包括 0i-MA/TA,0i-MB/TB,0i-MC/TC,0i-MATE 等,另外许多直接进口的机床上配 有 FANUC 18i,FANUC 16i 等,那么 FANUC 产品是怎样分类的?各有什么特 点?哪些系列是高端的?那些是通用型的?在这一节里我们简单的归纳如下: FANUC 数控系统命名: FS 0i -MC 产品升级排序 A,B,C,D……. 系统类型:M 铣削类,T 车削类,G 磨床类,P 冲床类…… 产品系列 Fanuc System 下面按照出厂年代和功能两种情况进行分类介绍
年代 1956 1959 1961 1963 1966 1969 1972 1974 1975 1976 使用元件 真空管 锗(Ge) 晶体管 硅(Si)晶体管 IC 小 规 模 集 成 电路 NC的种类 F202,F204 F211,F213 F220,F230,F240,F250F260,F330 A/B F220, F230F240L,F280F132, F260IC F220A,F240A, F260A F10,F20,F30 F1000,F2000 F3000 F200A/B F2000C,F3000C FS-5系列 FS-7系列 Mate系列 F200C, F330D DC伺服电机 表 2-3 FANUC 产品按年代分类 伺服的种类 电液伺服电机

CPU采用 开始真正意义 上的CNC

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 1979 CPU Intel8086 多 CPU 主 从 结 构,FS6采用磁 泡存储器,专用 位置环IC FS-2系列 FS-3/FS-6系列 FS-9系列 PWM脉宽调制处理

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1984

CPU M6800 光缆通讯, 多 CPU 仲 裁 结 构, 专用大规模 集成电路LSI

FS10系列.FS11系列,FS12系列

AC伺服电机 (模拟接口交流数字伺服控 制)

1985

专用大规模集 成电路LSI 高性/价比

FS0_系列(FS-0A/0B)

1986

FS 00/100/110 开放式人机控 制特点

FS0 MATE 系列 FS 00/100/110/120系列

AC 伺 服 电 机 ( 数 字 伺 服 控 制)

1987

LSI (表面安装) 高性能数控 简 易 指 令 集 RISC芯片 32位FANUC BUS

FS15系列

AC伺服电机(全数字伺服控 制) α 系列伺服

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1990
1991

LSI (3维表面贴装) DSP 数字信号 处理器, 专 用 PMC 处 理 芯片高速处理

FS0C系列

PMC 处 理 速 度 0.2μm/sec

FS16/18系列

1992 FS20系列

1993 FS21系列

1994 FS0D系列

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 1996 F-ROM 作 为 系 统存储区, FLASH卡外设 紧凑尺寸 内装系统 (LCD 与CNC一体) FS16i系列—最多8轴6轴联动 FS18i系列—最多8轴4轴联动 FS18i-B5系列—最多8轴5轴联动 FS21i系列—最多5轴4轴联动

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AC伺服电机(全数字伺服控 制) αi 系列伺服 高速HRV,高精度轮廓控制 FSSB 数字伺服总线

1998

全功能数控系 统 纳米精度 最多24轴控制

FS15i/FS150i系列

单轴&双轴控制

Power Mate

FS15i/FS150i 五轴控制 实 现3D头功能 主轴 HRV 控制

2001~ 2002

梯 形 图 版 本 SA-1

FS 0iA(中国产)

0i-MATE βi 系列

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 2003~ 2005 分离式结构 SB-7 梯形图 编辑,修改 FS 0iB/ FS 0iB MATE(中国产)

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αi-s 系列数字伺服 高速矢量控制 HRV3,实现 高精度轮廓控制

αis 系列HRV3数字伺服 2005~ 2007 内装式结构 SB-7 梯形图 编辑,修改 FS 0iC(中国产)

~今

高 速 CPU 显 著 改 善 CNC 运 算 速度, 宽大LCD 屏, 最多32轴控 制, (ECC) Error correcting code 错 误 码 校 验功能, 减少故 障率, 高速FSSB伺服 总线, 纳米精度 控制.

FS30i/FS31i/FS32i

HRV4——高速矢量响应4, 纳米控制精度,1千6百万数 字伺服反馈.主轴HRV高速 矢量控制,实现高精度刚性 功丝.

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 开放式CNC 采 用 Windows XP 软 件 平 台 便于用户二次 开发, 适宜机床 个性化. FS300i/FS310i/FS320i

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性能
FS15i FS150i FS30i/300i FS31i/310i FS32i/320i

FS0i-A FS0i-B FS0i-MATE-A FS0i-C FS0i-MATE-B FS0i-MATE-C Power-Mate i D/H

FS21i FS210i

FS18i FS180i

FS16i FS160i FS18i-B5

表 2-4 FANUC i 系列规格/性能比较 控制 轴数 最多 2轴 最多 3轴 最多 4轴 最多 5轴 最多 8轴 最多 8轴 最多 24 轴 最多 30i-10 通道 ——32 轴 31i -4 通道 ——20 轴 32i -2 通道 ——9 轴 30i 24 轴 +8 主轴 31i 4 轴 +6 主轴 32i 4 轴 +2 主轴

联动 轴数

2轴

3轴

4轴

4轴

4轴

6轴 18i-B5 5轴

24 轴

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第三章 FANUC 伺服驱动装置
本章我们主要从 FANUC 伺服驱动的原理, 框图入手, 重点介绍 FANUC α系列伺服驱动装置的构成,轴控制相关参数,维修调整常用伺服参数的 设置与修改等.并详细介绍了伺服轴返回参考点的工作过程,全闭环与半 闭环转换时调整等实用方法. 本章涉及的知识点均是针对性较强, 有关 FANUC 伺服维修与调整的基 本技能知识.这种先介绍原理(本章)后讲实例(第七章)的目的,是为 了使读者能够在后面的章节中"顺理成章" "明明白白"的理解维修实例所 提及的解决方案. 3-1. 伺服驱动概述 伺服驱动机构相当于人的手,足部分,它的任务就是根据CNC控制装置的 指令,驱动机床的工作台按照指定的进给速度沿着程序轨迹运动. 3-1-1. FANUC 控制驱动分类
FANUC 驱动主要采用的控制电机形式有①直流电机(80 年代初期)②交流 感应电机(主轴驱动) ③交流同步电机(伺服驱动) ,这三种电机的差异参见下 图所示: N 力矩 N N S N S 电流 S S

N N

S S

Va 直流电压

No 定子线圈产 生的旋转磁场

No 定子线圈产 生的旋转磁场

T=力矩

转子旋转

转子为鼠笼结构,磁 通量切割鼠笼铝条 产生感应电流

转子采用永久磁铁

通过电枢,换向器, 将直流电加入转子 线圈中.转子线圈中 流过直流电流在(定 子)磁力线作用下产 生感应电动势,并最 终形成力矩 T 带动 转子转动.

感应电流在磁通量 的作用下产生电磁 力,带动转子旋转.

两磁场引力作用,当 定子线圈中旋转磁 场作用时,转子受定 子磁场吸引同步旋 转.

转差率

S= (No-N)/No
转子与定子旋转磁 场永远不同步 ② AC 交流感应电机 图 3-1 FANUC 驱动类型 ③ AC 交流同步电机

① DC 直流电机

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由于 FANUC 目前已不再使用直流电机,所以我们本书仅讨论"交流驱动" , 而上面框图②项和③项虽然均是交流电机,但一个是感应(异步)电机,另一个 是(永磁)同步电机,在数控机床应用中,适用场合不尽相同.那么下面我们重 点讨论这两种电机在数控机床中的应用. 交流感应电机的控制与交流同步电机的控制在拖动原理上既有相同之处, 又有不同之处,从上面的框图我们可以清楚的看到两者均是通过定子磁场的旋 转,带动转子旋转(两种电机结构的转子不同).而控制定子磁场旋转的驱动电 路,感应电机与同步电机从原理上是大同小异,区别不大,大多采用脉宽调制 (PWM)处理.所以西门子驱动模块不区分所带负载是同步电机还是异步电机, 但是在反馈电路处理和位置环控制上,感应电机和同步电机就不同了. 感应电机通过有效的控制可以使电机在额定转速区间工作,使额定转差率 在 S=0.5*Sm 左右(Sm——最大转差率),从而电机的输出功率能够维持在一 个相对稳定的范围,所以额定速度范围内的恒功率输出是感应电机的特性.在数 控机床中这一特性被用于主轴驱动(刀具切削时稳定的功率输出). 而同步电机转子采用永磁体,加之高分辨率编码器,配有格雷码跟踪电机 转子实时旋转角度,并反馈给数控系统,通过位置环,速度环,电流环控制,保 证转子的高精度同步定位,实现了低速大扭矩及高精度同步旋转的特性,这一特 性在数控机床中被用于伺服电机驱动. 作为数控制造商一般主轴电机规格以功率表示,而伺服电机规格则以扭矩 表示,例如 FANUC α系列主轴电机标牌为α22 或αi22,表明该主轴电机功率 为 22Kw.而 FANUC α系列伺服电机标牌为α22 或αi22,则表明该伺服电机 扭矩为 22N-m.牛米与功率的换算关系如下: P N=9550—— n 其中 N——牛.米 P——千瓦 n——转/分 如 FANUC αi22/3000 (额定扭矩 22 牛米,最高转速 3000 转/分)的伺 服电机通过上式换算,在最高转速 3000 转/分时,输出功率约为 6.9 千瓦,在 1000 转/分工作时,输出功率约为 2.3 千瓦. 3-1-2. 反馈及控制方式 控制电机一般配有反馈装置,反馈装置主要输出位置信号和速度信号, FANUC 交流电机反馈装置还需输出格雷码信号跟踪转子位置. 目前 FANUC αi 系列伺服电机配有高分辨率编码器输出位置,速度及格雷 码信息,并且数据以串行方式输出到伺服模块上,再通过伺服模块将数据输送到 FSSB 总线上,并最终输入 CNC 系统中.
SVM

轴 卡 FSSB

CNC

串行输出

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光码盘

接口电路 图 3-2 FANUC αi 伺服反馈装置

外观

当电机后置反馈信号不能够满足机床控制精度时 (电机轴之后传动链丢失精 度,如滚珠丝杆及丝杠轴承精度丢失) ,就需要外置反馈装置,如光栅,磁尺, 球栅等,FANUC 将其称之为"分离型编码器" . 由于使用反馈方式的不同,在数控系统控制形式上可以分为: ①开环控制——CNC指令给伺服驱动,没有反馈.
CNC 位 置指令 加减速控 制 放大器 步进 电机

图3-3 开环控制

由于指令无法与反馈进行比较,控制,机床最终移动精度无法控制,所以开 环控制一般用于精度要求不高的经济型数控. ②半闭环控制——CNC指令给伺服驱动,反馈信号由电机编码器发出.

图3-4 半闭环控制

半闭环控制由于读取电机同轴信号,所以可以实时监控电机转角位移情况, 电机轴端精度控制非常精确,但是由于电机轴后传动链没有监控到位,所以后面 传动链的精度损失,如丝杠误差,间隙,热变型等就无法控制. ③全闭环控制——CNC指令给伺服驱动,反馈信号由光栅或磁尺发出.

图3-5 全闭环控制

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全闭环可以监控到工作台与刀具的最终相对精度,所以对于精密加工,大型 龙门铣床,数控镗铣床等均采用全闭环结构. ④混合式控制——此方式取用了半闭环的稳定性和全闭环的准确性, 位置检测器 信号取自伺服电机内的脉冲编码器和外部的直线尺.

图3-6 混合式控制(又称双环控制)

如上图所示:ER1 为半闭环系统的误差计数器,ER2 为全闭环系统的误差 计数器,第一级延时时间常数按照下式计算: 第一级延时时间常数=(1+τS)-1 实际的误差 ER 取决于该时间常数,计算方法如下: 时间常数 τ 为 0 时: ER= ER1+(ER2- ER1)= ER2(全闭环的误差计数值) 时间常数 τ 为无穷大时: ER= ER1 (半闭环的误差计数值) 从而说明:系统的控制可根据第一延时时间常数而改变.半闭环的控制是瞬 态的,全闭环的控制是用在定位时起作用.这种双位置反馈可以允许被控制行程 中的振荡(正如半闭系统中一样) . 半闭环与全闭环控制是最常见的两种控制方式, 读者必须清楚地了解这两种 控制方式的差异和特点,并且应学会通过参数将全闭环改为半闭环的方法,本章 3-6-⑹中我们将重点介绍这个内容. 3-1-3. FANUC 驱动器发展 从上一章表 2-3,我们可以看出 FANUC 公司从上世纪; 50 年代末 60 年代初采用电液脉冲电机作为数控机床进给驱动系统,为 开环控制. 70 年代中期采用晶闸管(SCR 可控硅整流器)直流伺服驱动,反馈采用 旋转变压器(作为位置反馈)和测速机(作为速度反馈). 70 年代末采用功率晶体管 PWM 脉宽调制控制 DC 伺服控制,反馈为脉 冲编码器(A/*A 相,B/*B 相及 Z/*Z 相一转信号)作为速度和位置反馈. 主轴控制采用 DC 调速电机.该直流装置的控制均为模拟控制,这种控 制方法受模拟器件特性和环境温度影响大,参数漂移,精度差,另外直 流电机有碳刷和换向器,需要维护,故障率高.

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80 年代中期 FANUC 又成功地把交流伺服电机应用在数控机床上,首先 采用模拟接口 AC 数字伺服驱动技术,即 CNC 输出到伺服驱动器的指令 为 0~10V 指令电压,伺服驱动器上含有数字电路,进行数/模处理.反馈 装置带有格雷码编码器输出 C1,C2,C4,C8 格雷码信号跟踪电机转子 同步位置.主轴同样采用模拟接口 AC 数字主轴电机,指令仍为 0~10V 指令电压,主轴单元上含有数字电路进行处理,由于交流异步电机变频 调速容易实现恒转矩,恒功率的输出,因此很快就被采用在数控机床的 主轴上.由于交流电机没有碳刷和换向器,免于维护,故障率低,所以 很快被广泛用于数控机床主轴和伺服驱动. 90 年代中后期采用全数字伺服,早期的数字伺服(FANUC 0-MATE)采 用的全数字电路是 CNC 各轴(X,Y,Z,4Th 等)分别向各伺服放大器 输出 PWM 信号(CNC 轴卡输出 PWM a ~ PWM f 脉宽调制信号到各伺 服放大器),驱动电路采用绝缘栅三极管 IGBT.主轴电机同样采用全数 字指令控制技术,全数字主轴电机可以实现双轴同步,C 轴定位(实现 位置控制) 2000 前后,FANUC 公司先后推出 α 系列和 αi 系列伺服装置,CNC 至 伺服采用总线结构连接,并被称之为 FSSB(Fanuc Serial Servo Bus— —FANUC 串行伺服总线),反馈装置采用高分辨率编码器,分辨率可达 100 万/转. 各伺服轴挂在 FSSB 总线上, 实现总线控制结构. 目前 FANUC 公司新推出的 αi 系列伺服控制器,采用 HRV~HRV4——高响应矢量控 制技术,大大提高伺服控制的刚性和跟踪精度,适宜高精度轮廓加工. 主轴也引入 HRV 技术,实现高响应矢量控制,提高主轴速度和位置控制 精度.所谓 HRV 是"高响应矢量"(High Response Vector)控制技术 的英文缩写,其目的是对交流电机矢量控制从硬件和软件方面进行优化, 以实现伺服装置的高性能化,从而使数控机床的加工达到高速和高精度. 而主轴装置的 HRV 控制特点:①设置 HRV 滤波器,减少机械谐振 影响,加大速度增益,提高系统稳定性.②精调加减速,提高同步性.③ 降低高速时绕组温升. 同时 FANUC 公司不断推出其它形式的驱动装置:如直线电机,高速内装 电主轴,低速力矩电机(数控转台用直接驱动电机)等. 高速电主轴结构我们在第一章中介绍过,结构请参照图 1-32,1-33. 低速力矩电机直接作为旋转工作台的驱动电机是伺服技术的又一个 发展. 传统的旋转工作台一般是通过伺服电机带动蜗轮, 蜗杆副进行驱动. 制造成本高,机械磨损不可避免,维护性差.在采用直接驱动的力矩电机 后,由于加大了电机转子直径,采用稀土金属作为磁极材料,因此可以获 得大转矩. 并对磁路进行最佳设计, 以减少低速的转矩脉动. 目前, FANUC 工作台的内装式伺服电机 D3000/150is 具体规格如下: 最大输出转矩可达 3000Nm,连续额定转矩可达 1200Nm,最大转速为 150r/min,外形高度 为 160mm,外径为 565mm. 另外 FANUC 为伺服调整开发了"Servo Guide"软件工具,通过相应的 软件菜单可自动向 CNC 发出插补指令,并诊断出实际动态扭矩,并生成 自调整参数,同时还可以显示运转的波形,便于伺服驱动的维修和调试.

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3-2. FANUC 数字伺服框图 典型的伺服控制框图如下 3-7 图

速度指令

力矩指令

电流指令

脉宽调制

图 3-7 通用伺服框图

数控系统与其它自动化设备最显著的区别, 就是数控轴的 "位置控制" "插 和 补".而这一特点主要体现在伺服控制上,数控系统的伺服控制主要含有三个环 节,又称为三环控制,它们是 ①位置环②速度环③电流环. ①位置环的作用——接收 CNC 的移动指令脉冲(MCMD)与位置反馈脉冲 比较运算,精确控制机床定位. ②速度环——接收位置环传入的速度指令(VCMD),进行加减速控制,抑 制震荡等. ③电流环——通过力矩指令(TCMD)并根据实际负载的电流反馈状况,对 放大器实施脉宽调制(PWM),输出扭矩不断变化并随负载扭矩加大而加大, 负载扭矩减小而减小. 图 3-8,图 3-9 是 FANUC 伺服产品框图

图 3-8 FANUC 伺服框图

MCMD —— Machine Command 机床指令 VCMD —— Velocity Command 速度指令 TCMD —— Torque Command 力矩指令 PK1V —— Velocity loop integral gain 速度环积分增益 PK2V —— Velocity loop proportional gain 速度环比例增益

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图 3-9 FANUC 伺服框图祥解

从图 3-8,图 3-9 中我们可以看出,移动指令 MCMD 将指令送入位置控制 环,经过"脉冲分配器"输出指令脉冲①与反馈脉冲②经过位置"误差寄存器" (Error register,诊断 300#)将比较后的差值送入"比较项" (增益回路 Kp, 参数 1825#)输出速度指令 VCMD 到速度环,再经过与速度反馈数据 TSA 的比 较进入"误差放大器" ,之后进行"速度环积分控制(K1V/S) "或"速度环比例 控制(K2V) "处理,并与"电机转子位置信息 θ(格雷码 C1,C2,C4,C8) " 产生"力矩指令(TCMD) "进入电流控制环节,最终进行脉宽调制处理,形成 PWMa~PWMf 脉宽调制信号,并经过 1/F 接口处理将其转换为串行光电信号, 通过 COP10A 光缆将脉宽调制信号送到伺服放大器上. 上图 PCA,*PCA,PCB,*PCB,为基本脉冲信号,*PCA,*PCB 是 PCA 和 PCB 的"非"信号,其主要目的是 PCA 与*PCA,PCB 与*PCB 成对,通过 双绞线传输,增强抗干扰性能.另外正电平与非电平进入接口电路"或非门"进 行断线报警的处理. 表 3-1
状态 正信号 PCA (PCB) 1 0 0 负信号 *PCA (*PCB) 0 1 0 或 PCA+*PCA (PCB+*PCB) 1+0=1 0+1=1 0+0=0 非 PCA+*PCA (PCB+*PCB) 0 0 1 无 无 输出报警 报警输出

正常 正常 断线

PCA 与 PCB 相位相差 90°,目的是作为"鉴相" ,判断电机"正转"或"反 转" .而格雷码 C1,C2,C4,C8 作为电机转子实时角度反馈,送入电流环. 图中柔性进给变比 N/M 又称检测倍乘比,相当于电机与丝杠传动链速比换 算,具体算法我们在下面 3-4 ⑺ 中讨论. 图中 1825~1829 参数分别是位置环增益参数,到位宽度参数等,我们将在 在面 3-6《常用伺服参数调整》中详细说明.

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3-3. FANUC 数字伺服硬件与连接 上面我们从框图入手,分析了伺服的工作原理.现在我们简述伺服控制的硬 件结构,便于读者对伺服系统有一个比较直观的了解. 传统的伺服控制将速度环和电流环控制集成在"伺服单元"上(如 FANUC 6 系统,FANUC 10/11/12 系列等) ,但是今天 FANUC αi 系列伺服,已经将这 三个控制环节通过软件的方式"融入"CNC 系统中,在 FANUC 0D 系统中有单 独的数字伺服软件 Servo ROM, FANUC 0i 系列中伺服软件装在系统 F-ROM 在 中,文件名为 DG SEKV0,那么支撑它的硬件就是 DSP——数字信号处理器. 电机前面的模块已不再被称为"伺服"了,而 FANUC 将其称为"Amplifier"即 放大器,因为驱动模块仅起末级功率驱动的作用,不再有速度环和电流环控制作 用.它的演变过程如下图所示:
PWMa~PWMf

电机 CNC 数 字电路 伺服单元 模拟回路 速度控制 伺服单元 模拟回路 电流控制 驱动放大 编码器 位置控制

PWMa~PWMf

电机 CNC 数 字电路 伺服单元 模拟回路 位置与速度控制 驱动放大 电流控制 编码器

PWMa~PWMf 串行信号 驱动放大 编码器 电流控制

电机

位置与速度控制 图 3-10 伺服硬件变化

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光缆 FSSB 总线

图 3-11 FANUC i 系列伺服轴卡

α 系列伺服连接; α 系列伺服由①PSM——Power Supply Module 电源模块 ②SPM—— Spindle amplifier Module 主轴放大器模块 ③SVM——Servo amplifier Module 伺服放大器模块三部分组成.

图 3-12 FANUC 放大器连接图

PSM (电源模块) ——是为主轴和伺服提供逆变直流电源的模块, 相 200V 3 输入经 PSM 处理后,向直流母排输送 DC300 电压供主轴和伺服放大器用.另 外 PSM 模块中有输入保护电路,通过外部急停信号或内部继电器控制 MCC 主 接触器,起到输入保护作用. SPM(主轴放大器模块)——接收 CNC 数控系统发出的串行主轴指令,该 指令格式是 FANUC 公司主轴产品通讯协议, 所以又被称之为 FANUC 数字主轴, 与其它公司产品没有兼容性. 该主轴放大器经过变频调速控制向 FANUC 主轴电 机输出动力电.该放大器 JY2 和 JY4 接口分别接收主轴速度反馈信号和主轴位 置编码器信号. SVM(伺服放大器模块)——接收通过 FSSB 输入的 CNC 轴控制指令,驱 动伺服电机按照指令运转,同时 JFn 接口接收伺服电机编码器反馈信号,并将 位置信息通过 FSSB 光缆再转输到 CNC 中, FANUC SVM 模块最多可以驱动三 个伺服电机.

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PSM 与 SVM 的连接见下图

信号说明; MCCOFF:MCC 断开 PWM:脉宽调制信号 DB:动态制动器回路 ISO:绝缘放大器回路 STB:稳压电源回路 CALM :变换器报警 *CRDY :变换器准备就绪

MCOFF :MCC 断开 IALM :逆变器报警 PD :位置数据信号 PREQ :数据请求信号 FSSB:Fanuc Serial Servo Bus——FANUC伺服串行伺 图 3-13 服总线

图 3-13 PSM 与 SVM 的连接

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PSM 与 SPM 的连接见下图

MCCOFF:MCC 断开 CALM :变换器报警 *CRDY :变换器准备就绪 IALM :逆变器报警 MCOFF :MCC 断开 STB :稳压电源回路 PWM :脉宽调制信号 *ESPA :急停 MRDY :机床侧准备就绪
图 3-14 PSM 与 SPM 的连接

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《PSM-SPM-SVM 间的信号》 ●逆变器报警信号(IALM) 这是把SVM(伺服放大器模块)或SPM(主轴放大器模块)中之一检测到的报 警通知PSM(电源模块)的信号. 逆变器作用:DC-AC 变换 ●MCC 断开信号(MCOFF) 从NC 侧到SVM,根据*MCON 信号和送到SPM 的急停信号(*ESPA至连 接器"CX2A") 的条件,当SPM 或SVM 停止时,由本信号通知PSM.PSM 接 到本信号后,即接通内部的MCCOFF 信号,断开输入端的MCC(电磁开关). MCC 利用本信号接通或断开PSM 输入的3相电源. ●变换器(电源模块)准备就绪信号(*CRDY) PSM 的输入接上3相200V动力电源,经过一定时间后,内部主电源(DC LINK直流环——约300V)起动,PSM 通过本信号,将其准备就绪通知SPM(主 轴模块)和SVM(伺服放大器模块)模块. 但是, 当PSM 内检测到报警, 或从SPM 和SVM 接收到 "IALM" MCOFF" , " 信号时,将立即切断本信号. 变换器即电源模块作用:将AC200V变换为DC300V. ●变换器报警信号(CALM) 该信号作用是;当在PSM(电源模块)检测到报警信号后,通知SPM(主 轴模块)和SVM(伺服放大器模块)模块,停止电动机转动. ●驱动部分上电顺序 系统利用上面所述部分信号进行保护上电和断电. 上电过程是: ①当控制电源2相200V接入,②急停信号释放,③如果没有 MCC断开信号MCOFF(变为0),④外部MCC接触器吸合,⑤3相200V动力电 源接入,⑥变换器就绪信号*CRDY发出(*表示"非"信号,所以*CRDY=0), ⑦如果伺服放大器准备就绪, 发出*DRDY信号 (Digital Servo Ready——DRDY, *表示"非"信号,所以*DRDY=0)⑧SA(Servo Already——伺服准备好)信 号发出, 完成一个上电周期. 由于报警而引起的断电过程, 时序图中也做了表达, 详见下图3-16.

图 3-15 放大器上电顺序图

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PSM,SPM,SVM 实装图

图 3-16 PSM(电源模块)实装图

图 3-17 SPM(主轴放大器)实装图

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图 3-18 SVM(伺服放大器)实装图

图 3-19

FANUC αi 系列电源,主轴,伺服连接

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由于伺服系统的工作大多是以"软件"的方式完成,那么这些软件是以什么 样的形式存在于数控系统中呢?参见下图 3-20 为 FANUC0i 系列总线结构,主 CPU 管理整个控制系统,系统软件和伺服软件装载在 F-ROM 中,请注意此时 F-ROM 中装载的伺服数据是 FANUC 所有电机型号规格的伺服数据,但是具体 到某一台机床的某一个轴时, 他需要的伺服数据是唯一的——仅符合这个电机规 格的伺服参数,例如某机床 X 轴电机为αi12/3000,Y 轴和 Z 轴电机为α i22/2000,X 轴通道与 Y 轴和 Z 轴通道所需的伺服数据应该是不同的,所以 FANUC 系统加载伺服数据的过程是:①在第一次调试时,确定各伺服通道的电 机规格,将相应的伺服数据写入 S-RAM 中,这个过程被称之为"伺服参数初始 化" .②之后的每次上电时,由 S-RAM 向 D-RAM(工作存储区)写入相应的伺 服数据,工作时进行实时运算.③软件是以 S-RAM 和 D-RAM 为载体,运算是 以 DSP 为核心.框图如下:
CPU F-ROM System 系统软件 Software F-ROM Servo 伺服软件 Software S-RAM 随机存储 器,各轴伺服参数 D-RAM 工作存储 区 DSP X 轴数据 Y 轴数据 Z 轴数据

Add Bus

Data Bus
图 3-20

作为现场数控维修人员,今后涉及硬件的工作量会越来越少,而软件工作量 会越来越多,这是由于 CPU 运算速度成几何倍数提高,过去必须靠硬件实现的 工作,现在依托高速处理器用软件的形式取而代之. 那么在伺服驱动维修过程中,熟知伺服数据初始化,理解重要伺服参数的含 义并能够进行优化,调整,对于我们今后的日常维修中愈发显得重要.下面我们 详细讨论有关 FANUC αi 系列伺服参数初始化和重要伺服参数说明.

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3-4. 伺服参数的初始设定 伺服参数初始化的重要意义;由于伺服参数存在 S-RAM 中,有易失性,所 以系统参数丢失或存储器板维修后,需要很快的恢复伺服数据.另外,在日常的 维修工作中,如遇全闭环改半闭环做实验,或者恢复调乱的伺服参数,都需要进 行伺服参数初始化画面的设定与调整. 前面讲过,伺服 F-ROM 中存有各种规格的伺服驱动数据,当我们机床确定 下来各轴的电机规格后,就可以将 F-ROM 中的伺服数据"对号入座"了,所谓 对号入座就是将适合各轴的伺服数据从 F-ROM 中选择出来,并写入 S-RAM 相 应的轴位参数中,这一过程就是"伺服参数初始化设定" . 具体方法如下: ⑴ 打开伺服画面. 一般情况下 FANUC 出厂默认值系统可以显示伺服画面,对于 16/18/21i 系 统,如果没有伺服画面可以将 3111# b0=1 使系统显示伺服画面. 3111
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0 SVS

SVS (#0)=1 (显示伺服画面) 按照下面顺序,显示伺服参数的设定画面 按 键 [SYSTEM] [SV-PRM]

使用光标,翻页键,输入初始设定必要的参数,所需设置参数如下;

图 3-21

⑵ 初始设定位的设置 如图 3-21(1)INITIAL SET BIT 8 位数据(等同于 2000#参数) . #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 2000 PRMCAL DGPRM #0
PLC01

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位参数解释; #3(PRMCAL)1:参数初始设定成功后,自动变成 1.在进行初始化设定时, 系统根据脉冲编码器的脉冲数自动计算下列值. PRM 2043 (PK1V) PRM 2044 , (PK2V) PRM 2047 , (POA1) , PRM 2053(PPMAX) ,PRM 2054(PDDP) , PRM 2056(EMFCMP) ,PRM 2057(PVPA) , PRM 2059(EMFBAS) , PRM 2074(AALPH) ,PRM 2076(WKAC) #1(DGPRM)0:进行数字伺服参数的初始化设定. 1:不进行数字伺服参数的初始化设定. #0(PLC01) 0:使用 PRM 2023(速度脉冲数) ,2024 的值(位置脉冲数) . 1:在内部把 PRM 2023,2024 的值乘 10 倍. 实际上初始化设置时,仅修改#1(DGPRM)至 0,此时数控系统立即显示 "000"号报警,说明修改了重要参数需要断电再开电. 注意:在进行伺服参数初始设定时,直接进入伺服画面修改数组(1)即可, 不必再在 2000 号中修改. ⑶ 设定电机 ID 号 如前所述,F-ROM 中写有很多种电机数据,如何从中选择一组适合电机数 据写到 S-RAM 中呢?正确选择各轴所使用的电机 ID (Identification——电机 "身 份识别" )号,就可以从 F-ROM 中读取相匹配的数组. 具体方法为;按照电机型号和规格号(中间 4 位:A06B-XXXX-BXXX) ,填 入电机 ID 号中.

电机 ID 号

图 3-22

电机 ID 号对应表参见下面的表格.对于本手册中没有叙述到的电机型号, 请参照αi 系列伺服放大器说明书.

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 例: 表3-2(α系列电机规格表)

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α1/5000i α2/5000i α4/3000i α8/3000i 0202 0205 0223 0227 152(252) 155(255) 173(273) 177(377) 电机类型 α12/3000i α22/3000i α30/3000i α40/3000i 0243 0247 0253 0257 电机规格 197(297) 203(303) 207(307) 电机类型号 193(293) αi 系列伺服电机下列表中,不带括号的电机类型是对于 HRV1 的,带 括号的电机类型是对 HRV2 和 HRV3 的.
表3-2(αi系列电机规格表) 对于αCi系列伺服电机 电机类型 αC4/3000i αC8/2000i αC12/2000i αC22/2000i 0221 0226 0241 0246 电机规格 176(276) 191(291) 196(296) 电机类型号 171(271)

电机类型 电机规格

⑷ 任意 AMR 功能参数设定(等同于 2001#参数) #7 PRM 2001
AMR7

#6
AMR6

#5
AMR5

#4
AMR4

#3
AMR3

#2
AMR2

#1
AMR1

#0
AMR0

注意: FANUC 默认设定为"00000000" ⑸ CMR (指令倍乘比) 指令倍乘比的含义;

图 3-23

请参见图 3-23, 伺服位置控制是指令与反馈不断比较运算的结果, 但是实际 移动距离是电机轴与滚珠丝杠综合运动的结果,那么指令 10mm,电机转多少圈 才能够让工作台移动 10mm 呢?这里取决于丝杠螺距和电机反馈脉冲数等关键 参数,假如滚珠丝杠螺距为 10mm,那么电机旋转一圈工作台移动 10mm,又怎 样在 CNC 指令 10mm 后,电机正好旋转一圈,并且反馈的脉冲数正好与指令脉 冲数吻合,FANUC 伺服的解决方案就是引入一个当量概念——"指令当量=反

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馈当量"也就说发出的脉冲数应和反馈的脉冲数相匹配.CMR(指令倍乘比) 与 DMR(N/M)就是"调整" "指令当量"和"反馈当量"的参数,通俗的讲它 是一个 "凑数" 的过程, 就是想方设法使指令与反馈脉冲数建立一个合理的关系. 指令被乘比设定原则如下; PRM 1820
指令倍乘比

CMR 为 1/2 - 1/27 1 设定值=———— + 100 CMR

CMR 为 0.5 - 48 设定值=2XCMR

通常,指令单位=检测单位(CMR=1),因此该值设为2. ⑹ 关断电源,然后再打开电源. 下面进一步完善设定数据 ⑺ 检测倍率(DMR)也称进给齿轮比 N/M(F.FG)的设置. PRM 2084 PRM 2085
柔性进给齿轮的 N 柔性进给齿轮的 M 设定半闭环 α 脉冲编码器 (注 1) F.FG 分子(≤32767) 电机每转所需的位置反馈脉冲 —————————— = —————————————— F.FG 分母(≤32767) 1,000,000(注 2)

(计算结果不能约分为小数)

注意: 1.对分子和分母,最大设定值(约分后)是 32767. 2.对柔性齿轮比,αi 脉冲编码器电机每转有 1000000 个脉冲, 3.如果计算电机转数时使用了π值,比如使用齿轮和齿条,假定 π 值近似为 355/113 实际简化后公式为:
N M = 电机每转 1 转所需的位置脉冲数 100 万 的最小公约数

[例] 对检测单位为 1μm,指定如下: F.FG 丝杆导程 所需的脉冲数 (mm/rev) (脉冲/转) 10 10000 1/100 20 20000 2/100 或 1/50 30 30000 3/100
表 3-4

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[例] 对旋转轴,机械有一 1/10 的减速齿轮和设定为 1000 度的检测单位,则电机每 转一转工作台旋转 360/10 度的移动量. 对工作台而言,每 1 度所需脉冲为 1000 位置脉冲. 电机一转的所需移动量为: F.FG 分子/F.FG 分母=36000/1000000=36/1000 设定独立脉冲编码器(全闭环) 依照最小检测单位移动量的 F.FG 分子(≤32767) 位置反馈脉冲量 —————————— = ———————————— F.FG 分母(≤32767) 1,000,000 (注 2) (不能约分小数)
表 3-5

[例] 使用 0.5-um 刻度来检测 1-um 距离,设定如下: F.FG 分子/F.FG 分母=(L/1)/(L/0.5)=1/2 《计算例》
丝杠螺距 8mm 0.3937in 12mm 指令当量 1/1000mm N=1/ M=125 N=1/ M=100 N=3/ M=250 指令当量 1/10000mm N=2/ M=25 N=1/ M=10 N=3/ M=25

表 3-6

⑻ 移动方向
PRM 2022

电机回转方向 +111 正向, -111 负向

⑼ 速度脉冲数,位置脉冲数 ① 串行αi 脉冲编码器或串行α 脉冲编码器时:
参数号 高分辨率设定 分离型检测器 速度反馈脉冲 位置反馈脉冲 2000 1815 2023 2024 设定单位 1/1000mm 闭环 半闭环 xxxxxxx0 00100010 00100000 4X2048=8192 NS 12500 表 3-7 设定单位 1/10000mm 闭环 半闭环 xxxxxxx1 00100010 00100000 819 NS/10 1250

注: 1.NS 为电机一转的位置反馈脉冲数(4 倍后) . 2.闭环时,也要设定 PRM 2002#3=1,#4=0. ⑽ 参考计数器容量
PRM 1821

各轴的参考计数器容量

参考计数器的设定主要用于栅格方式回原点,根据参考计数器的容量,每 隔该容量脉冲数溢出产生一个栅格脉冲,栅格(电气栅格)脉冲与光电编码器

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中一转信号(物理栅格)通过 1850# 参数偏移后,作为回零的基准栅格. 参见下图 3-23 所示 反馈 溢出脉冲作为 PRM 1821 栅格 GRID 参考计数 器容量
PCZ 图 3-24

PRM 2084/2085
N/M PCA PCB PCZ

参考计数器容量设定值是指电机转一转所需的(位置反馈)脉冲数,或者 设定为该数能够被整数除尽的分数. 也可以理解为返回参考点的栅格间隔 所以,参考计数器容量 = 栅格间隔 / 检测单位 栅格间隔 = 脉冲编码器 1 转的移动量 《设定举例》 表 3-8
丝杠螺距 栅格间隔 10 mm/转 20 mm/转 30 mm/转 检测单位 0.001 mm 0.001 mm 0.001 mm 所需的位置脉冲数 10000 脉冲/转 20000 脉冲/转 30000 脉冲/转 参考计数器容量 10000 20000 30000 栅格宽度 10 mm 20 mm 30 mm

需要注意的是,由于"零点基准脉冲"是由栅格指定的,而栅格又是由参考 计数器容量决定的,当参考计数器容量设定错误后,会导致每次回零的位置不 一致,也即回零点不准. ⑾ 将电源关闭,然后再接通,完成伺服初始化设

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附:电机号 motor No.

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表 3-9

注意 在设定伺服参数之前,请确认下面的数据是否准备: <1> 数控系统类型 如:0ic <2> 伺服电机规格号 α6/2000 <3> 内装式编码器电机 αA1000 <4> 分离型编码器电机 Y/N <5> 电机每转机床移动发出的脉冲数 10mm/每转 <6> 机床检测单位 0.001mm <7> 数控指令单位 0.001mm

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3-5. 数控通道,伺服通道与 FSSB 3-5-1. 基本结构与设定种类 在第一章我们已经介绍过,FSSB(FANUC Serial Servo Bus)是一个连 接 CNC 与伺服放大器的高速串行总线,它上面串联着三个主要的功能部件⑴ CNC ⑵ 伺服放大器 ⑶ 光栅适配器,并承接者它们之间的数据双向传输,包 括移动指令,半闭环反馈或全闭环反馈信息,报警,准备信息等. 由于 FSSB 串行结构的特点,数控轴与伺服轴之间的对应关系可以很灵活 的定义,不像 FS0C/D 那样数控轴排序和伺服轴排序必须一一对应,FANUC αi 系列 FSSB 连接如下图所示; *从属装置
PSM SPM SVM SVM SVM X/B Y Z

数控轴排序 ① ② ③ ④

1020# (参数) X Y Z B

FSSB

从属装置

M1

M2

空 X B Y Z
图 3-25

那么这种对应关系是通过 FSSB 设定建立的,下面我们具体讨论如何建立 CNC 与伺服的对应关系. 使用FSSB 的系统, 必须设定下列伺服参数.其它参数的设定与往常一样. ( ) ● 参数No.1023——各轴的伺服轴号.(伺服通道排序) ● 参数No.1905——定义接口类型和光栅适配器接口使用. (详见本节参数说明) ● 参数No.1910—1919——从属器转换地址号.(详见本节参数说明) ● 参数No.1936 和1937——光栅适配器连接器号.(详见本节参数说明) 设定这些参数时,有三种方法: ⑴ 自动设定 在FSSB 设定画面, 通过输入与轴和放大器相互关联的数据, 轴设定值被自 动计算,用该计算结果,自动设定参数No.1023;1905;1910—1919;1936 和 1937. ⑵ 手工设定2 输入参数号为1023#;1905#;1910#—1919#;1936#和1937#的期望值.

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⑶手工设定1 基于1023#号参数的设定,执行轴的缺省值设定. 参数1905#,1910#~1919#,以及1936 #,1937#不需要设定,自动设定也 不执行.但是,有些功能将不能使用.因此,当启用FSSB总线时,尽可能的使 用自动设定和手工设定2. * 从属装置 如前所述,在基于FSSB 的系统中上面串联着三个主要的功能部件⑴ CNC ⑵ 伺服放大器 ⑶ 光栅适配器.在CNC系统后面的伺服放大器和分离型检测器 接口单元称为从属装置,即CNC的从属装置. 两轴放大器包含两个从属装置;三轴放大器包含三个从属装置.从属装置按 安装顺序编号:1,2,3……离CNC 最近的编号为1. FSSB 参数设定方法如下: ⑴ 自动设定 当参数No.1920 # b0 = 0,可在FSSB 的设定画面上进行自动设定. 在FSSB 的设定画面上,可用下列步骤进行自动设定: ① 进入FSSB画面: 按功能 SYSTEM 键 ,显示系统画面. 数次按 继 翻页键,直到出现FSSB菜单.

按软键 FSSB. 按软键 AMP(放大器).

图3-26

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FSSB 的画面包括:[放大器设定],[轴设定] 和 [放大器维护]. 按 [AMP] 键显示 [放大器设定] 画面 . 按 [轴] 键显示 [轴设定] 画面. 按 [MAINTE] 键显示 [放大器维护] 画面. 放大器设定画面显示信息如下: NO.——从属装置编号(伺服放大器位置排序编号) 可以顺序显示最多10个经FSSB 连到CNC的从属器,离CNC最近的从 属器编号为1. AMP——显示连接到FSSB的伺服放大器类型 放大器的类型由字符A+编号+字符L或M组成.A表示"放大器";编号 表示放大器的安装位置,离CNC 最近的编号为1,L,M表示双轴放大 器模块上的进给轴,L 为第1轴,M为第2轴. 如上图所示:A1-L表示第一个模块的第1轴 A1-M表示第一个模块的第2轴 A2-L表示第二个模块的第1轴 SERIES——伺服放大器的系列号,如α系列,αi系列,αCi系列,βi 系列等. CUR.——所使用模块最大额定电流 AXIS——控制轴号 该轴号显示的是在参数No.1920—1929 中指定的被控轴号,若指定的 轴号超出允许值范围,则显示0. NAME——控制轴名称 该名称显示的是对应各被控轴号在参数No.1020 中指定的名称.若被 控轴号为0,则显示"–" . UNIT——伺服放大器单元的形式. EXSTRA——光栅尺适配器信息. 它包含字母M和序号.M表示分离型检测器接口单元,序号指出各接口 单元的安装位置,离CNC最近的编号为1. TYPE——光栅尺接口类型 用一个字符表示分离型检测器接口单元型式. PCB ID——光栅尺ID码 四位数字,表示分离型编码器的ID码(16进制).ID码后面显示8轴检 测器(8轴分离型检测单元时)或4轴检测器(4轴分离型检测单元时). ② 放大器信息画面参数调整: 在放大器设定画面中,给连接到各个放大器的轴设定一个控制轴号.在 此画面中, 驱动器从上到下按升序列出驱动器号. 因此, 当设定控制轴号时, 要考虑哪个放大器轴连接到哪个CNC轴上,也就是确定伺服通道与NC通道 的对应关系. 工作顺序是距离CNC最近的放大器先被访问.在放大器设定画面中,0 和重复号码不得输入. 当上一步完成后,子菜单出现[SETING]软键,按[SETING]软键.(若 显示警告信息,请从第1 步重新起动.) ③ 进入轴设定画面 在轴设定画面上,指定关于轴的信息,如分离型检测器接口(光栅尺适

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配器)单元的连接器号.

图3-27

轴设定画面参数说明: AXIS——被控轴的编号 该项表明NC 控制轴的安装位置. NAME——被控轴的名称 AMP——各轴所连接的放大器的型式 M1——第1个光栅适配器模块编号 这是在参数No.1931 中设定的分离型检测器接口单元1 连接器编号. M2——第2个光栅适配器模块编号 这是在参数No.1932 中设定的分离型检测器接口单元2 连接器编号. 1-DSP——一个轴使用一个DSP(伺服控制CPU). 对于学习控制的伺服轴,高速电流环轴,高速接口轴,用1个伺服CPU 控制1个轴时,须把"2轴占有"项置1. 这是在参数No.1904 第0 位(1DSP)的设定值. 说明:通常伺服轴卡上的一个DSP(参见第二章图2-8)可以控制两个 伺服轴,但是使用学习控制的伺服轴,高速电流环轴,高速接口轴时, 一个DSP处理器只能控制一个伺服轴. 因此须将 "2轴占有" [1-DSP] 项 置1. Cs——该轴作为Cs轴控制. 用spindle(主轴电机)实现 C 轴位置控制,称为"Cs轮廓控制". 在 此主轴位置控制占用数控通道的一个位置环,这种控制方式主要用于带 C轴的车削中心机床. 这是在参数No.1933 中的设定值. TNDM——进行并行控制运转的轴,设定为"并行控制(Tandem)" 主动轴设定为奇数,从动轴设定为连续的偶数号. 注:所谓"并行控制(Tandem)",用于两个电机驱动一个机械负载的 情况. 对应参数No.1934 中的指定值,但0i 和0i Mate 不用.

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图3-28 并行控制 ④ 轴设定画面参数调整:

在此画面进行分离检测器接口单元(光栅适配器)的连接器号和Cs轮廓控 制等的设定. 使用分离检测器接口单元(光栅适配器)时,在M1和M2上设定对应各轴的 连接器号,对于不使用分离检测器接口单元的轴,设定0. 使用分离检测器的轴,须将参数 1815#1 置1. ⑤ 完成设定 按[SETING]键.(若显示警告信息,重复上述步骤,并从第 3 步起动.) 用这种方法,参数No.1023,1905,1910—1919,1936,1937 根据自动 计算的结果自动设定.同时,参数No.1902 的位1自动置为1,以表明各参 数已完成设定.此时,应关闭电源,然后开机,以使各轴按这些参数工作. ⑵ 手工设定2 当参数No.1902 b0= 1时,手工设定2有效. 为了进行手工设定2,应设定参数No.1023,1905,1910—1919,1936 和 1937. ⑶ 手工设定1 当下列参数为: 参数No.1902 的b0 = 1(指定FSSB 的设定方式为手工设置方式). 参数No.1902 的b1 = 0(自动设定未完成). 参数No.1910--1919 均 = 0(从属器转换地址号为0). 系统手工设定1有效. 对于参数No.1023,当电源接通时的值就认为是它的从属装置号. 注:用手工设定1 时,下列一些功能和数值不能用,如下所述,它们只能 用在自动设定或手工设定2. ● 分离型检测器接口不能用;因此不能使用光栅. ● 参数No.1023 的序号必须连续.例如,不能跳过2 而用3. 3-5-2. 有关 FSSB 参数说明 在进行手动设置时,需要人为修改 FSSB 参数,下面就有关 FSSB 设定用 参数(1902,1904,1905,1910~1919,1919,1931,1932,1933,1936, 1937)的意义给予说明: #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0 ASE FMD PRM 1902 [数据类型] 位型

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FMD 指定FSSB 的设定方式. 0:指定自动设定方式.(若在FSSB 设定画面指定控制轴和放大器之间 的相互关系),则参数No.1023,1905,1910—1919,1936,1937 便自动设定. 1:手工设定2 方式. (参数No.1023,1905,1910—1919,1936,1937 必须手工设定.) ASE 如果参数No.1902的#b0=0(自动设定方式),指出自动设定是否已完成. 0:未完成 1:已完成 (自动设定结束后,该位自动置1.) #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0 DSP PRM 1904 [数据类型] 位轴型 DSP 0:2 轴用1 个DSP(普通轴) 1:1 个轴用1 个DSP(学习控制轴等) 通常,用户不设定这一位,因为它是用FSSB 设定画面设定. 手工设定2 不用该参数. #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 PM2 PM1 PRM 1905

#0
FSL

[数据类型] 位轴型 FSL 指定伺服放大器和伺服软件之间使用的是快速还是慢速接口. 0:快速 1:慢速 有两种伺服数据传输接口:快速和慢速.其选择方法如下所述: ● 单轴放大器两种都用. ● 对于双轴放大器,2 个轴不能同时使用快速接口.但2 轴可同时使用 慢速接口. ● 对于3 轴放大器,第1 和第2 轴的使用规则,与上述2 轴放大器相同; 第3 轴的使用规则与单轴放大器一样. ● 对于参数No.1023 设为奇数的轴, 除了高速电流回路和高速接口轴外, 可使用快速型式.当然,也可使用慢速型式. ● 对于参数No.1023 设为偶数的轴,只能使用慢速型式.这1位必需设1. PM1 指定是否使用第1 分离型检测器单元(第1~4接口). 0:不用 1:用 PM2 指定是否使用第2 分离型检测器单元(第5~8接口). 0:不用 1:用 若FSSB 的设定方式设为自动方式 (参数No.1902 #b0 = 0) 用FSSB 设 , 定画面输入数据时, 该参数为自动设定. 在手工设定2 方式 (参数No.1902 的位0 = 1),用户必须自己设该参数.当使用分离型检测器接口单元时, 必须分别设定连接器号(参数No.1936 和1937). PRM 1910~1919 从属器1~10的转换地址号.

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1910 从属器 1 的转换地址号 1911 从属器 2 的转换地址号 ….. ………………………… ….. ………………………… 1919 从属器 10 的转换地址号 [数据类型] 字节型 [数据范围] 0—7,16,40 和48 必须为每一个从属器指定地址变换值(1~10).从属器是指与CNC 相连的 任何伺服放大器或分离型检测器接口单元.按照连接顺序,每一个从属器都被指 定一个序号(1~10),离CNC 最近的编号为1.2 轴放大器被视为2个从属器, 3 轴放大器被视为3个从属器.根据从属器是放大器还是分离型检测器接口单元 设定这些参数,其设定方法如下: 当从属器是放大器时: 该值设为参数No.1023 中的值减去1(No.1023 指定了放大器的编号). 当从属器是分离型检测器接口单元时: 第1 个分离型检测器接口单元的值设为16(应该离CNC 最近); 第2 个设为48(离CNC 最远). 无从属器时: 参数值设为40. 在FSSB 自动设定方式(参数No.1902 的位0 = 0),在FSSB 的自动设定画面 输入数据时,该参数自动设入,在手工设定方式2(参数No.1902 的位0 = 1), 该参数必须人为设置. 轴的配置和参数设定实例 表3-10 X B Y Z 伺服轴号 第 1 第 2 1 2 3 4 1023#对应轴 分离 分离 1023#-1 0 1 2 3 检测 检测 1910~1919# 0 1 2 3 16 48

数控轴 1020# ① X ② Y ③ Z ④ B

1023# 1 3 4 2

FSSB

PSM SPM SVM SVM SVM X/B Y Z

M1

M2

X 轴电机

B 轴电机

Y 轴电机

Z 轴电机

图 3-29

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1931 1932

第 1 个分离型(光栅)检测器接口单元的插座号(用 FSSB 设定画面) 第 2 个分离型(光栅)检测器接口单元的插座号(用 FSSB 设定画面)

[数据类型] 字节轴 [数据范围] 0—各分离型检测器接口单元的连接器号. 为了使用分离检测器接口单元,必须为各轴的检测器接口单元指定连接器 号.由FSSB 设定画面输入数据时这些参数是自动设入的,不能手工指定.对于 手工设定方式2,不必设定该参数. 1933
Cs 轴轮廓控制轴(用 FSSB 设定画面)

[数据类型] 字节轴型 [数据范围] 0—1 用Cs 轴控制时,相应的控制轴必须在该参数中设1.由FSSB 设定画面输 入数据时这些参数是自动设入的,不能手工指定.对于手工设定方式2,不必设 定该参数. 1936 1937
第 1 个分离型(光栅)检测器接口单元的连接器号 第 2 个分离型(光栅)检测器接口单元的连接器号

[数据类型] 字节轴型 [数据范围] 0—7 为了使用分离型检测器(光栅适配器)单元,必须设定该参数,设定值为光 栅适配器单元的占用接口号(第n轴光栅尺)减1,即:占用接口号为1 时(第 一轴的光栅尺接口),设定值为1-1=0;占用接口号为2 时(第二轴的光栅尺), 设定值为2-1=1,等等. 同时,还必须设定参数No.1905 的第6,7 位(是否使用光栅适配器M1和 M2).使用M1时,1905# b6=1,使用M2时,1905# b7=1.对于不使用分离型 编码器(光栅)的伺服轴,该参数应设0. 伺服轴可随意使用光栅接口,但是,设定数值是实际物理连接位置减1.如 下图3-30,第2个光栅适配器连接两根光栅尺,第1接口(物理地址)连接Z轴光 栅尺,第2接口(物理地址)连接Y轴光栅尺.那么1937(第2个光栅适配器)对 应的连接器号(设定值)关系:Y轴设1(2-1=1),Z轴设0(1-1=0). 参见下面的例子,加工中心配置,X/Y/Z三个直线轴采用光栅尺全闭环,B 轴为半闭环,没有圆光栅. M1 M2 X 1-X 光栅 1-Z 光栅 Y 2空 2-Y 光栅 3空 Z 3空
图3-30

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 光栅尺 X Y Z B 第 1 个分离检测器 反馈接口插头号 1 空 空 空 第 2 个分离检测器 反馈接口插头号 空 2 1 空 1936 0 0 0 0 1937 0 1 0 0

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表3-11 1905 b7/b6 0 1 1 0 1 0 0 0

若FSSB 的设定方式为自动方式 (参数No.1902 的位0 = 0) 使用FSSB 设 , 定画面输入数据时,该参数会自动置入数值.对于手工设定2(参数No.1902 的 位0 = 1),必须手工设定. 结合图3-29和图3-30手动设置2对应参数如下表: No. 1902#0 FMD 1 手工设定2 No.
1910 1911 1912 1913 1914 1915 1916 1917 1918 1919

0

1

2

3

16

48

40

40

40

40

X B Y Z X Y/Z 轴模块 轴模块 轴模块 轴模块 1#光栅 2#光栅 适配器 适配器

接口未使用

1020 No. X Y Z A

1023 1 3 4 2

1905#0 FSL 0 0 1 1

1905#6 PM1 1 0 0 0

1905#7 PM2 0 1 1 0

1936 0 0 0 0

1937 0 1 0 0

数控通道 伺服通道 X/Y 轴快速 光栅适配 光栅适配 光栅适配 光栅适配器 2 排序 排序 Z/A 轴慢速 器 1 接 X 器 2 接 Y/Z 器 1 接口 接口 1 接 Z 轴光栅 距离 NC 近为 1 轴光栅 轴光栅 1接X 接口 2 接 Y 轴光栅 轴光栅尺 表3-12

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3-6. 常用伺服参数调整 ⑴ 概述: 常用伺服调整参数是指我们在维修过程中需要修改调整的参数, 如伺服参数 1825#(位置环增益) ,在全闭环震荡时调整非常有效.1826#~1829#(到位宽 度)伺服参数,当机床出现 410-#,411#等误差过大报警时,也需要修改调整这 些参数. 另外我们在维修中如果希望屏蔽某一个轴时,也需要通过参数设置,来抑制 轴的指令输出,进行试验.下面就这些主要常用参数说明如下; 最小指令增量,最小检测单位,指令倍率,检测倍率的术语解释 表 3-13 0.001mm 最小指令增量 从 CNC 送到机床的最小指令单位. 0.001mm 检测单位 检测机床位置的最小单位. 2 指令倍乘比 使 CNC 指令脉冲当量与来自检测器脉冲的反馈 (CMR) 当量匹配的常数. 检测倍乘比 使 CNC 指令脉冲当量与来自检测器脉冲的反馈 (DMR) 当量匹配的常数. 注意:
最小指令增量,检测单位,CMR 和 DMR 之间的关系如下: 最小指令增量 = CMR X 检测单位 电机每转移动量 检测单位= —————————— DMR X 检测器每转脉冲数 N DMR= —— M 最小移动单位 x CMR 指令倍率 +

误差寄存器

D/A 转换器

x DMR 检测倍率 图 3-31

参考计数器

反馈脉冲

图中设定 CMR 与 DMR 的比率,以便使误差寄存器的正输入比率等于负输 入比率,也就是"指令当量=反馈当量" . ⑵ 基本轴参数的设置
1001 INM

公/英制输入选择参数;编成输入数据为公制/英制单位 [数据形式] 位型参数 INM —— 输入单位 0 —— 公制输入 1 —— 英制输入

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最小输入单位控制参数;FANUC 0i/16i/18i 最小指令可以在 0.01mm, 0.001mm,0.0001mm 三种设定单位中选择 [数据形式] 位型参数 ISA,ISC 设定最小输入单位和最小移动单位 表 3-14 ISC ISA 最小输入单位,最小移动单位 简称 0 0 IS-B 0.001mm,0.001deg 或 0.0001inch 0 1 IS-A 0.01mm, 0.01deg 或 0.001inch 1 0 0.0001mm,0.0001deg 或 0.00001inch IS-C IPR 设定单位按 IS-A IS-B IS-C 公制输入时, 是否把各轴的最小设定单位 设定为最小移动单位的 10 倍. 0:不设定为 10 倍 1:设定为 10 倍 当 IPR 设定为"1"时,最小设定单位变为如下表所示 表 3-15 设定单位 最小设定单位 IS-B 0.01mm, 0.01deg 或 0.001inch IS-C 0.001mm,0.001deg 或 0.0001inch 1010 8130 1020 CNC 控制轴数 CNC 总控制轴数 各轴的编程名称 请按下表设定各控制轴的程序名称 轴名称 设定值 轴名称 设定值
X Y Z 88 89 90 U V W 85 86 87

表 3-16

轴名称
A B C

设定值
65 66 67

⑶ 伺服轴虚拟化设置 当伺服模块组中有任何一个单元出现故障报警,均会引起所有单元的 VRDY_OFF(伺服准备就绪跳掉) ,有时很难判断故障点,这是就需要将某个轴 "虚拟化" ,或称之为"屏蔽" ,也就是数控系统不向该伺服放大器发指令,同时 也不读这个轴的反馈数据,即便这个轴有故障,也把这个轴的信号"屏蔽掉" , 让其它伺服放大器可以吸合——VRDY 置 1,是其它轴正常工作. 通过调整以下参数可以实现伺服轴虚拟化; 方案一,忽略伺服上电顺序(#1800 参数) ,抑制轴数据传输(#2009) . 1800 CVR CVR 位置控制就绪信号 PRDY 接通之前,速度控制信号 VRDY 先接通时; 0 ——出现伺服报警 1 ——不出现伺服报警

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2009 0——轴抑制无效 1——轴抑制有效 方案二,CNC 侧将数控通道封闭,并忽略上电顺序. DUMY

DUMY

1023 各轴的伺服轴号 [数据形式] 字节轴型 [数据范围] 1,2,3, 控制轴数 设定各控制轴为对应的第几号伺服轴. 参见上一节 FSSB 参数说明和举例. 使用主轴作为控制轴时,设定为-1. 如果屏蔽该伺服轴时也应设为负值.如-128 另外;#1800(CVR)b1=1 忽略上电顺序. #2009(DUMP)b0=1 轴抑制参数设为有效. 硬件处理; 如果把 α 双轴伺服放大器当 α 单轴伺服放大器使用时(封伺服)
表 3-17

α 双轴伺服放大器 Type A 接口 Type B 接口 FSSB 接口 ⑷ 与误差过大相关参数:

短接管脚 短接 8 和 10 管脚 短接 8 和 10 管脚 短接 11 和 12 管脚

插头 JVx JSx JFx

下面几个参数与伺服误差报警相关, 当伺服轴误差过大时会出现 411#, 421# 报警,以及 410#,420# 报警,那么所谓的误差"过大" ,是与下面的参数相关 的,通常是大于了下面的参数限定值.
1826 各轴到位宽度

机床指令完成后,指令位置与刀具位置(反馈位置)的差值. F
G90G01X100F300 Y100

刀具位置 1826 指令位置
图 3-32

POS

到位误差宽度

[数据形式] 字轴型 [数据单位] 检测单位 [数据范围] 0~32767 该参数设定各轴的到位宽度. 当机床实际位置 (位置反馈值) 与指令位置的差 (位置偏差量的绝对值)

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比到位宽度小时,机床即认为到位了(机床处于到位状态).
1827

各轴切削进给的到位宽度

[数据形式] 字轴型 机床执行 G01/G02/G03 等切削指令时,指令位置与刀具位置(反馈位置) 的差值. F 进给 切削进给完成位 1827 指令位置
图 3-33

[数据单位] 检测单位 [数据范围] 0~32767 设定各轴切削进给时的到位宽度. 本参数在参数 No.1801#4(CCI)为 1 时有效.
1828

各轴移动中允许的最大位置偏差

伺服轴在移动过程中,指令值和刀具实际位移(反馈数据)的最大允差值. 当刀具位置(实际位置反馈值)与指令位置的差值超过 1828 中设定的允差值, 伺服 411#,421#,4n1# 报警,并立刻停止运行(MCC 信号 OFF) .

刀具位置 1828

指令位置

图 3-34

[数据形式] 双字轴型 [数据单位] 检测单位 [数据范围] 0~99999999 通过伺服诊断画面可以观察到实际值. (在画面的右侧 POS ERROR 后面 为实际偏差值,单位 )

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位置环增益设定值

实际位置环增益 位置误差

图 3-35

各轴停止时允许的最大位置偏差 该参数设定各伺服轴在停止时,允许的最大漂移量. [数据形式] 字轴型 [数据单位] 检测单位 [数据范围] 0~32767 当停止中位置偏差量超过最大允许位置偏差量时,会出现伺服410#, 420#,4n0# 号报警,并立刻停止运行(MCC信号OFF).
1830

1829

各轴关断时允许的最大位置偏差

当伺服轴需要卡紧时,如鼠齿盘定位,数控分度定位后等,均需要在机 械卡紧后,使伺服电机关断,否则伺服电机较劲会产生过热或者过载. 该参数是设定各轴伺服关断时的位置偏差量极限值. [数据形式] 双字轴型 [数据单位] 检测单位 [数据范围] 0~99999999 当伺服关断时的位置偏差量超过位置偏差量的极限值时,会出现伺服报 警 410#, 420#,4n0# 号报警,并立刻停止运行(MCC 信号 OFF) .
1851

各轴反响背隙补偿量

图 3-36

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[数据形式] 字轴型 [数据单位] 检测单位 [数据范围] -9999~9999 设定各轴的反向间隙补偿量. ⑸ 调整全闭环震荡和跟踪精度相关的参数 在全闭环震荡出现后,调整位置环增益参数简便有效,对于位置环增益的标 准值 FANUC 为 3000,注意:这里指的是实际位置环增益,而不是设定值,因 为反馈装置检测倍乘比不同,设定值换算后的实际值也不同,所以更应该关注实 际值.伺服运转[SV-TUN]画面,右侧可以观察实际位置环增益,参见图 3-35. 当遇到全闭环震荡,减少位置环增益可以减少震荡,但是减少后的值最好不 低于 2000,否则跟踪精度非常差.
1825

各轴伺服环增益(位置环增益)
-1

[数据形式] 字轴型

[数据单位] -0.01s [数据范围] 1~9999 该参数设定各轴的位置控制环的增益. 进行直线与圆弧等插补(切削加工)时,请将所有插补轴设定相同 的值,机床只做定位时,各轴可设定不同的值.否则插补加工斜线或圆 弧时,由于插补跟踪精度不同,插补轴斜率和圆弧失真. 环路增益越大,则位置控制的响应越快,但如果太大,伺服系统不 稳定. 位置偏差量(误差寄存器内累积的脉冲量)和进给速度的关系如下: 进给速度 位置偏差量 =———————— 环路增益×60 单位: 位置偏差量 mm,inch 或 deg 进给速度 mm/min,inch/min 或 deg/min 环路增益 s 注意:当机床由于机械间隙引起的振荡时,可以通过适当减少位置环增 益减少机床的振荡,但是会损失定位精度. ⑹ 全闭环改为半闭环相关参数 在日常的数控机床维修时,将控制方式从全闭环改为半闭环,是我们判断光 栅尺故障最有效的手段. 如何将全闭环改为半闭环?对于 FANUC i 系列,仅需修改参数即可,不需 改动任何硬件状态.所需修改的参数如下; ⑴ 1815# b1(OPTx)=0 使用内置编码器作为位置反馈, (半闭环方式) ⑵ 在伺服画面修改 N/M 参数,根据丝杠螺距等计算 N/M. 具体计算参照第三章 3-7 节⑺项, 伺服参数初始化 N/M 的计算. 对于 10mm 螺距的直连丝杠 N/M=1/100.
-1

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图 3-37

⑶ 将位置脉冲数改为 12500(对于最小检测单位=0.001) . ⑷ 正确计算参考计数器容量,对于 10mm 直连丝杠,参考计数器容量设为 10000(参见第三章 3-4 节伺服参数初始化 ⑽ 参考计数器容量的计算) . 这里需要注意的是,在修改之前应将原全闭环伺服参数记录下来,以便今后 正确恢复.

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3-7. 增量零点,绝对零点,距离编码 FANUC i 系列数控系统可以通过三种方式实现回零; ⑴ 增量方式回零 ⑵ 绝对方式回零 ⑶ 距离编码回零 下面就上述三种回零方式分别阐述它们的工作过程和相关参数. 3-7-1. 增量方式回零 所谓增量方式回零,就是采用增量式编码器,工作台快速接近,经减速档块 减速后低速寻找栅格作为机床零点. FANUC 系统实现回零必须满足下面积各条件; ① 回参考点(ZRN)方式有效——对应 PMC 地址 G43.7=1,同时 G43.0 (MD1)和 G43.2(MD4)同时=1. ② 轴选择(+/-Jx)有效——对应 PMC 地址 G100~G102=1 ③ 减速开关触发(*DECx)——对应 PMC 地址 X9.0~X9.3 或 G196.0~3 从 1 到 0 再到 1. ④ 电气栅格被读入,找到参考点. ⑤ 参考点建立,CNC 向 PMC 发出完成信号 ZP4 内部地址 F094,ZRF1, 内部地址 F120.时序如下; 其动作过程和时序图如下: ① ② ③ ④ 工作台快速移动 档块压下减速开关 减速开关抬起 找到参考点

速 度
MD1,MD4 G43.0/G43.2 ZRN G43.7 +Jx G100/G102 * DECn X009

PCZ GRID Grid shift PRM=#1850

偏移量

图 3-38

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与增量式参考点返回相关参数:
1850

各轴的栅格偏移量

该参数是通过参考计数器溢出, 在光学栅格的基础上设置电气栅格的偏 移,用于调整机床参考点(参照上图) . [数据形式] 双字轴型 [数据单位] 检测单位 [数据范围] 0~99999999 注意:设定的栅格偏移量绝对值应小于参考计数器容量(1821#参数) 的最大值.
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

1002

DLZ 回零方式设定——有/无档块回零(所有轴共用参数) #1 (DLZ) 0 : 使用挡块回参考点.(增量式回零) 1 : 使用无挡块参考点.
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

1005

DLZx

ZRNx

回零方式设定——有/无档块回零(各轴共用参数) #1(DLZx) 0 : 使用挡块回参考点. 1 : 各轴使用无挡块参考点. (PRM1002#1=0 时有效,可对各轴进行选择.) #0 (ZRNx) 通电后,未建立参考点时,自动运行指令G28(自动回参 考点)以外的轴移动时: 0 : 发生报警224 信号,禁止轴移动. 1 : 不发生报警224 信息,允许轴移动.
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

1006

ZMIx 回零方向参数(各轴共用参数) #5(ZMIx) 0 : 回参考点方向为正方向. 1 : 回参考点方向为负方向.
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

3003

DECx

回零开关"正" "负"逻辑设定(各轴公用参数) #5 (DECx) 回参考点用减速信号*DECn(*DEC1,*DEC2): 0 : 为标准规格的负逻辑(信号状态为"0"进行减速). 1 : 为标准规格的正逻辑(信号状态为"1"进行减速) 增量式回零在传统的数控机床上使用最普遍,故障率也比较高,维修中遇到 的主要问题有;回零时不减速,直至超程.有减速但找不到零点出现 90#报警. 回零位置偶尔差一个螺距等, 我们将在第七章中结合案例讨论典型故障现象及解 决方案.

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3-7-2. 绝对方式回零(又称无档块回零) 所谓绝对回零, 就是采用绝对位置编码器建立机床零点, 并且一旦零点建立, 无需每次开电回零,即便系统关断电源,断电后的机床位置偏移(绝对位置编码 器转角)被保存在电机编码器 S-RAM 中,并通过伺服放大器上的电池支持电机 编码器 S-RAM 中的数据. 传统的增量式编码器,在机床断电后不能够将零点保存,所以每遇断电再开 点后,均需要操作者进行返回零点操作.80 年代中后期,断电后仍可保存机床 零点的绝对位置偏码器被用于数控机床上,其保存零点的"秘诀"就是在机床断 电后,机床微量位移的信息被保存在编码器电路的 S-RAM 中,并有后备电池保 持数据.FANUC 早期的绝对位置编码器有一个独立的电池盒,内装干电池,电 池盒安装在机柜上便于操作者更换.目前αi 系列绝对位置偏码器电池安装在伺 服放大器塑壳迎面正上方. 这里需要提请读者注意的是,当更换电机或伺服放大器后,由于将反馈线与 电机航空插头脱开,或电机反馈线与伺服放大器脱开,必将导致编码器电路与电 池脱开了,S-RAM 中的位置信息即刻丢失.再开机后会出现 300#报警,需要重 新建立零点. 绝对零点建立的过程如下;

图 3-39

① 置PRM 1815# 参数说明:
#7 1815 #6

b4=0. (前提条件1815#
#5 #4 APCx #3 #2 APZx

b5=1——采用绝对位置编码器)
#1 #0 OPTx

[数据类型] 位 APCx 位置检测器为: 0:非绝对位置编码器 1:绝对位置编码器

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③ ④ ⑤

零点位置 0:没有在位 1:在位 用手动操作使轴移动电动机转 1 转以上的距离,在该位置先切断,再接上 CNC 电源.(对绝对位置检测器第 1 次供电时必须进行这一操作.) 此时的进给速度和移动方向不受限制,使伺服电动机转1 转以上,是为了要 在脉冲编码器内检测到1 转信号. 用手动操作将轴移动到靠近参考点(约数 mm 前)的位置. 选择"ZERO RETURN"方式 按进给轴方向选择信号"+"或"-"按钮后,向下1 个GRID 位置移动,当找到 栅格位置后,系统返回参考点完成,轴移动停止,该位置即作为参考点. 需要说明的是,绝对位置零点建立时寻找到的栅格,是"电气栅格" ,即在编 码器"物理栅格"基础上通过 1850# 参数偏置后的栅格.

APZx

3-7-3. 距离编码回零 光栅尺距离编码是解决"光栅尺绝对回零"的一种特殊的决绝方案.具体工 作原理如下; 传统的光栅尺有A相,B相以及栅格信号,A相,B相作为基本脉冲根据光栅 尺分辨精度产生步距脉冲,而栅格信号是相隔一固定距离产生一个脉冲,所谓固 定距离是根据产品规格或订货要求而确定的,如10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 30mm, 50mm等. 该栅格信号的作用相当于编码器的一转信号, 用于返回零点时 的基准零位信号. 而距离编码的光栅尺,其栅格距离不像传统光栅尺是固定的,它是按照一定 比例系数成变化的,如下图示意;当机床沿着某个轴返回零点时,CNC读到几 个不等距离的栅格信号后,会自动计算出当前的位置,不必像传统的光栅尺那样 每次断电后都要返回到固定零点, 它仅需在机床的任意位置移动一个相对小的距 离就能够"找到"机床零点.

图3-40

距离编码零点建立过程 ⑴ 选择回零方式,使信号ZRN置1,同时MD1,MD4置1 ⑵ 选择进给轴方向 (+J1, –J1, +J2, –J2, etc.) ⑶ 机床按照所选择的轴方向移动寻找零点信号,机床进给速度遵循1425参数中 (FL)设定速度运行 ⑷ 一旦检测到第一个栅格信号, 机床即停顿片刻, 随后继续低速 (按照参数1425 FL中设定的速度)按照指定方向继续运行. ⑸ 继续重复上述(4)的步骤,找到3~4个栅格后停止,并通过计算确立零点位置. ⑹ 最后发出参考点建立信号(ZRF1, ZRF2, ZRF3, etc.置1)

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图 3-41

相关参数 1815 DCLx OPTx [数据类型] 位数据 OPTx 位置检测方式 0:不使用分离式编码器(采用电机内置编码器作为位置反馈) 1:使用分离式编码器(光栅) DCLx 分离检测器类型 0:光栅尺检测器不是绝对栅格的类型 1:光栅尺采用绝对栅格的形式
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0 #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

1802 [数据类型] 位数据 DC4 当采用绝对栅格建立参考点时 0:检测3个栅格后确定参考点位置 1:检测4个栅格后确定参考点位置 1821 参考计数器容量 [数据类型] 双字节数据 [数据单位] 检测单位 [数据有效范围] 0 ~ 99999999 距离编码1(Mark 1)栅格的间隔 1882

DC4

距离编码2(Mark 2)栅格的间隔

[数据类型] 双字节数据 [数据单位] 检测单位 [数据有效范围] 0 ~ 99999999 距离编码2(Mark 2)栅格的间隔 1883 [数据类型] 双字节数据 [数据单位] 检测单位 光栅尺栅格起始点与参考点的距离

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[数据有效范围] -99999999 ~ 99999999 1821,1882,1883 参数关系如下图所示

图 3-42

具体实例如下图所示,机床采用公制输入.

图 3-43

参数 No. 1821(距离编码 1 的间距)="20000" No. 1882(距离编码 2 的间距)="20020" No. 1883(参考位置)=上图 A 点位置+5mm 距离编码 1 与距离编码 2 的距离 = (————————————————— *距离编码 1 的间距) 5.000 + 距离编码 2 的间距—距离编码 1 的间距 9960 = —————— *20000 + 5000=9965000 20020-20000 所以参数1883# 内设为9965000

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3-8. FANUC 数字主轴 3-8-1. FANUC 串行主轴驱动框图 控制框图如下

图 3-44

主轴的硬件连接请参见前一节图 3-14 和图 3-17

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FANUC串行主轴驱动要素如下,当其中任何一个环节出现问题都会导致主 轴停止旋转,有时并不出现报警.所以作为维修人员了解FANUC串行主轴工作 原理和控制过程是非常重要的. 首先CNC控制软件, 根据由加工程序指令的S代码和在参数上设定的主轴电 动机与机械主轴的传动比,求得主轴电动机的转速. 3-8-2. 速度控制参数 主轴速度变换是通过参数设置, 根据不同的速度区间执行换档的 (通知PMC 输出换档拨叉移动齿轮). 在NC 侧,以下面的参数设定值为基础,由指令的S 值(主轴转速)计算出对 应电动机速度的指令. 对于铣床或加工中心的M型主轴换档(此时参数PRM3706#4=0),又细分 为两种换档方式——换档方式A和B.换档方式A,FANUC主轴电机在各档位的 换档速度区间是相同的,如指令S500时换2档,此时含义是机械主轴为500转/ 分,但电机可能是在800转/分的区间.当指令为S2000时换3档,此时含义是机 械主轴为2000转/分,但电机仍然是800转/分区间. 如下图3-45所示,主轴换档时的主轴电机下限速度由3735#参数决定,而主 轴电机上限速度由3736#参数指定(1档到2档,以及2档到3档均如此).而各档 的最高指令转速(S代码)由3741#,3742#,3743#设定.如上面的举例,我们 可以将3741#=500,3742#=2000,3743#=4500,说明指令速度分别在500转/ 分和2000转/分换档,3档的最高转速为4500转/分. 而换档是通过电机的速度区间设置的,在#3735和#3736参数中设定,具体 数值需要进行简单的计算; #3735的设定 主轴电动机的下限转速 设定值=———————————— 4095 主轴电动机的最高转速 #3736的设定 主轴电动机的上限转速 设定值=———————————— 4095 主轴电动机的最高转速 如果额定转速6000 r/min的电动机,在 60 r/min以上,5000 r/min以下运转 时. 60 #3735的设定值=————× 4095 = 41 6000 5000 #3735的设定值=————× 4095 = 3413 6000

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换档方式A(PRM 3705# b2=0),速度示意如下图3-45

图3-45

对于换档方式B——换档时除了指令的速度不同,主轴电机在各换档区间的 上限速度也不同.那么不同换档上限速度是通过参数#3751,#3752,#3636设 定的,其共同的下限速度仍然由#3735设定.各档位换档时的主轴电机上限速度 计算方法同上述#3736的设定. 换档方式B(PRM 3705# b2=1),速度示意如下图3-46

图 3-46

3-8-3. 接口控制地址 如果要实现正确的,安全的主轴换档和运转,PMC 必须参与处理接口信号. 那么主要的接口信号如下; ①CNC 向 PMC 发出换档信号
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

F0034

GR3O

GR2O

GR1O

当参数确定换档指令速度和其它相关参数后,CNC接到S代码后会自动向 PMC发出换档信号GR3O,GR2O,GR1O.PMC根据SF信号选择所指令的档 次.档次选择后送回辅助功能完成信号(FIN). 用以下参数可设定输出SF的条件

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

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3705 #6(SFA)

SFA 0:只在切换档次时输出SF. 1:执行S指令时输出SF.

车床用的换档信号 车床上,在加工程序中使用M功能进行档次切换.用以下信号把选定的档次 输入CNC.
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

G0028
档位 1 档位 2 档位 3 档位 4

GR2
0 0 1 1

GR1
0 1 0 1

②PMC通知CNC主轴停止信号 ( *SSTP )
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

G0029

*SSTP

此信号为1时, 主轴速度指令输出到主轴放大器. 当信号为0时限制主轴旋转, 常用于门打开时,卡盘松开等危险状态情况下停止主轴回转. 在我们维修中,如果发现主轴不转,又没有报警出现,就需要通过PMC诊 断察看这个信号是否为0(为0时限制主轴旋转),作为G地址一定是PMC程序将 它置0或置1的. ③主轴速度倍率 ( SOV )
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

G0030

SOV7

SOV6

SOV5

SOV4 SOV3 SOV3

SOV1

SOV0

可对已经指令的主轴转速,以1%间隔乘以倍率0~254%. 注:加工中心用的换档信号(GR1O, GR2O, GR3O ),由指令的S代码确 定,且不受主轴速度倍率的影响. ④PMC 到 CNC 至 FANUC 串行主轴信号
#7 #6 #5 SFRA #4 #3 #2 CTH2A *ESPA ARSTA #1 #0

G0070 G0070

MRDYA ORCMA

SRVA CTH1A

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 表3-18

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信号名
MRDYA ORCMA SFRA SRVA CTH1A CTH2A

名称
机床准备完毕 定向 主轴正转指令 主轴反转指令 离合器/档次选择 0:MCC 断开 0: 通常指令 0: 停止 0: 停止 CTH1A /CTH2A 0 0 0 1 1 0 1 1 0:急停 从1到0的后沿复位

意义
1:MCC 接通 1:定向 1:正转 1:反转 HIGH MIDIUM HIGH MIDIUM LOW LOW 1:运行准备

*ESPA ARSTA

急停 报警复位

⑤FANUC 串行主轴到 CNC 至 PMC 的信号 F0045
ORARA 信号名 ORARA TLMA LDT2 LDT1 SARA SDTA SSTA ALMA TLMA LDT2 名称 定向完毕 转矩限制中 负荷检测信号2 负荷检测信号1 主轴速度到达 速度检测 主轴停止 报警中 在参数4027的值以上的负荷状态为1 在参数4026的值以上的负荷状态为1 在参数4022的值以内为1 在参数4023的值以内为1 在参数4024的值以内为1 - LDT1 SARA SDTA 备 注 参数4075 SSTA ALMA 表 3-19

⑥主轴速度到达检测 该信号是为限制伺服轴进给而设置的, 对于车床如果主轴没有到达程序指令 的速度,进给切削(G01,G02/G03,G32,G33 等)不执行. 对于铣床或加工中心,如果开通此功能,通过参数#3708 b0=1 的设置,限 制进给轴移动, 当主轴由于某种原因停止时, 进给轴不再移动, 防止 0 转速挤刀. 该信号是从 PMC 发出的,通知 CNC,所以当该信号置 1 时,一定是 PMC 程序处理的结果,通过检查梯形图或 PMC 诊断画面查找故障点.
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

G0029

SAR

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相关参数#3708
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

3708

SAT

SAR

b#1(SAT) 开始执行螺纹切削程序段,对主轴速度达到信号SAR的检测为 0:按#0的设定 1:必须进行检验 b#0(SAR) 0:不检测主轴速度达到信号SAR 1:检测主轴速度达到信号SAR 3-8-4. 标准参数的自动设定 <串行主轴> 串行主轴放大器与CNC 连接进行第1 次运转时,对串行主轴电动机的控制 必须按电动机对应的参数进行设定. 在串行主轴放大器内装有各电动机的标准参数, 需要时可把这些参数传送到 (装到)CNC的参数区中. 这里说明传送电动机标准参数的基本步骤. ① 在急停状态下接通NC 电源. ② 使参数写入有效,在设定画面使PWE=1. ③ 设定使串行主轴有效的参数. #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0 3701 SS2 LSI #4(SS2) = 0:串行主轴连接的台数为1 台. =1:串行主轴连接的台数为2 台. #1(ISI) 主轴: =0 : 使用串行接口. =1 : 使用模拟接口. ④设定进行自动设定所需的以下参数. #7 #6 #5 #4 #3 LDSP 4019

#2

#1

#0

#7(LDSP) 串行主轴的标准参数: =1 : 进行自动设定. 自动设定正常结束后,即自动变为"0". ⑤设定电动机的型号代码 4133 电机型号

从电动机型号表中找出型号代码进行设定. 主轴电动机的型号; 对于无代码的电动机,由机床生产厂按相近代码确定,然后按"电动机固 有参数表(表3-20)"修改设定.
表3-20

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 规格 标准规格 带功率切换 型号代码 "O" "64" 100 α 0.5 8000 106 α6 8000 110 α 18 (6000) 101 α1 8000 无 α 6/ 12000 无 α 18/ 8000 无 α1/ 15000 107 α8 6000 111 α 22 (6000) 102 α 1.5 8000 无 α 8/ 8000 无 α 22/ 8000 103 α2 8000 108 α 12 6000 无 α 12/ 8000 125 α 30 (4500) 104 α 2/ 15000 109 α 15 6000 126 α 40 (6000) 105 α3 8000 无 α 15/ 8000

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■α 系列
型号代码 电动机型 号名 (min-1) 型号代码 电动机型号 名 (min-1) 型号代码 电动机型 号名 (min-1) 无 α 3/ 12000

■αP 系列
型号代码 电动机型号 名 (min-1) 型号代码 电动机型号 名 (min-1) 112 αP8 (6000) 116 αP22 (6000) 112 αP8/ 8000 116 αP22/ 8000 113 αP12 (6000) 117 αP30 (4500) 113 αP12/ 8000 117 αP30/ 6000 114 αP15 (6000) 118 αP40 (4500) 114 αP15/ 8000 119 αP50 (4500) 115 αP18 (8000) 174 αP60 (4500) 115 αP18/ 8000

■a C 系列 ■主轴软件9D11,9D12 系列用
型号代码 电机型号名 型号代码 电机型号名 224 a C6 220 αC1 225 a C8 221 αC1.5 226 a C12 222 αC2 227 a C15 223 αC3 3.7/5.5kW 228 a C18 230 αC3 4.4/7.5kW 229 a C22

⑥断开,然后接上NC 电源. 这时,与电动机型号代码对应的主轴电动机的参数,开始从主轴放大器侧向 NC 侧传送(装载),稍过片刻,标准参数自动设定结束. 在自动设定结束之前,一直保持急停状态,结束时即被解除.其间,主轴放 大器上的LED 显示从"装载中"变换到"结束". ⑦自动设定结束后,在起动主轴电动机运转之前,还要确认以下参数的设定. 电动机的最高转速(根据电动机的型号代码进行自动设定)

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4020

电机最高转速
表3-21 主轴 4000#2 4000#0 4001#7 4001#6 4001#5 4001#2 4003#7,6,4 4003#1 4004#4 4004#3 4004#2 4004#1 4004#0 4007#5 4011#2,1,0 设定内容 位置编码器的安装方向 主轴和电动机的回转方向 Cs轮廓控制用位置检测器的安装方向 Cs轮廓控制用内置主轴电动机检测器的设定 Cs轮廓控制用位置检测器有否 位置编码器信号使用否 位置编码器信号的设定 电动机内置MZ传感器有否 电动机内置MZ传感器的种类 外部1转信号检测方法的设定 外部1转信号使用否 主轴上安装的BZ传感器(内置传感器)有否 高分辨率位置编码器信号使用否 位置检测器用信号有无断线检测 电动机速度检测器用脉冲数的设定

其他参数设定(与所使用的检测器有关)

#7 4000

#6

#5

#4

#3

#2
POSC1

#1

#0
ROTA1

#2(POSC1) 位置编码器的安装方向 =0 : 主轴与位置编码器的回转方向相同. =1 : 主轴与位置编码器的回转方向相反. #1(ROTA1) 主轴与主轴电动机的回转方向 =0 : 主轴与电动机的回转方向相同. =1 : 主轴与电动机的回转方向相反. #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 CAXS3 CAXS2 CAXS1 POSC2 4001

#0

#7(CAXS3) 高分辨率磁性脉冲编码器的安装方向 =0 : 主轴与位置编码器的回转方向相同. =1 : 主轴与位置编码器的回转方向相反. #6(CAXS2) 高分辨率磁性脉冲编码器的位置检测信号 =0 : 不使用(主轴与电动机分开时). =1 : 使用(内置主轴电动机时). #5(CAXS1) 高分辨率磁性脉冲编码使用否 =0 : 不使用. =1 : 使用(带Cs 轮廓控制功能时,设定"1"). #2(POSC2) =0 : 不使用位置编码器. =1 : 使用位置编码器. #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0 PCPL2 PCPL1 PCTYP PCCNC 4003

表 3-22

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 #7PCPL2 0 #6PCPL1 0 #4PCTYP 0 BZ传感器 (环外径) 256λ/r (φ103) 128λ/r (φ52) 512λ/r (φ205) 64λ/r (φ26) - 384λ/r (φ154) 高分辨率磁性脉 冲编码器 磁鼓外经φ65 其他 位置编码器 高分辨率位 置编码器 - - - - -

97

0 0 0 1 1

0 1 1 0 1

1 0 1 0 0

- φ130 - φ195 φ97.5

#1(PCCNC) 电动机内置MZ 传感器使用否 =0 : 不使用. =1 : 使用. #7 4004 #6 #5 #4
BISGN

#3

#2

#1

#0

RFTYP EXTRF

SPDBS HRPC

#4(BISGN) 电动机内置MZ 传感器的种类 =0 : 下述以外. =1 : 0.5,0.5S,0.3S,IP65(1S~3S)电动机时. #3(RFTYP) =0 : 外部1 转信号检测上升沿. =1 : 外部1 转信号检测下降沿. #2(EXTRF) =0 : 不使用外部1 转信号. =1 : 使用外部1 转信号. #1(SPDBS) =0 : 不使用安装在电动机轴以外的BZ 传感器. =1 : 使用安装在电动机轴以外的BZ 传感器. #0(HRPC) =0 : 不使用高分辨率位置编码器. =1 : 使用高分辨率位置编码器.
#7 #6

4007

#5 PCLS

#4

#3

#2

#1

#0

#5(PCLS) 高分辨率磁性脉冲编码器,位置编码器信号断线检测 =0 : 进行断线检测.(通常设定"0") =1 : 不进行断线检测.
#7 #6 #5 #4 #3

4011
#2VDT3 #1VDT2 #0VDT1

#2 #1 VDT3 VDT2 表 3-23 速度检测器的

#0 VDT1

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 设定 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 64λ/r 128λ/r 256λ/r 512λ/r 192λ/r 384λ/r

98

本设定,根据电动机型号代码被自动设定. 3-8-5. FANUC 主轴反馈检测器的种类 主轴反馈检测器作为主轴驱动的重要组件之一,我们简单的介绍如下,了解 FANUC 主轴反馈的分类和结构,有助于我们今后对主轴驱动故障的维修. FANUC主轴用检测器分安装在电机尾部的内置检测器,和安装在机械主轴 侧的外置检测器两类.α系列主轴电动机内置的检测器有以下几种(见表3-24). ●主轴电动机内置检测器 表3-24
检测器的种类 M传感器 旧名称;脉冲发生器 (只有A/B信号) MZ传感器 旧名称:内装传感器( 除A/B 相外, 还有Z相) 脉冲数 64 λ /r 128 λ /r 256 λ /r 2048 p/r (64 λ /r) 2048 p/r (128λ /r) 4096 p/r (256λ /r) 高分辨率磁性脉冲编码器 通称:Cs传感器 (Cs轮廓控制用) 90000 p/r (128 λ /r) 适合电动机的型号名 α 0.5 α1~3,α1/15000~α 6/12000 α 6~40,α8/8000~α 30/6000,α,p,αHV所有系列 α 0.5 α1~3, α1/15000~α 6/12000 α 6~40, α P,αHV所有系列 α 2~40, α P,αHV所有系列

脉冲数栏的xxx p/r,是伺服方式中进行位置检测的信号,xxxλ /r,是进行电 动机速度检测的信号. λ是周期, 即传感器输出的信号波形的1 个周期为 1λ.

图 3-48

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机床主轴侧安装的检测器, ●主轴侧安装的检测器
检测器的名称 BZ传感器 (旧名称:内装传感器)标准代 号:A860-0392-T012 (模拟的A/B相,Z相信号) 脉冲数 p/r(128 λ /r) p/r(256 λ /r) p/r(512 λ /r) p/r (384 λ /r)

高分辨率磁式脉冲编码器 (Cs轮廓控制用)(模拟的A/B 相,Z相信号)

90000p/r(128 λ /r) 90000p/r(192 λ /r) 90000 p/r (256 λ /r) 90000 p/r (384 λ /r)

位置编码器标准代 号:A860-0309-T302 α 位置编码器S 标准代; A860-0309-T352 高分辨率位置编码器 标准代; A860-0319-T002

1024 p/r 90000 p/r (1024 λ /r) 1024 p/r (3000λ /r)

表3-25 传感器/检测环外形 传感器安装环外形:φ100 (检测 环外形:φ52) 传感器安装环外形:φ140 (检测 环外形:φ103) 传感器无安装环 (检测环外形:φ210) 传感器无安装环 (检测环外形:φ158) 传感器安装环外形:φ140 (磁鼓 外形:φ64/65) 传感器安装环外形:φ170 (磁鼓 外形:φ96/97) 传感器安装环外形:φ200 (磁鼓外形:φ129/130) 传感器安装环外形:φ270 (磁鼓外形:φ194/195) 数字脉冲信号输出型, 检测 A/B相,Z相信号 模拟信号输出型, 检测A/B相, Z相信号 除了与位置编码器相当的A/B 信号(1024p/r)和Z相信号外, 还有模拟的A/B相信号 (3000λ/r),分辨率可达90000p/r

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第四章 FANUC PMC
FANUC PMC——Programmable machine controller 其工作原理与其它 工业自动化设备的 PLC——Programmable Logical controller 工作原理基本 相同,只是 FANUC 公司根据数控机床特点开发了专用的功能指令,以及相 匹配的硬件结构.目前 FANUC 数控产品将 PMC 内置,也就是说不需要独立 的 PLC 设备,PMC 已成为数控系统的重要组成部分,正如同我们在第二章 中讲到的,CNC,伺服与主轴驱动,PMC 三大部分构成完整的数控系统. 本章重点介绍 FANUC PMC 硬件结构, 地址分配, 以及常用内部地址表. 4-1. I/O 及 PMC 的构成

图 4-1 FANUC PMC 及 I/O 连接

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FANUC PMC是由内装PMC软件, 接口电路, 外围设备 (接近开关, 电磁阀, 压力开关等)构成,连接主控系统(内置PMC)与从属I/O接口设备的电缆为高 速串行电缆,被称为I/O Link.它是FANUC专用I/O总线,工作原理与欧洲标准 工业总线Profibus类似,但协议不一样.另外通过I/O Link 可以连接FANUC β系 列伺服驱动模块,作为PMC轴(非插补轴)使用.参见图4-1所示. 通过RS232-C或以太网,可以连接PC机(个人计算机) ,对PMC接口状态 进行在线诊断,编辑,修改梯形图(需要专用软件) . 作为I/O Link 的连接可以电缆,也可以是光缆,具体连接图如下; I/O Link电缆连接图

图 4-2 I/O Link 电缆

其中 SIN(Serial Input)表示串行输入,SOUT(Serial Output)表示串行 输出,*SIN 和 * SOUT 分别是串行输入和串行输出的非. 对于长距离传输时,可以使用光缆作为 I/O Link 通讯电缆,为此需要光电转 换接口作为电信号转换为光信号,或光信号转换为电信号.

NC 或 I/O 单元

光缆适 配器

光缆适 配器

NC 或 I/O 单元

光缆适 配器

光缆适 配器

NC 或 I/O 单 元

一组 图 4-3 I/O - link 光缆连接

一组

图中 Optical I/O link adapter 为光缆适配器, 在一个系统中最多可以连接 16 个光缆适配器.

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4-2. I/O 接口信号 从 CNC 经过内部总线连接到内置 I/O 卡或 I/O 模块,下面就 FANUC 0iB 接 口连接说明如下; ⑴ FANUC 0iB 内置 I/O 卡
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 A 0V X0000.0 X0000.2 X0000.4 X0000.6 X0001.0 X0001.2 X0001.4 X0001.6 X0002.0 X0002.2 X0002.4 X0002.6 X0000.0 X0000.2 X0000.4 X0000.6 X0001.0 X0001.2 X0001.4 X0001.6 D0COM D0COM B +24V X0000.1 X0000.3 X0000.5 X0000.7 X0001.1 X0001.3 X0001.5 X0001.7 X0002.1 X0002.3 X0002.5 X0002.7 X0000.1 X0000.3 X0000.5 X0000.7 X0001.1 X0001.3 X0001.5 X0001.7 D0COM D0COM 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 A 0V X0003.0 X0003.2 X0003.4 X0003.6 X0008.0 X0008.2 X0008.4 X0008.6 X0009.0 X0009.2 X0009.4 X0009.6 X0002.0 X0002.2 X0002.4 X0002.6 X0003.0 X0003.2 X0003.4 X0003.6 D0COM D0COM B +24V X0003.1 X0003.3 X0003.5 X0003.7 X0008.1 X0008.3 X0008.5 X0008.7 X0009.1 X0009.3 X0009.5 X0009.7 X0002.1 X0002.3 X0002.5 X0002.7 X0003.1 X0003.3 X0003.5 X0003.7 D0COM D0COM

CB104

CB105

图 4-4

0i-B 内置 I/O 卡连接

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⑵ 分线盘式 I/O 模块

图 4-5 分线盘 I/O 模块 名 称 基本模块 扩展模块(带手轮接口) 扩展模块(无手轮接口) 2A输出模块 模拟输入模块 保险(备件) 模块间扁平电缆 规 格 A03B-0815-C001 A03B-0815-C002 A03B-0815-C003 A03B-0815-C004 A03B-0815-C005 A03B-0815-K002 A03B-0815-K100 表 4-1 分线盘 I/O 模块规格 备 注 I/O Link接口DI/DO:24/16 DI/DO:24/16手摇脉冲发生器×3台 DI/DO:24/16 DO:16(2A) 模拟输入4通道 1A 电缆长:20mm用于模块间隔32mm 的场合

注:1块基本模块最多可接3块扩展模块,最大输入点数为96点,最大输出点数 为64点. 信号规范 直流输入信号规格(漏型输入:局部可切换成源型) 表4-2分线盘I/O输入信号规范
接点容量 开路时接点间漏电流 闭路时接点间电压降 延迟时间 DC30V,16mA以上 1mA以下(电压26.4V) 2V以下(包括电缆的电压降) 接收器的延迟时间 :2ms(最大)还要考虑I/O Link的转送时间 (最大2ms)和梯形图的扫描时间. 表4-3分线盘I/O输出信号规范 包括瞬间200mA以下 负载电流200mA时1V(最大) 包括瞬间24V+20%以下 20A以下 驱动器延迟时间 :50s(最大)还要考虑I/O Link的转送时间 (最大2ms)和梯形图的扫描时间.

直流输出信号规格(源型输出:DC24V/0.2A)
接通时的最大负载电流 接通时的饱和电压 耐压 关闭时的漏电流 延迟时间

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CB150(HONDA MR-50RMA)
33 34 35 36 37 38 49 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 D0COM Xm+0.0 19 Xm+0.1 20 Xm+0.2 21 Xm+0.3 22 Xm+0.4 23 Xm+0.5 24 Xm+0.6 25 Xm+0.7 26 Yn+0.0 27 Yn+0.1 28 Yn+0.2 29 Yn+0.3 30 Yn+0.4 31 Yn+0.5 32 Yn+0.6 Yn+0.7 +24V Xm+1.7 16 17 18 图 4-6 CB150 端子表 Xm+2.6 Xm+2.7 +24V Xm+1.6 15 Xm+2.5 Xm+1.5 14 Xm+2.4 Xm+1.4 13 Xm+2.3 Xm+1.3 12 Xm+2.2 Xm+1.2 11 Xm+2.1 Xm+1.1 10 Xm+2.0 Xm+1.0 09 Yn+1.7 DICOM0 08 Yn+1.6 0V 07 Yn+1.5 0V 06 Yn+1.4 0V 05 Yn+1.3 0V 04 Yn+1.2 0V 03 Yn+1.1 01 02 D0COM Yn+1.0

上述地址是基本模块的. 使用扩展模块时,如下所示.
表 4-4 扩展模块地址分配

模 块 基本模块 扩展模块1 扩展模块2 扩展模块3

输入信号 Xm+0~Xm+2 Xm+3~Xm+5 Xm+6~Xm+8 Xm+9~Xm+11

输出信号 Yn+0~Yn+1 Yn+2~Yn+3 Yn+4~Yn+5 Yn+6~Yn+7

m —— 机床厂自定义的首地址(输入地址) . n —— 机床厂自定义的首地址(输出地址) .

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输入信号的连接

图 4-7 DI 模块连接

图 4-7 中 CB150 (xx) 表示端子号,括号中的数字表示端子脚号,Xm+x.x 表示对应的内部输入地址.图中 RV 表示接收器(接收转换电路) .图中 CB150 端子第 19,20,21,22,23 脚接 0V,18 和 50 脚接+24V. FANUC 接口电路图示方法源于 JIS 标准, 与我国国标和德国标准略有不同, 读图方式为竖式,而国标和德国标准读图方式为横幅.

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对于输出电路:

图 4-8 DO 模块连接

同样图 4-8 中 CB150 (xx) 表示端子为 CB150, 括号中的数字表示端子脚号, Yn+y.y 表示对应的内部输出地址.图中 DV 表示驱动器(整形驱动电路) .图中 CB150 端子第 19,20,21,22,23 脚接 0V,第 1 和第 33 脚接+24V. FANUC 公司输出模块采用晶体管,光耦,干簧继电器等形式的电路,具体 情况请核对机床厂具体选用那种模块.

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⑶ I/O UNIT(单元)A 对于使用 I/O 点数多的机床,比如复杂的加工中心,更多的采用 I/O 单元, 如下图所示;

图 4-9 I/O 单元 表4-5 I/O UNIT 输入模块规格 模块名 AID32A1 AID32B1 AID16C AID16D AID32E1 AID32E2 AID32F1 AID32F2 AIA16G 输入形式 非隔离型 DC输入 DC24V 隔离型 DC输入 7.5mA 额定电压 额定电流 极性 两 源 漏 响应时间 最大20ms 最大2ms 连接 连接器A 端子台 最大 20ms 连接器A 连接器B 连接器A 连接器B 端子台 无 LED 无 有

两 最大 2ms

AC输入

AC100~ 120V

10.5mA AC120V

-

开:最大35m 关:最大45m



表4-6 I/O UNIT 输出模块规格 模块名 AOD32A1 AOD08C AOD08D AOD16C AOD16D AOD32C1 AOD32C2 AOD32D1 AOD32D2 AOA05E AOA08E AOA12F AOR08G AOR16G 继电器输出 AOR16H2 输出形式 非隔离型DC输出 额定电压 DC5~24V 最大电流 0.3A 2A DC12~ 24V 0.5A 0.3A 极性 漏 漏 源 漏 源 漏 源 AC100~ 240V AC100~ 120V 最大 AC250V DC30V 最大 DC30V 2A 1A 0.5A 4A 2A 连接器B 无 无 端子台 有 连接 连接器 端子台 有 连接器A 连接器B 连接器A 连接器B LED 无 保险 无 有

隔离型DC输出

无 无

AC输出



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4-3. PMC 地址分配 PMC 作为 CNC 与机床(MT——Machine Tool)之间的转换电路,即要与 CNC 进行信号交换,又要与机床外围开关进行信号交换.而通用型 PLC 产品只 有 PLC 与外围设备的数据交换,因此 FANUC 内装式 PMC 比通用 PLC 多了一 类 CNC 与 PMC 的数据交换,这部分数据交换所占用的输入/输出地址 FANUC 公司采用 F 和 G 来定义.PMC 与外围设备的输入/输出地址定义为 X 和 Y,参 见图 4-10. 另外 PMC 本身还存在内部中间继电器 (Internal relay) 计数器 , (Counter) , 保持型继电器(Keep relay) ,数据表(Data sheet) ,时间变量等,被称之为内 部地址. 需要注意的是,FANUC PMC F 地址和 G 地址以及内部地址的分配随数控 系统 PMC 版本不同而不同,没有规律,使用时只能查阅相关的地址表. 下面就 FANUC PMC-SB 版本的地址分配介绍如下(适宜 FANUC 0iB/0iC 以及其它使用 PMC-SB 版本的产品,包括 FANUC 16i/18i/21i 等) ;
高速处理信号(不经过PMC)*DECn,*ESP,SKIP,XAE,YAE,ZAE(M 系) *DECn,*ESP,SKIP,XAE,ZAE,+MITn(T 系)

F

X

G PMC
PMC内部地址

Y

CNC R T C K D A 内部继电器区域 定时器区域 计时器区域 保持型继电器区域 数据表区域 信息请求区域
MT(机床外围电路) 分线用 I/O 模块 操作盘用 I/O 模块 I/O Unit 机床操作盘接口单元

图 4-10 PMC 地址分配

地址分配: X —— MT 输入到 PMC 的信号,如接近开关,急停输入信号等. Y —— PMC 输出到 MT 的信号,如电磁阀,灯等执行元件. F —— CNC 输入到 PMC 的信号,FANUC 定义的固定地址,如 M 代 码(地址 F10~F13) 代码(地址 F26~F29) ,T ,系统准备信号 MA(地 址 F1.7) ,伺服准备信号 SA(地址 F0.6)等均使用 F 地址. G —— PMC 输出到 CNC 的信号,该信号是经过 PMC 处理后通知到 CNC 的信号, FANUC 定义的固定地址, 如自动运转起动信号 ST (G7.2) ,

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串行主轴正转信号 SFRA (G70.5) 串行主轴反转信号 SRVA , (G70.4) , 串行主轴停止*SSTP(G29.6)等. 注意:所谓的"输入""输出",立场一定是站在 PMC 上看,对于 PMC 来说,从机床输入的是 X 地址,输出的是 Y 地址.从 CNC 输入的是 F 地 址,输出到 CNC 的是 G 地址. 内部地址 R——Register, T——Timer, C——Counter, K——Keep Relay, D——Data sheet,A——Alarm Message 是 PMC 程序使用的内部地址. PMC 地址分配参见下表;
记 号 X Y G 种类 机床→PMC PMC→ 机床 PMC→CNC 地址号 X0~X127 Y0~Y127 G0~G255 G0~G511 G1000~ G1255 G1000~ G1511 F0~F255 F0~F511 F1000~ F1255 F1000~ F1511 R0~R1499 R0~R2999 R9000~ R9117 R9000~ R9199 T0~T79 T0~T299 C0~C79 C0~C199 K0~K15 K0~K15, K17~K39 K16~K39 系统保留区域 K16, K900~ K909 D0~D2999 PMC-SB6 PMC-SB5 内容 来自I/O的输入信号 对I/O的输出信号 普通输入信号或对第1系统侧的输入 信号(PMC-SB5) 普通输入信号或对第1系统侧的输入 信号(PMC-SB6) 对第2系统侧的输入信号(PMC-SB5) 对第2系统侧的输入信号(PMC-SB6) 普通输出信号或来自第1系统侧的输 出信号(PMC-SB5) 普通输出信号或来自第1系统侧的输 出信号(PMC-SB6) 来自第2系统侧的输出信号 (PMC-SB5) 来自第2系统侧的输出信号 (PMC-SB6) PMC-SB5 PMC-SB6 PMC-SB5 PMC-SB6 PMC-SB5 PMC-SB6 PMC-SB5 PMC-SB6 PMC-SB5 PMC-SB6 PMC-SB5 保持型 存储器 表 4-7 PMC-SB 地址分配 备注 非保持 型存储 器

F

CNC→PMC

R

内部继电器区域 或作业区域系统 保留区

T C K

定时器区域 计数器区域 保持型继电器区 域

D

数据表区域

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 A L P 信息请求区域 标号指定号 子程序号 D0~D7999 A0~A24 A0~A124 L1~L9999 P1~P512 P1~P2000 PMC-SB6 PMC-SB5 PMC-SB6 PMC-SB5/SB6 PMC-SB5 PMC-SB6

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非保持 型存储 器

注:表中 PMC-SBx 为 PMC 版本号,目前 FANUC 0iC 使用 SB-7 版. CNC 与 PMC 之间的地址——G 地址,F 地址是 FANUC 公司已经定义好 的,机床厂在使用时只能根据 FANUC 公司提供的地址表"对号入座", 所以我们在维修机床过程中,查看 FANUC 地址表即可. FANUC i 系列(PMC-SB)常用地址表如下:
信号 地址 自动循环启动: ST 进给暂停: *SP 方式选择: MD1,MD2,MD4 进给轴方向: +X,-X,+Y,-Y, +Z,-Z,+4,-4(0 系统) +J1,+J2,+J3,+J4 -J1,-J2,-J3,-J4(16 系统类) 手动快速进给 :RT 手摇进给轴选择/快速倍率: HX/ROV1, HY/ROV2, HZ/DRN,H4 (0 系统)HS1A—JS1D(16 系统类) 手摇进给轴选择/空运行: HZ/DRN(0); DRN(16) 手摇进给/增量进给倍率: MP1,MP2 单程序段运行: SBK 程序段选跳: BDT 零点返回: ZRN 回零点减速: *DECX,*DECY,*DECZ,*DEC4 机床锁住:MLK 急停: *ESP 进给暂停中: SPL 自动循环启动灯:STL 回零点结束: ZPX,ZPY,ZPZ,ZP4(0 系统); ZP1,ZP2,ZP3,ZP4(16 系统类) 进给倍率: *OV1,*OV2,*OV4,*OV8(0 系统) *FV0--*FV7(16 系统类) 手动进给倍率: *JV0—*JV15 (16 系统类) 进给锁住: *IT 表 4-8 16/18/21/0i/PowerMate T M G7/2 G7/2 G8/5 G8/5 G43/0.1.2 G43/0.1.2 G102/0.1.2.3 G19/7 G18/0.1.2.3 G46/7 G19/4.5 G46/1 G44/0;G45 G43/7 X9/0.1.2.3 G44/1 G8/4 F0/4 F0/5 F94/0.1.2.3

G100/0.1.2.3 G19/7 G18/0.1.2.3 G46/7 G19/4.5 G46/1 G44/0;G45 G43/7 X9/0.1.2.3 G44/1 G8/4 F0/4 F0/5 F94/0.1.2.3

G12 F79,F80 G8/0

G12 F79,F80 G8/0

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 进给轴分别锁住: *ITX,*ITY,*ITZ,*IT4(0 系统) *IT1--**IT4 (16) 各轴各方向锁住: +MIT1--+MIT4; (-MIT1)—(-MIT4) 启动锁住: STLK 辅助功能锁住: AFL M 功能代码: M00-M31 M00,M01,M02,M30 代码 M 功能(读 M 代码): MF 进给分配结束: DEN S 功能代码: S00-S31 S 功能(读 S 代码): SF T 功能代码: T00—T31 T 功能(读 M 代码): TF 辅助功能结束信号 MFIN 刀具功能结束信号 TFIN 结束: FIN 倍率无效: OVC 外部复位: ERS 复位: RST NC 准备好: MA 伺服准备好: SA 自动(存储器)方式运行: OP 程序保护: KEY 工件号检: PN1,PN2,PN4,PN8,PN16 外部动作指令: EF 进给轴硬超程: *+LX,*+LY,*+LZ,*+L4;*-LX,*-LY,*-LZ,* -L4(0),*+L1--*+L4; *-L1--*-L4 (16) 伺服断开: SVFX,SVFY,SVFZ,SVF4 位置跟踪: *FLWU 位置误差检测: SMZ 手动绝对值: *ABSM 镜像: MIRX,MIRYMIR4 螺纹倒角: CDZ 系统报警: AL 电池报警: BAL DNC 加工: DNCI 跳转: SKIP 主轴转速到达: SAR 主轴停止转动: *SSTP 主轴定向: SOR 主轴转速倍率: SOV0—SOV7 主轴换挡: GR1,GR2(T) GR1O,GR2O,GR3O(M) 串行主轴正转: SFRA G130/0.1.2.3 X1004/2--5 G7/1 G5/6 F10—F13 F9/4.5.6.7 F7/0 F1/3 F22—F25 F7/2 F26—F29 F7/3 G5/0 G5/3 G4/3 G6/4 G8/7 F1/1 F1/7 F0/6 F0/7 F46/3.4.5.6 G9/0--4 F8/0 G114/0.1.2.3 G116/0.1.2.3 G126/0.1.2.3 G7/5 G53/6 G6/2 G106/0.1.2.3 G53/7 F1/0 F1/2 G43/5 X4/7 G29/4 G29/6 G29/5 G30 G28/1.2 G70/5 G130/0.1.2.3 G132/0.1.2.3 G134/0.1.2.3 G5/6 F10—F13 F9/4.5.6.7 F7/0 F1/3 F22—F25 F7/2 F26—F29 F7/3 G5/0 G5/3 G4/3 G6/4 G8/7 F1/1 F1/7 F0/6 F0/7 F46/3.4.5.6 G9/0--4 F8/0 G114/0.1.2.3 G116/0.1.2.3 G126/0.1.2.3 G7/5 G6/2 G106/0.1.2.3 F1/0 F1/2 G43/5 X4/7 G29/4 G29/6 G29/5 G30 F34/0.1.2 G70/5

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FANUC 0i 系列维修诊断与实践 串行主轴反转: SRVA S12 位代码输出: R01O—R12O S12 位代码输入: R01I—R12I SSIN SGN 机床就绪: MRDY(参数设) 主轴急停: *ESPA 定向指令: ORCMA 定向完成: ORARA G70/4 F36;F37 G32;G33 G33/6 G33/5 G70/7 G71/1 G70/6 F45/7 G70/4 F36;F37 G32;G33 G33/6 G33/5 G70/7 G71/1 G70/6 F45/7

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对于PMC与机床间的信号(X,Y),除个别信号被FANUC公司定义,绝大 多数地址可以由机床制造商自行定义.所以对于X,Y 地址的含义,必须参见机 床厂提供的技术资料. 下面信号作为高速信号由CNC直接读取,不经过PMC进行处理. #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0 X0004
SKIP ESKIP ZAE YAE XAE

跳过 PMC轴 信号 跳过 #7 X0008 #6 #5 #4
*ESP

FANUC刀具测量信号

#3

#2

#1

#0

#7 X0009

#6

紧急停止(非信号) #5 #4 #3 #2
th

#1

#0

*DEC4 *DECZ *DECY *DECX

前头带"*"的信号是负逻辑信号.例如,急停信号(*ESP)通常为1(没 有急停动作),当处于急停状态时 *ESP 信号为0. 从 PMC 送到机床的信号地址用 Y 表示,这些信号的地址可任意指定. 4-4. PMC 周期 FANUC PMC 分为高速扫描区(LEVEL1——第 1 级)和通常顺序扫描区 (LEVEL2——第 2 级) ,并用功能指令 END1 和 END2 分别结束两个区域的程 序,某些版本的 PMC 使用了 END3 处理中断级别更低(LEVEL3——第 3 级) 的程序. 它的分级原则是; 将一些与安全相关的信号放入高速扫描区域, 如急停处理, 轴互锁等.将其它逻辑程序放在通用顺序扫描区,如果版本功能具有 END3,则 将 PMC 报警显示放到第三级中.

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图 4-11 PMC 扫描周期

第1 级部分:每8ms(PMC 的最短执行时间)执行一次. 第2 级部分:第1级结束(读取END1)后继续执行. 但是,通常第 2 级的步数较多,在第 1 个 8ms 中不能全部处理完.所以在每 个 8ms 中顺序执行第 2 级的一部分,直至执行到第 2 级的终了(读取 END2). 在其后的 8ms 时间中再次从第 2 级的开头重复执行.

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第五章 基本诊断画面
FANUC 系统为了维修人员便于故障诊断,开发了 PMC 诊断画面,伺 服诊断画面,主轴诊断画面,NC 诊断画面等.在第一章中我们已经谈到, 今后的数控维修更重要的是通过诊断分析找到故障点,而这些诊断工具为 我们提供了方便,本章重点介绍 FANUC i 系列主要诊断工具的使用. 5-1. PMC 诊断画面 目前 FANUC i 系列在 PMC 子菜单下面提供了梯形图和信号状态诊断画面, 在 PMC 状态菜单下,又可进行信号跟踪和信号强制,下面具体说明. 5-1-1. PMC 画面显示
① 按

键.

② 按 PMC 软件键

按此操作后,显示如下所示的 PMC 画面.

只有在"程序编辑器有 效"才能够显示此菜单

PMC 参数的设定和显示画面 PMC 输入/输出信号的状态显示画面 梯形图的动态显示画面 内部编程器起动后,按右端的继续键 时,将进一步显示如下所示的菜单.

PMC 监视设定画面 PMC 系统参数画面 PMC 数据的输入输出画面 梯形图程序的编辑画面 梯形图的运行/停止键
图 5-1 PMC 画面显示

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5-1-2. 梯形图画面显示

① 按

键.

② 按 PMC 软件键

③ 按 PMCLAD 软件键

显示梯形图画面
标题信息 当前子程序 运行状态 当前位置

梯形图

信息输入栏 切换 到梯 形图 画面 ZOOM 切换 到列 表画 面 LIST

图 5-2 梯形图画面显示

图 5-3 梯形图画面切换

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画面结构 梯形图的标题信息,当前的子程序,画面中梯形图的当前位置信息,都可以 显示在梯形图的上方. 选择了要显示的子程序后,查找功能的范围如"LOCAL"和"GLOBAL" 标记在最上面部分的中间.例如"LOCAL",查找功能的范围被定义在当前 的子程序中.另外对于"GLOBAL",查找功能的范围是整个梯形图,并根据 查找的结果自动切换当前的子程序(参见图5-2"当前子程序"). ② 当光标显示时,光标下面地址的信息出现在画面底部附近的附加信息栏中. 显示提示信息包括 * 带有光标的网格的网格号 * 地址和它的符号以及注释信息 * 当前值 ③ 在信息栏,错误信息和查询信息将根据实际情况被显示出来. ④ 在画面的右上侧显示了一个计量器, 这个计量器表示了当前显示的部分在整 个梯形图中的位置(参见图5-2"当前位置"). 画面切换 PMC梯形图显示可以从梯形图画面切换到列表画面, 或从列表画面切换 到梯形图画面. 列表画面 (LIST) "GLOBAL"表示显示全部程序, 中, "LEVEL1" 表示进入第一级(梯形图仅显示第一级)"LEVEL2" 表示进入第二级(梯形 图仅显示第二级)"P0001""P0002"…..表示进入子程序P0001或P0002. 监控 根据信号的触点状态,线圈用不同的颜色来显示.上面例子中带有色块 的触点表示已经"激活". 显示符号和注释 ⑴ 各触点和线圈的地址在其上方显示.对于一个有符号表示的地址号,可以 指定符号取代地址的显示,也可以定义符号用彩色来显示,请参见5-1-4 说明. ⑵ 当一个注释设定给一个触点的地址,它在触点的下方显示.你可以定义注 释的显示格式.你也可以定义注释用彩色来显示,请参见5-1-4说明. ⑶ 当一个注释设定给一个线圈的地址, 它以包围形式显示在画面右边的空白 区.可以定义这个区用继电器取代注释的显示(在增加一行中显示继电器 的数目).也可以定义注释用彩色来显示,请参见5-1-4说明.
程序列表 查找程序点 梯形图编辑 收集画面切换

5-1-3. 梯形图画面操作

跳至头/尾

线圈查找

获得

地址或网格查找

功能指令查找

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 向上查找 向下查找

117

⑴ [LIST] 画面转换到程序列表浏览画面 转换到程序列表浏览画面选择要在梯形图监控画面显示的子程序. ⑵ [SEARCH MENU] 查找和跳转 改变软键到"查找软键",使用返回键 返回到"主要软键"."查找软键"包 括下列: [TOP BOTTOM] 跳到程序头/程序尾 跳到梯形图的程序头.如果当前显示的是程序头,则跳至程序尾. [SEARCH] 查找地址/网格号 查找方式: ① 根据输入的字符串来查找PMC 地址或网格号. ② 可以指定位地址和字节地址. 当数字被输入时,数字被看作为一个网格号,画面就会跳到与网格号相应 的网格.当输入非数字型字符串时,则该行将首先作为某个PMC地址的 符号来检查.如果字符串与符号匹配,那么查找符号所代表的地址.如果 该字符串没有符号与之匹配,则该网格下一次将被作为PMC 地址进行查 找.如果该网格显示了正确的PMC 地址,则该地址将被查找. [WRITE SEARCH]查找线圈 查找所输出字符串代表的地址的线圈. [FUNC SEARCH]查找功能指令 通过功能指令的SUB 号码或它的助记符名称例如"TMR"或"END2"来查找功 能指令. [SEARCH],[WRITE SEARCH],[FUNC SEARCH] 使用举例: 检索时,输入操作 [ADRESS.BIT] 或 [信号名] 〔SRCH〕. ① 任意字节地址检索.软键〔SRCH〕无条件检索指定的地址. 例) X15.4 或 +X JOG.M 〔SRCH〕检索触点

图 5-4 任意字节地址检索

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② 检索继电器线圈时 操作 ADRESS.BIT 〔W-SRCH〕或信号名〔W-SRCH〕. 例) G100.0 〔W-SRCH〕或 +X JOG〔W-SRCH〕只检索继电器线圈.

图5-5 线圈地址检索(写地址检索)

③ 用网格(NET)号进行检索时: 操作 NET 号〔N-SRCH〕. 例) 154 〔N-SRCH〕

图5-6 网格检索

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④ 检索功能命令时 功能命令号〔F-SRCH〕或 功能命令名〔F-SRCH〕 例) 25 〔F-SRCH〕或 DECB 〔F-SRCH〕
当前查找 范围

图5-7 F功能检索

[PICKUP] 将梯形图网格选入集中监控画面 将需要监控的梯形图网格选入集中监控画面 [PREV] 向上查找 向上重新查找相同的数据(向上) [NEXT] 查找下一处 向下重新查找相同的数据(向下) [GLOBAL]/[LOCAL] 改变查找的范围 在GLOBAL 和 LOCAL 之间切换查找的范围;GLOBAL 意味着整个梯形 图,LOCAL 表示在现在显示的子程序中.当前查找的范围标记在画面顶部 信息栏的右边,参见上图5-7. ⑶ [DATA TABLE] 进入功能指令数据表浏览画面 进入功能指令数据表浏览画面去检查功能指令数据表的内容,例如自带数据 表的COD(SUB 7)和CODB(SUB 27).只有当光标停在一个具有数据表的功 能指令上时,该软键才会出现. ⑷ [EDIT] 进入梯形图编辑画面 进入梯形图编辑画面.这个软键仅当编程功能1 有效时出现.当激活在线监 控功能2 时,这个软键无效. ⑸ [SWITCH] 调用集中监控画面 画面显示切换到集中监控画面. ⑹ [SCREEN SETTING] 画面设定 进入梯形图监控画面的设定画面.通过对该画面参数的设置,限制或开通某 些监控功能.具体使用方法,我们将在本章5-1-6中详细介绍. 按 键,返回到梯形图监控画面.

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5-1-4. 梯形图显示相关设定画面 梯形图显示可以根据用户需要进行不同风格的显示,下面简单介绍显示风格 设定画面的操作.

① 按
② 按 PMC

键.

③ 按 PMCLAD

④ 按 SETTING ⑤ 进入下面画面进行设定

图5-8 梯形图风格显示设定

设定项目 梯形图监控设定画面包括如下设定项目: ADDRESS NOTATION (地址符号) SYMBOL (符号) 有符号的地址用符号显示,没有符号的地址用它们本身 来显示. ADDRESS (default) 地址(默认) 即使它们有符号,所有的地址也用它们本身来显示. FUNCTION STYLE(功能指令格式) 改变功能指令的外形.

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有如下三种选择: ① COMPACT (紧凑型)——在梯形图中占用最小的空间,参数地址当前值的 监控被忽略. ② WIDE (default) 宽型(默认)——扩展了方格横向的宽度以给参数地址的 当前值预留空间,该方格较紧凑型宽. ③ TALL (高)——扩展了方格纵向的高度以给参数地址的当前值预留空间, 该 方格较紧凑型高.

COMPACT 简易方式显示

WIDE 宽显示

TALL 高显示 图5-9 功能模块显示风格

另外,从图5-9中可以看出,只有在"宽显示"和"高显示"两种方式中,才 可以显示功能指令的变量,如上图F0010=15中的"=15"和R009=80 中的 "=80".所以在维修过程中,如果希望诊断功能模块变量的实时变化值,如时 间继电器(TMR)的时间变化,环形计数器(CTR)的计数值等,应将功能 模块显示风格选为"WIDE-宽显示"或"TALL-高显示". 使用"COMPACT-简易方式"时,功能指令显示占用最小屏幕空间,所以 一屏中可以显示更多的梯形图网格. 读者可以根据实际需要调整这一参数. 显示触点的注释 改变每个触点下注释的显示格式 NONE (无) 在触点下无注释显示.这种方式下,由于注释的空间被释放,可以显示更多 得触点(8/9 或 9/9——1行中触点的个数/1列中触点的个数). 1 LINE (1 行) 在每个触点下显示1行具有15个半角型字符(也可1行7个日语字符),根据 每个注释中字符的个数,每个触点的宽度和触点的个数在画面上也会不同. 画面上所能显示的触点的个数从4/6 到9/6(1行中触点的个数/1列中触点的

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个数). 2 LINES(2 行)(系统默认该方式) 在每个触点下显示每行具有15个半角型字符的2行字符(也可2行,每行7个 日语字符),根据每个注释中字符的个数,每个触点的宽度,每个注释的行 数, 和触点的个数在画面上也会不同. 画面上所能显示的触点的个数从4/5 到 9/5(1行中触点的个数/1 列中触点的个数),参见下图5-10示意.

图5-10 触点注释

显示线圈的注释 定义是否显示线圈注释 YES(default)显示线圈注释(系统默认) 右边14个字符大小的区域是作为线圈的注释预留的,可以设定. NO 无 右边的区域通常用来增加线圈扩展梯形图,取代线圈注释的显示.在这种选 择下画面位置栏通常显示在画面的右边缘.

图5-11 线圈注释

显示线圈注释 显示光标 定义是否显示光标 YES (default) 显示(默认) 光标被显示,光标移动键可以移动光标,当光标停留在位或字节地址上,地 址的信息显示在"附加信息栏".在光标要显示的情况下,查找目标时,则光 标会直接停留在查找到的目标上.当梯形图有很多大型语句时这个功能很受 欢迎. NO 无 光标没有显示.上/下光标移动键将直接对画面进行翻页.在光标隐藏的情况 下查找目标时,含有目标的网格就会显示在画面的顶部. 梯形图外观设定 设定梯形图如何显示.可以设定梯形图中行,继电器,符号,注释以及功能

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指令参数的颜色.可以给梯形图的5个组成部分每个都定义显示颜色. ADDRESS COLOR(地址颜色) 设定符号和地址的颜色.输入一个数字或使用左/右箭头键来增大或减小数 字.你可以从0 至13,共14 个数字中选择一个来定义. DIAGRAM COLOR (梯形图颜色) 设定整个梯形图的颜色.设定方法同地址颜色. ACTIVE RELAY COLOR(继电器接通颜色) 设定继电器接通时的颜色.继电器断开时的颜色和梯形图的颜色相同.设定 方法同地址颜色. PARAMETER COLOR(功能指令参数颜色) 设定功能指令参数监控显示的颜色.当功能值令的显示格式设定了"紧凑型" 以外的格式时,监控画面才会显示.设定方法同地址颜色. COMMENT COLOR(注释颜色) 设定注释的颜色.设定方法同地址颜色. 子程序网格号 定义一个网格号是否从当前子程序头局部开始计算,或者从整个程序头全部 开始计算.这个设定将影响查找网格号时一个网格号的表示. LOCAL(局部) 网格号从当前子程序的第1网格开始计算.网格号只能在当前子程序中定义. 网格号信息在画面右上部以"显示范围/在子程序中的网格号"格式显示. GLOBAL (default) 全部(默认) 网格号从第1级程序的第1网格开始计算.网格号在整个程序中被唯一定义. 网格号信息在画面右上部以"显示范围/子程序范围网格号"格式显示. 往复查找有效 允许查找过程从顶部/底部到底部/顶部往复连续查找. YES (default) 允许(默认) 当检查到程序底部的时候,继续反向从程序的顶部向下查找.当检查到程序 顶部的时候继续反向从程序的底部向上查找. NO 否 当到达顶部或底部,且一个错误信息现在在信息栏时,查找失败.

图 5-12 往复查找方式

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5-1-5. PMC 接口诊断画面 作为 I/O(输入/输出)接口状态诊断,可以反映外围开关实时状态,PMC 的信号输出状态,以及 PMC 和 CNC 之间的信号输入输出状态. ⑴ 调用画面方法
① 按

键.

② 选择PMC子菜单

③ 选择 PMCDGN 子菜单

④ 选择 STATUS 子菜单

⑤ 进入 PMC 状态监控画面

图 5-13 PMC 监控画面

⑵ 诊断画面地址检索 ① 按位检索: 诊断信号检索可以通过将被检索地址 (字节+位) X15.4, 如 键入信息输入栏, 按 SEARCH 键, 也可在信息栏中键入符号"+X"光标可以直接指到所检索的位 置(见图 5-14 所示) .

FANUC 0i 系列维修诊断与实践 光标指到位

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图 5-14 按位检索

② 按字节检索 将被检索地址所在的字节键入信息栏中,光标直接跳到被检索地址的"行", 如 Y0050,如图 5-15 所示.
光标指到"行"

图 5-15 按字节检索

③ 信号触点动作状态表示;""表示信号没有激活(常开触点未接通,常闭触点 未打开),"I"表示信号已经被激活(常开触点已接通,常闭触点已打开).如上 图地址Y50.1和Y50.7,符号EDIT.L(编辑方式灯)和M01(选择停止)被激活, 触点状态为"I",该触点接通. 注释符号如果前面有"*"号,表示该地址为"非"信号,也即常闭触点.

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⑶ FORCE(强制信号输出)功能 该功能有助于我们进行 PMC 接口输出试验,对我们日常维修很有帮助.例 如当换刀机械手卡刀时,进退两难,我们通常采用"捅阀"的办法,还原机械手的 原始位置.现在我们可以很方便的使用 FORCE 工具,帮助我们"人为的"(甩开 PMC)强制信号输出. 在进行强制信号输出前,需要注意两个问题: ① 强制信号输出的地址,所驱动的外围设备,周边安全状态良好,不会导 致人员设备损伤. ② 将 PMC 停止运行,否则 PMC 在连续扫描,刚刚强制,即被 PMC 复位, 导致强制无效. 具体操作如下: 一 停止 PMC 运行
① 按

键.

② 选择PMC子菜单 按向后翻页键 出现下面菜单后

③ 选择 STOP

④ 并出现下面的画面,根据提示按"YES"软件键.

图 5-16 停止 PMC 程序运行确认

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PMC 停止后,在屏幕右上角会出现"PMC STOP".
右上角提示 PMC STOP

图 5-17 PMC 停止运行完成

二 进入诊断画面 ① 按照本节 ⑴ 中的方法进入 PMC 诊断画面, 按 FORCE 软件键.

图 5-18 PMC FORCE 强制菜单选择

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② 检索到需要强制的信号,如 Y53.1,F25.L——快速赔率 25%灯.

图 5-19 PMC 强制有效操作

③ 按 ON 软件键,信号强制输出.

信号变为"I"

图 5-20 PMC 强制有效完成

强制输出完成,信号常开点闭合.如果需要该地址断开时,按"OFF"软件键 即可恢复图 5-17 所示信号状态.

激活

关断

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三 恢复 PMC 运行 按左边的软件键 直到出现菜单

按"RUN",并确认

图 5-21 恢复 PMC 程序运行确认

按"YES",PMC 恢复运行.

PMC 恢复运行

图 5-22 恢复 PMC 程序运行有效

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⑷ TRACE(信号跟踪)功能 信号跟踪功能相当于一个"接口示波器",可以实时采样,根据维修人员选择 的信号地址,记录一个采样周期内信号的变化和时序.这一功能对于我们维修人 员观察一组信号时候特别有用, 跟踪的信号可以是输出信号, 也可以是输入信号, 可以是 PMC 与机床之间的信号, 也可以是 CNC 与 PMC 之间的信号, 所以它可 以跟踪 X,Y,F,G,R,K 等地址信号的实时状态. 具体使用; ① 按 键.

② 选择PMC键

③ 选择 PMCDGN

④ 选择 TRACE

⑤ 进入 TRACE 画面

图 5-23 进入 TRACE 画面

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⑥ 设置 TRACE 参数 按 SETTING 软件键,进入设定画面第一页

图 5-24 TRACE 设定画面第 1 页

参数含义: a) SAMPLING/MODE 确定一种取样的方式 TIME CYCLE:一个周期内的取样 SIGNAL TRANSITION:基于信号传送取样 b) SAMPLING/RESOLUTION 设定取样分辨率 c) SAMPLING/TIME 当在采样方式中选择"TIME CYCLE"时,显示此项目,设定采样周期. d) SAMPLE/FRAME 当在采样方式中选择"SIGNAL TRANSITION"时, 显示此项目. 设定采样次数. e) STOP CONDITION 设定跟踪停止状态. NONE:不自动停止跟踪运行. BUFFER FULL:当取样标志占满内存时自动停止跟踪. TRIGGER:利用触发信号自动停止跟踪. e) STOP CONDITION/TRIGGER/ADDRESS 当"TRGGER"设定为跟踪停止状态时此项目变为可设定.为停止跟踪运行设 定一个触发器地址. f) STOP CONDITION/TRIGGER/MODE 当"TRGGER"设定为跟踪停止状态时此项目变为可设定.为停止跟踪运行设 定一个触发器方式. RISING EDGE:在触发信号的上升沿自动停止跟踪操作. FALLING EDGE:在触发信号的下降沿自动停止跟踪操作. BOTH EDGE:在触发信号的传送时自动停止跟踪操作 g) STOP CONDITION/TRIGGER/ADDRESS

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当"TRGGER"设定为跟踪停止状态时此项目变为可设定.通过使用采样时间 (或次数)的比率,设置在整个采样时间内(或者次数)在哪里安置一停止 触发事件的位置. h) SAMPLING CONDITION 当"SIGNAL TRANSITION" 设定为跟踪停止状态时此项目变为可设定.设定采样状态. TRIGGER :当满足触发状态时执行取样. ANY CHANGE:当采样地址信号发生变化时,执行取样. i) SAMPLING CONDITION/TRIGGER/ADDRESS 当"SIGNAL TRANSITION" 设定为采样方式且"TRIGGER"被设定为采样状态,此项目变为可设定.使用 触发器采样设定一个 地址. j) SAMPLING CONDITION/TRIGGER/MODE 当"SIGNAL TRANSITION" 设定为采样方式且"TRIGGER"被设定为采样状态,此项目变为可设定.设定 触发器状态方式. RISING EDGE:在触发信号的上升沿取样. FALLING EDGE:在触发信号的下降沿上取样. BOTH EDGE :在一种信号变化中取样. ON:当触发信号 ON 时,执行取样. OFF:当触发信号 OFF 时,执行取样. ⑦ 设置被跟踪信号地址 当上述显示参数设置完成后, 进入设定画面的第 2 页, 设定被跟踪信号地址. 按 MDI 面板上"PAGE "键,即可进入设定第 2 页.

写入地址

图 5-25 TRACE 设定画面第 2 页

在此画面输入所需要跟踪的地址

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⑧ 进行跟踪操作 按左边的软件键

,回到 TRACE 画面.

图 5-26 TRACE 准备跟踪

按 START——开始软件键,开始信号跟踪

图 5-27 TRACE 实时跟踪画面

信号实时状态如上图 5-27 所示.

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5-1-6. PMC 诊断画面控制参数 上面我们介绍了 FANUC PMC 诊断画面的功能,包括梯形图,接口状态诊 断,FORCE,TRACE 等,但这些功能可以通过下面的设定画面将其限制,所 以作为维修人员,我们应该了解诊断控制参数的含义和修改方法,以便我们灵活 使用 PMC 画面的各个功能,并且可以通过我们的设置,限制非维修人员破坏 PMC 程序或参数,保护原始 PMC 状态. ⑴ 进入设定画面

① 按

键.

② 选择PMC子菜单

③ 选择 PMCPRM 子菜单

④ 选择 SETING 子菜单

进入下面画面

图 5-28 PMC 画面控制参数第 1 页

按 MDI 面板上"PAGE

"键,即可进入 PMC 参数控制设定第 2 页.

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图 5-29 PMC 画面控制参数第 2 页

⑤ 在 MDI 方式下,将参数开关 PWE=1,通过移动光标,修改上两画面中的参 数即可,也可设 1 或 0,也可将光标移动到需要修改项,按"YES"或"NO". ⑥ 参数含义: TRACE START MANUAL(0):按下[EXEC] 软键执行追踪功能. AUTO (1):系统上电后自动执行追踪功能. EDIT ENABLE NO (0):禁止编辑PMC程序(梯形图). YES(1):允许编辑PMC程序(梯形图). WRITE TO F-ROM NO (0):编辑PMC程序(梯形图)后不会自动写入Flash ROM . YES(1):编辑PMC程序(梯形图)后自动写入Flash ROM . RAM WRITE ENABLE NO (0): 禁止强制(FORCE)功能. YES(1):允许强制(FORCE)功能. DATA TBL CNTL SCREEN YES(0):显示PMC 数据表管理画面. NO (1):不显示PMC 数据表管理画面. HIDE PMC PARAM NO (0):允许显示PMC参数(仅当EDIT ENABLE=0 时有效). YES(1):禁止显示PMC 参数(仅当EDIT ENABLE=0 时有效).

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PROTECT PMC PARAM NO (0):允许修改PMC 参数(仅当EDIT ENABLE=0 时有效). YES(1):禁止修改PMC 参数(仅当EDIT ENABLE=0 时有效). HIDE PMC PROGRAM NO (0):允许显示梯形图. YES(1):禁止显示梯形图. LADDER START AUTO (0):系统上电后自动执行顺序程序. MANUAL(1):按 [RUN] 软键后执行顺序程序. ALLOW PMC STOP NO (0):禁止对PMC程序进行 RUN/STOP 操作. YES(1):允许对PMC程序进行 RUN/STOP 操作. PROGRAMMER ENABLE NO (0):禁止内置编程功能. YES(1):允许内置编程功能. ⑦ 使用参数的重要性: 上述控制PMC程序的参数,其真正意义在于即可使调试,维修人员灵活使 用内置PMC编程器的各项功能,又可保护PMC程序不易被修改. PMC-SB 版本提供了不同的内置编程功能,例如编辑,诊断和调试,这些 功能都可以帮助维修人员编辑和调试梯形图,但是对于不了解梯形图和PMC界 面相关操作的用户,在执行这些功能时可能会导致丧失安全性,如执行FORCE (信号强制)操作,梯形图修改等操作,会引起机床误动作,梯形图丢失等.因 此,合理利用内置编程器的控制参数,对于最终用户粗心的操作将起到很好的保 护限制作用. 这部分所描述的需设定的参数提供给机床的开发者, 以使他们能够正确的编 辑PMC程序或开启, 关闭某些内置编辑器. 同时也可对"ALLOW PMC STOP (停 止梯形图)","PROGRAMMER ENABLE(梯形图编辑)"或"PROTECT PMC PARAM(保护PMC参数)""WRITE TO F-ROM(F-ROM写)"等功能的限制, 防止操作者误操作,安全的使用PMC其它功能. 这些参数可以在如图5-28和5-29的SETTING画面中设定. ⑧ 重要控制参数的作用 a. PROGRAMMER ENABLE ——编程器有效 如果"PROGRAMMER ENABLE"设为"YES",将进入超级用户方式,下面的 功能将有效. PMC 编辑画面 标题数据编辑画面 符号/注释编辑画面 信息编辑画面 I/O 单元地址设定画面 交叉参考画面

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清除梯形图 清除PMC 参数 PMC 的启动/停止 强制功能 倍率功能*1 多语言信息显示功能的设定 I/O 画面 系统参数画面 在线设定画面 b. HIDE PMC PROGRAM ——隐藏PMC程序 如果"HIDE PMC PROGRAM"设为"YES",下列功能在梯形图中的显示将无 效. PMC 监控画面 PMC 编辑画面 标题数据编辑画面 符号/注释编辑画面 信息编辑画面 I/O 单元地址设定画面 交叉参考画面 清除梯形图 清除PMC参数 系统参数画面 c. EDIT ENABLE——编辑有效 如果"EDIT ENABLE"设为"YES",则能对程序进行编辑的下列功能将有效. PMC编辑画面 标题数据编辑画面 符号/注释编辑画面 信息编辑画面 I/O 单元地址设定画面 交叉参考画面 清除梯形图 设定多语言信息显示功能 系统参数画面 d. ALLOW PMC STOP —— 允许PMC程序停止运行 如果"ALLOW PMC STOP"设为"YES",则需要梯形图停止/启动的下列功能 将有效. 符号/注释编辑画面 信息编辑画面 I/O 单元地址设定画面 清除梯形图 清除PMC 参数 启动/停止梯形图 系统参数画面 e. RAM WRITE ENABLE —— 随即存储器RAM 写入有效

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如果设定"RAM WRITE ENABLE"为"YES",将使FORCE(强制)功能有效. f. DATA TBL CNTL SCREEN —— 数据表控制画面 如果设定"DATA TBL CNTL SCREEN"为"NO",数据表控制画面将不能显 示. ⑨ 参数设定实例 a. 如果要完全禁止操作者处理梯形图. 编程器有效"NO" 隐藏PMC程序"YES" 编辑有效"NO" 允许PMC停止"NO" b. 如果只允许操作者监控梯形图. 编程器有效"NO" 隐藏PMC程序"NO" 编辑有效"NO" 允许PMC停止"NO" c. 如果允许操作者监控和编辑梯形图. 编程器有效"NO" 隐藏PMC程序"NO" 编辑有效"YES" 允许PMC停止"NO" d. 如果允许操作者在需要停止梯形图下监控和编辑梯形图. 编程器有效"NO" 隐藏PMC程序"NO" 编辑有效"YES" 允许PMC 停止"YES" 注:如果上述参数调整后,仍然不能进入PMC程序编辑画面,说明机床厂有可 能使用特别保护功能——梯形图密码保护.相关内容请查阅FAPT LADDER-III 操作者手册 B-66234EN 中"5.4 PROTECING LADDER PROGRAMS BY PASSWORD".

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5-2. 伺服诊断画面的使用 5-2-1. 数字伺服画面调用 适于 FANUC Series 16i,18i,20i,21i,0iA~0iC

① 按 ② 按

键 键直到出现

③ 按 SV-PRM 键

④ 进入下一级菜单 ⑤ 按 SV.TUN 键 ⑥ 进入伺服诊断画面

图 5-30 SV.TUN 伺服运转画面

经过上述操作如果不能够显示伺服画面,确认下面的参数设定是否正确.
#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0

3111

SVS

SVS (#0)=1 (显示伺服画面) 注:北京 FANUC 生产的 0iT-C 及 0iM-C,该功能是固化好的,参数 3111# 不 控制伺服画面显示.

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