第8章 典型数控系统电气控制硬件连接
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第8讲 数控机床硬件的连接.
2．CNC模块及接口
控制单元（CNC）是整个控制系统的核心，它主要用来对各坐 标轴进行插补控制、输出主轴转速给定值以及进行主轴定位控制 。此外，它还对输入的M、S、T指令进行译码，传送给PMC等。
CNC功能框图
轴卡、显卡、CPU卡在主板上的安装位置
FANUC 0iC接口位置及功用图
（二）伺服系统模块及接口作用
数控机床CNC系统硬件的连接
数控机床CNC系统硬件的连接
一、工作任务导入
FANUC 0i C的硬件 组成
FANUC 0i C数控系统 综合连接图
二、学习情境
（一）CNC系统模块及接口作用 1．FANUC 0i数控系统概述
FANUC 0i系列至今推出了FANUC 0iA、FANUC 0iB、FANUC 0iC、FANUC 0iD四大产品系列，这四大系列在硬件与软件设 计上有较大区别，性能依次提高，但其操作、编程方法类似。 每一系列又分为扩展型与精简型两种规格，前者直接表示， 后者在型号中加“Mate”，如：FANUC 0iC/FANUC 0i Mate C。
（五）RS-232-C串行接口作用
• FANUC i 系列提供两个RS-232C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。
FANUC 0iC的RS-232C接口连接
三、任NUC 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——目前数控技术广泛采用全数字伺服交流同步电机控制。在全数字 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（写入 F-ROM中），而硬件支撑 采用专用的 CPU 或 DSP（Digital Signal Process 数字信号处理器） 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。
第8章_典型数控系统电气控制硬件连接
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
第8章 典型数控系统电气控制 硬件连接
•8.1FANUC 0i/0i Mate数控系统电气控制硬件连接 •8.2SIEMENS数控系统电气控制硬件连接 •思考题与习题
• 第8章典型数控系统电气控制硬件连接
第8章 典型数控系统电气控制硬件连接
8.1 FANUC 0i/0i Mate数控系统电气控制硬件连接
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
电网电压：交流380V(±10%) 电网频率：50Hz（±1Hz） 工作环境温度：5～40度
相对湿度：25°时80% （3）机床电气的构成 1）数控系统CNC 日本FANUC公司：FANUC Oi MATE TC 2）伺服驱动装置及伺服电动机 X轴：B-SVM1-20伺服驱动装置 B8/3000iS伺服电动机 Z轴：B-SVM1-20伺服驱动装置 B8/3000iS伺服电动机 本伺服电动机配有绝对值编码器，在加工过程中有断电保护功能 。．
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
图8-1 FANUC 0i/0i Mate - TC 主面板及主控单元前视图
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
图8-2 FANUC 0i/0i Mate TC 主控单元后视图及其接口信号的定义
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
（3）FANUC 0i数控装置I/O单元接口信号的定义 FANUC 0i数控装置I/O单元视图及其接口信号的定义如图8-3所示 。 2．FANUC 0i/0i Mate进给伺服驱动装置 进给伺服系统主要由各轴进给伺服驱动装置及其伺服电动机组成 。 伺服驱动装置接受从主控制单元发出的进给速度和位移指令信号 ，作一定的转换和放大后，驱动伺服电电动机，从而通过机械传动 机构，驱动机床的执行部件实现精确的工作进给和快速移动。 FANUC的α 系列伺服驱动装置主要分为SVM、SVM—HV两种，其中 SVM型的一个驱动装置最多可带三个伺服轴，而SVM—HV型的一个单 独驱动装置最多可带两个伺服轴。而且根据不同的CNC装置使用不 同的接口类型。
第8章 典型数控系统电气控制 硬件连接
•8.1FANUC 0i/0i Mate数控系统电气控制硬件连接 •8.2SIEMENS数控系统电气控制硬件连接 •思考题与习题
• 第8章典型数控系统电气控制硬件连接
第8章 典型数控系统电气控制硬件连接
8.1 FANUC 0i/0i Mate数控系统电气控制硬件连接
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
电网电压：交流380V(±10%) 电网频率：50Hz（±1Hz） 工作环境温度：5～40度
相对湿度：25°时80% （3）机床电气的构成 1）数控系统CNC 日本FANUC公司：FANUC Oi MATE TC 2）伺服驱动装置及伺服电动机 X轴：B-SVM1-20伺服驱动装置 B8/3000iS伺服电动机 Z轴：B-SVM1-20伺服驱动装置 B8/3000iS伺服电动机 本伺服电动机配有绝对值编码器，在加工过程中有断电保护功能 。．
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
图8-1 FANUC 0i/0i Mate - TC 主面板及主控单元前视图
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
图8-2 FANUC 0i/0i Mate TC 主控单元后视图及其接口信号的定义
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
（3）FANUC 0i数控装置I/O单元接口信号的定义 FANUC 0i数控装置I/O单元视图及其接口信号的定义如图8-3所示 。 2．FANUC 0i/0i Mate进给伺服驱动装置 进给伺服系统主要由各轴进给伺服驱动装置及其伺服电动机组成 。 伺服驱动装置接受从主控制单元发出的进给速度和位移指令信号 ，作一定的转换和放大后，驱动伺服电电动机，从而通过机械传动 机构，驱动机床的执行部件实现精确的工作进给和快速移动。 FANUC的α 系列伺服驱动装置主要分为SVM、SVM—HV两种，其中 SVM型的一个驱动装置最多可带三个伺服轴，而SVM—HV型的一个单 独驱动装置最多可带两个伺服轴。而且根据不同的CNC装置使用不 同的接口类型。
数控机床电气控制第2版习题答案习题答案
习题答案第一章机床控制线路的基本环节1.答：低压电器是机床控制线路的基本组成元件。
它可以分为以下几大类；开关电器，主令电器，熔断器，接触器，继电器，控制变压器，直流稳压电源。
常用的低压电器有：刀开关，组合开关，低压断路器，按制按钮，行程开关，万能转换开关，脚踏开关，熔断器，接触器，电磁式继电器，时间继电器，热继电器，速度继电器，控制变压器，直流稳压电源。
2．答：低压断路器俗称为自动空气开关，是将控制和保护的功能合为一体的电器。
它常作为不频繁接通和断开电路的总电源开关或部分电路的电源开关，当发生过载、短路或欠电压故障时能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备，并且在分断故障电流后一般不需要更换零部件。
因此，低压断路器在数控机床上使用越来越广泛。
3．答：虽然继电器与接触器都是用来自动接通或断开电路，但是它们仍有很多不同之处。
继电器可以对各种电量或非电量的变化作出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作；继电器用于切换小电流的控制电路，而接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载的主电路（如电动机）的自动控制电器。
因此继电器触点容量较小（不大于5A）。
在控制功率较小时（不大于5A）可用中间继电器来代替接触器起动电动机。
4．答：热继电器由于其热惯性，当电路短路时不能立即动作切断电路，不能用作短路保护，熔断器不具备热惯性所以只能作电动机的短路保护而不能作长期过载保护；另外，热继电器与熔断器的额定电流选择不同，因此，热继电器只能作为过载保护，熔断器只能作为短路保护。
5．答：短路保护：瞬时大电流保护，最常用的是利用熔断器进行短路保护。
过电流保护：当电流超过其整定值时才动作，整定范围通常为1.1--4倍额定电流。
最常用的是利用过电流继电器进行过电流保护。
长期过载保护：电动机在实际运行中，短时过载是允许的，但如果长期过载或断相运行都可能使电动机的电流超过其额定值，引起电动机发热。
绕组温升超过额定温升，将损坏绕组的绝缘，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会烧毁电动机绕组，因此必须采取过载保护措施。
数控系统的连接
表８-１ 主轴控制信号
第二节 SIEMENS数控系统
一、840D系统的主要功能与特点 1)控制类型采用32位微处理器实现CNC控制，可用于系列机床，如 车床、钻床、铣床、磨床，可完成CNC连续轨迹控制以及内部集成 式PLC控制，具有全数字化的SIMODRIVE611数字驱动模块，最多 可控制31个进给轴和主轴，进给和快速进给的速度范围为10～999m m／min
第二节 SIEMENS数控系统
图8-7
SIEMENS数控系统的产品类型
2)操作方式主要有AUTOMATIC(自动)、JOG(手动)、TEACH IN(交
互式程序编制)、MDI(手动过程数据输入)。
第二节 SIEMENS数控系统
3)补偿功能840D可根据用户程序进行轮廓的冲突检测、刀具半径补 偿、刀具长度补偿、螺距误差补偿和测量系统误差补偿，反向间隙 补偿、过象限误差补偿等。 4)安全保护功能。 5)NC编程840D系统具有高级语言编程特色的程序编辑器，可进行米 制、英制尺寸或混合尺寸的编程，程序编制与加工可同时进行，系 统具备1.5MB的用户内存，用于零件程序、刀具偏置、补偿的存储。
３)图形显示板提供图形显示功能，便于人机交互，并且还提供第2、
3手摇脉冲发生器接口。 ４)PC板(PMC-M)。 ６)输入/输出接口通过插座M1、M18和M20提供输入点，通过插座 M2、M19和M20提供输出点，为PMC-M提供输入/输出信号。
第一节 FANUC数控系统
７)存储器板接收系统操作面板的键盘输入信号，提供串行数据传送 接口、第1手摇脉冲发生器接口、主轴模拟量和位置编码器接口、存 储系统参数、刀具参数和零件加工程序等。 ８)子CPU板用于管理第5轴、第6轴、第7轴的数据分配，提供RS-23 2C和RS422串行数据接口等。 ９)扩展轴控制板(AXS)。 １０)扩展轴控制板(AXA)。
第二节 SIEMENS数控系统
一、840D系统的主要功能与特点 1)控制类型采用32位微处理器实现CNC控制，可用于系列机床，如 车床、钻床、铣床、磨床，可完成CNC连续轨迹控制以及内部集成 式PLC控制，具有全数字化的SIMODRIVE611数字驱动模块，最多 可控制31个进给轴和主轴，进给和快速进给的速度范围为10～999m m／min
第二节 SIEMENS数控系统
图8-7
SIEMENS数控系统的产品类型
2)操作方式主要有AUTOMATIC(自动)、JOG(手动)、TEACH IN(交
互式程序编制)、MDI(手动过程数据输入)。
第二节 SIEMENS数控系统
3)补偿功能840D可根据用户程序进行轮廓的冲突检测、刀具半径补 偿、刀具长度补偿、螺距误差补偿和测量系统误差补偿，反向间隙 补偿、过象限误差补偿等。 4)安全保护功能。 5)NC编程840D系统具有高级语言编程特色的程序编辑器，可进行米 制、英制尺寸或混合尺寸的编程，程序编制与加工可同时进行，系 统具备1.5MB的用户内存，用于零件程序、刀具偏置、补偿的存储。
３)图形显示板提供图形显示功能，便于人机交互，并且还提供第2、
3手摇脉冲发生器接口。 ４)PC板(PMC-M)。 ６)输入/输出接口通过插座M1、M18和M20提供输入点，通过插座 M2、M19和M20提供输出点，为PMC-M提供输入/输出信号。
第一节 FANUC数控系统
７)存储器板接收系统操作面板的键盘输入信号，提供串行数据传送 接口、第1手摇脉冲发生器接口、主轴模拟量和位置编码器接口、存 储系统参数、刀具参数和零件加工程序等。 ８)子CPU板用于管理第5轴、第6轴、第7轴的数据分配，提供RS-23 2C和RS422串行数据接口等。 ９)扩展轴控制板(AXS)。 １０)扩展轴控制板(AXA)。
数控机床电气控制系统的组成
数控机床电气控制系统的组成在今天这个科技飞速发展的时代，数控机床可谓是工业界的“明星”。
想象一下，机器自动精准地完成各种复杂的加工任务，简直让人惊叹不已！不过，要让这些机床跑起来，可少不了它们的电气控制系统。
今天咱们就来聊聊这个神秘又有趣的系统，看看它到底是由哪些“拼图”组成的。
1. 数控系统1.1 控制器数控机床的核心，非控制器莫属。
就像是机器的大脑，负责处理所有的数据和指令。
控制器能接收来自计算机的程序，分析出机器应该怎么动，真的是个小天才！想象一下，你给它发个指令，它立马就能做出反应，分分钟就能把一块金属变成你想要的形状。
控制器的“聪明才智”让机器变得活灵活现，不再是个死板的工具。
1.2 操作面板再说说操作面板，这可是人机互动的“桥梁”。
操作面板就像是机器的脸，让操作员能轻松地与它沟通。
通过触摸屏、按钮等，操作员可以设置参数，查看状态，甚至手动控制机器。
试想一下，当你在操作面板前，轻轻一按，机床就开始转动，那感觉就像是在指挥一场音乐会，简直爽歪歪！2. 驱动系统2.1 电动机驱动系统是数控机床的动力源泉，而电动机就是这其中的“大力士”。
这家伙负责将控制器的指令转化为实际的运动，没它可不行。
电动机有各种类型，比如步进电动机和伺服电动机，每种都有自己的拿手绝活。
就像在打游戏，不同角色有不同的技能，而电动机就是为机床“加油”的那一位，让它能快准狠地完成各种任务。
2.2 驱动器接下来是驱动器，它就像电动机的“教练”，负责控制电动机的运行状态。
驱动器会根据控制器发来的信号，调整电动机的转速和方向，确保机床始终在正确的轨道上前行。
想象一下，如果电动机是个跑步运动员，那驱动器就是在旁边不停喊着“加油”的教练，让运动员能发挥出最佳水平，争取到达终点。
3. 反馈系统3.1 传感器反馈系统可是数控机床的“眼睛”，它的好坏直接影响到加工的精度。
传感器负责实时监测机床的运行状态，捕捉位置、速度等信息，然后把这些数据反馈给控制器。
数控系统的硬件结构及连接
共享总线结构的优点是系统配置灵活、结构简单、容易实现、 造价低。缺点是会引起竞争，使信息传输率降低，总线一旦出现故 障，会影响全局。
FANUC 15系统的总线是FANUC公司白己设计的FANUC BUS
共享总线结构
共享存储器结构的典型代表有GE公司的MTC1 CNC，其硬件 结构如图所示。MTCl CNC共有3个CPU，其中中央CPU负责数控 程序的编辑、译码、刀具和机床参数的输入；显示CPU把中央 CPU的指令和显示数据送到视频电路进行显示，此外还定时扫 描键盘和倍率开关状态并送中央CPU进行处理；插补CPU完成插 补运算、位置控制、I／O控制和RS232C通信等任务，还向中央 CPU提供机床操作面板开关状态及所需显示的位置信息等。中 央CPU与显示CPU和插补CPU之间各有512字节的公共存储器用于 交换信息。
优点:
结构的CNC装置结构紧凑、体积小、可靠性高、价格 低、有很高的性能价格比。AB公司的8601就是大板式结 构的CNC。 缺点:硬件功能不易变动，柔性低。
fanuc-6M系统
模块化结构
将CPU、存储器、输入输出控制、位置检测、显 示部件等分别做成插件板(称为硬件模块)，相应的软 件也是模块结构，固化在硬件模块中。硬软件模块形 成一个特定的功能单元，称为功能模块。功能模块间 有明确定义的接口，接口是固定的，使用工厂标准或 工业标准，彼此间可进行信息交换。各模块间连接的 定义，形成了所谓的总线。
FANUC 0i系统的内部结构
FANUC 0i系统主CPU板的构成框图
FANUC 0i系统的CNC单元为大板结构。 基本配置有:
主板、 存储器板、 I/O板、 伺服轴控制板 电源板。 各板插在主板上,与CPU的总线相连。
(1)主板 主CPU在该板上。主CPU用于系统主控,原
FANUC 15系统的总线是FANUC公司白己设计的FANUC BUS
共享总线结构
共享存储器结构的典型代表有GE公司的MTC1 CNC，其硬件 结构如图所示。MTCl CNC共有3个CPU，其中中央CPU负责数控 程序的编辑、译码、刀具和机床参数的输入；显示CPU把中央 CPU的指令和显示数据送到视频电路进行显示，此外还定时扫 描键盘和倍率开关状态并送中央CPU进行处理；插补CPU完成插 补运算、位置控制、I／O控制和RS232C通信等任务，还向中央 CPU提供机床操作面板开关状态及所需显示的位置信息等。中 央CPU与显示CPU和插补CPU之间各有512字节的公共存储器用于 交换信息。
优点:
结构的CNC装置结构紧凑、体积小、可靠性高、价格 低、有很高的性能价格比。AB公司的8601就是大板式结 构的CNC。 缺点:硬件功能不易变动，柔性低。
fanuc-6M系统
模块化结构
将CPU、存储器、输入输出控制、位置检测、显 示部件等分别做成插件板(称为硬件模块)，相应的软 件也是模块结构，固化在硬件模块中。硬软件模块形 成一个特定的功能单元，称为功能模块。功能模块间 有明确定义的接口，接口是固定的，使用工厂标准或 工业标准，彼此间可进行信息交换。各模块间连接的 定义，形成了所谓的总线。
FANUC 0i系统的内部结构
FANUC 0i系统主CPU板的构成框图
FANUC 0i系统的CNC单元为大板结构。 基本配置有:
主板、 存储器板、 I/O板、 伺服轴控制板 电源板。 各板插在主板上,与CPU的总线相连。
(1)主板 主CPU在该板上。主CPU用于系统主控,原
典型数控系统的组成与连接
1.HMI（人机界面）
数控系统
2.NCK（数控单元） 3.PLC模块
西门子802D结构实物图 西门子840D结构实物图
3、 西门子数控系统连接
西门子NC PCU 操作站
24VDC 220VAC
PE
N L RS232 接口
RS232隔离器
个人 计算机
数 控 系 统 的 连 接
24VDC
PP 72/48
1.2、典型数控系统组成与连接 （一）西门子系统
1、西门子系统产品介绍 Base line
SINUMERIK 802S
SINUMERIK 802D
SINUMERIK 810D SINUMERIK 840D
Base line
全数字数控系统
Perfect Software
高性能数控系统
2、 西门子数控系统结构
扩展板电源。
+24E:系统24V电源。
+5V:CPU、存储器电 源及编码器电源。 ±15V :位置模块电源。
CP1：电源 单元输入 电压（交 流 200V 、 50Hz）
(2) 轴板
A型伺服接口轴板的连接图
（5）系统存储板的功能及连接
M27：主轴编 码器信号接 口
M12：手摇 脉冲发生器
M3 ： MDI 键 盘信号 M5：RS-232 串行通信
2.华中数控系统的结构
3.世纪星控制系统部件的连接图
HNC21
电源 XS1 XS40~43 XS30~33 XS21 XS22 XS11 XS10 开关量出 开关量入 伺服驱动 其他伺服
抗 干 扰 距离 电压 速度
键盘
以太网 软驱
XS2
XS3 XS4 XS5 XS6 XS8
数控机床第8章 数控机床电气控制电路设计与案例(2015-08))
周德卿 2015.8
图8-4 保护接地连接
11
(2）工作接地
为了保证设备的正常工作，如直流电源常需要有一极接地，作为参 考零电位，其他极与之比较，形成直流电压，例如±15V、±5V、±24V 等；信号传输也常需要有一根线接地，作为基准电位，传输信号的大小 与该基准电位相比较，这类地线称工作地线。在系统中一定要注意工作 地线的正确接法，否则非但起不到作用反而可能产生干扰，如共地线阻 抗干扰、地环路干扰、共模电流辐射等等。
周德卿 2015.8
2
图8-1 某数控车床的机床主电路与继电控制电路原理图
周德卿 2015.8
3
① 主电路如图8-1左半部分所示。该电路是指3相交流380V电源和起 拖动作用的电动机之间的电路，它由电源开关、熔断器、断路器或电动 机保护器的过流过压触点、热继电器的热元件、交流接触器的主触点、 电动机以及其它要求配置的电器如电源变压器、控制变压器、变频器、 交流开关稳压电源等电气元件连接而成。
在数控系统中，常用的隔离变压器有伺服变压器和控制变压器， 其产品与电气符号如图8-7所示。
图8-5 单点接地几种形式
周德卿 2015.8
12
(3）屏蔽接地
为了抑制噪声，电缆、变压器等的屏蔽层需接地，相应的地线称为 屏蔽地线。在低阻抗网络中，低电阻导体可以降低干扰作用，故低阻抗 网络常用作电气设备内部高频信号的基准电平（如机壳或接地板），连 接时应标明符号“ ” 作为屏蔽地。以屏蔽电缆为例，数控系统中有很 多弱信号传输线，传输模拟信号或数字信号，如CNC到伺服驱动信号线、 编码器反馈电动机位置与速度的信号线等，它们极易受干扰必须使用屏 蔽电缆。
该电路的控制原理同典型的电动机拖动控制电路，只是控制 触点的信号来自CNC数控单元和I/0接口单元输出电路中的直流 继电器的常开（或常闭）触点，如图8-1中控制主轴电动机正、 反转的直流继电器KA1、KA2；控制刀架电动机正、反转的直流 继电器KA4、KA5等，均是由PLC相应输出接口控制的。
图8-4 保护接地连接
11
(2）工作接地
为了保证设备的正常工作，如直流电源常需要有一极接地，作为参 考零电位，其他极与之比较，形成直流电压，例如±15V、±5V、±24V 等；信号传输也常需要有一根线接地，作为基准电位，传输信号的大小 与该基准电位相比较，这类地线称工作地线。在系统中一定要注意工作 地线的正确接法，否则非但起不到作用反而可能产生干扰，如共地线阻 抗干扰、地环路干扰、共模电流辐射等等。
周德卿 2015.8
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图8-1 某数控车床的机床主电路与继电控制电路原理图
周德卿 2015.8
3
① 主电路如图8-1左半部分所示。该电路是指3相交流380V电源和起 拖动作用的电动机之间的电路，它由电源开关、熔断器、断路器或电动 机保护器的过流过压触点、热继电器的热元件、交流接触器的主触点、 电动机以及其它要求配置的电器如电源变压器、控制变压器、变频器、 交流开关稳压电源等电气元件连接而成。
在数控系统中，常用的隔离变压器有伺服变压器和控制变压器， 其产品与电气符号如图8-7所示。
图8-5 单点接地几种形式
周德卿 2015.8
12
(3）屏蔽接地
为了抑制噪声，电缆、变压器等的屏蔽层需接地，相应的地线称为 屏蔽地线。在低阻抗网络中，低电阻导体可以降低干扰作用，故低阻抗 网络常用作电气设备内部高频信号的基准电平（如机壳或接地板），连 接时应标明符号“ ” 作为屏蔽地。以屏蔽电缆为例，数控系统中有很 多弱信号传输线，传输模拟信号或数字信号，如CNC到伺服驱动信号线、 编码器反馈电动机位置与速度的信号线等，它们极易受干扰必须使用屏 蔽电缆。
该电路的控制原理同典型的电动机拖动控制电路，只是控制 触点的信号来自CNC数控单元和I/0接口单元输出电路中的直流 继电器的常开（或常闭）触点，如图8-1中控制主轴电动机正、 反转的直流继电器KA1、KA2；控制刀架电动机正、反转的直流 继电器KA4、KA5等，均是由PLC相应输出接口控制的。
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第8章典型数控系统电气控制硬件连接 （1）FANUC伺服驱动装置的型号参数 伺服驱动装置的型号参数如下所示。 SVM口-口／口／口 口 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ①型号 ②轴数，1：1轴伺服；2：2轴伺服；3：3轴伺服 ③第一轴最大电流； ④第二轴最大电流； ⑤第三轴最大电流； ⑥输入电压，“无”=200V，HV=400V。 (2)SVM1-20伺服驱动装置接口信号的定义 SVM1-20伺服驱动装置接口信号的定义如图8－4所示。
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
(1)机床电气容量及要求 电源总容量：24KVA 满载电流：34A 电源总熔断电流：40A 防护等级：IP54 (2)机床电气主要技术要求 机床供电电源要求采用三相四线制，380V 50Hz交流电。三根相线 （Ll，L2，L3）和一根中性线(N)均从电柜底部引入电气柜内电盘 上的主接线板Ll，L2，L3和PE端子上，出厂前PE和N端子已联接， 只要将供电电源中性线接在PE端上即可。供电电源的电缆或电线的 截面积应采用不小于6mm2导电率高的铜线。保护地线还必须与机床 所设置的专用接地螺钉牢固、可靠地连接，接地电阻R<10Ω 。如有 三相五线制的用户，应把供电电源引接在端子上，将接线板上的PE 和N的连线分开，分别接在五线制中的PE和N端子上。
第8章典型数控系统电气控制硬件连接 基本配置： （1）机床采用卧式平床身结构，床身及床腿采用树脂砂铸造，时 效处理，导轨采用高频淬火，整体刚性强。 （2）主传动采用变频电机，可实现手动三档，档内无级调速。 （3）进给系统采用伺服电机，精密滚珠丝杠，高刚性精密复合 轴承结构。定位准确、传动效率高。 （4）配置立式四工位刀架。 （5）配有独立的集中润滑器对床鞍及机床滑板进行自动润滑。主 轴箱配有独立润滑系统。 （6）机床配有独立的冷却系统。 （7）主控制系统为FANUC Oi-MATE。 （8）大孔径主轴，其主轴通孔直径Φ 82，能通过较大直径的棒料 。主轴扭矩大，刚性强，可强力切削。
第8章典型数控系统电气控制硬件连接
（9）独立放置的操纵箱可纵向滑移，便于操作者就近对刀，操纵 箱面板采用触摸式按键，美观可靠。 （10）配有内冷却，不抬起刀架更有利于加工工件及防止冷却液 飞溅。 （11）床鞍及滑板导轨结合面采用“贴塑”处理，移动部件可实 现微量进给，防止爬行。 2．CKA6150数控车床电气系统简述 CKA6150数控卧式车床的电气控制系统是由CNC主控制装置、交流 伺服驱动系统、主轴系统、强电控制部分等构成。CNC主控制装置 以及伺服驱动装置，采用日本FANUC公司的产品，使机床性能价格 比十分优越；主轴系统采用日本三菱变频器主轴变速，方便灵活。 机床电气控制系统框图如图8-10所示。
第8章典型数控系统电气控制硬件连接 电网电压：交流380V(±10%) 电网频率：50Hz（±1Hz） 工作环境温度：5～40度 相对湿度：25°时80% （3）机床电气的构成 1）数控系统CNC 日本FANUC公司：FANUC Oi MATE TC 2）伺服驱动装置及伺服电动机 X轴：B-SVM1-20伺服驱动装置 B8/3000iS伺服电动机 Z轴：B-SVM1-20伺服驱动装置 B8/3000iS伺服电动机 本伺服电动机配有绝对值编码器，在加工过程中有断电保护功能 。 ．
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图8-3 FANUC 0i数控装置I/O单元视图及其接口信号的定义
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3．FANUC 0i/0i Mate主轴驱动装置 主轴系统主要由主轴驱动装置及主轴电动机组成。FANUC 0i/0i Mate数控装置提供了模拟主轴和串行主轴接口供用户选择。当用户 选择模拟主轴时，一般选用通用变频器作为主轴驱动装置；当用户 选择串行主轴时，FANUC 0i/0i Mate数控系统提供了SPM系列专用 主轴驱动装置。 （1）以三菱FR-S500为例的通用变频器各端子功能如图8－5所示 。其它通用变频器端子功能大同小异。 变频器控制端子说明： STF：正转启动。当STF信号ON时为正转，OFF时为停止指令。 STR：反转启动。当STR信号ON时为反转，OFF时为停止指令。
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图8－8 FANUC 0i/0i Mate数控系统的综合连接
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图8－9 I/O LINK连接
第8章典型数控系统电气控制硬件连接 8.1.2 CKA6150数控车床电气控制分析 1.CKA6150数控车床简介 不同制造厂商制造的CKA6150数控车床选用FANUC OTD，FANUC OiMATE TC，FANUC Oi-TA，FANUCOi-TB、安川J50L、SIEMENS 802D， FAGOR 8025T，FAGOR 8055T等世界知名公司的数控系统。本例 CKA6150数控车床采用FANUC Oi-MATE数控装置；三菱变频器主轴变 速；SVM1-20进给驱动装置等数控系统。 该机床为万能型通用产品。特别适合于军工、汽车、拖拉机、冶 金等行业的机械加工。主要承担各种轴类及盘类零件的半精加工及 精加工。可加工内、外圆柱面、锥面、车削螺纹、镗孔、铰孔以及 各种曲线回转体，可对工件可进行多次重复循环加工。
第8章典型数控系统电气控制硬件连接 8.1.1 FANUC 0i/0i Mate 硬件连接简要说明 1．FANUC 0i/0i Mate数控装置 数控系统通常指数控装置、进给伺服系统、主轴系统、电源系统 等的总和。数控装置是数控系统的核心、大脑。 （1）FANUC 0i/0i Mate数控装置的基本组成 FANUC 0i数控装置由主控制单元和I／0单元两个部分构成；FANUC 0i Mate数控装置则把主控制单元和I／O单元合而为一。主控制单 主要包括CPU、内存(系列软件、宏程序、梯形图、各类参数等)、 PMC控制、I／O LINK控制、伺服控制、主轴控制、内存卡I／F、 LED显示等。I／O单元主要包括电源、I／0接口、通信接口、MDI控 制、显示控制、手摇脉冲发生器控制和高速串行总线等。 （2）FANUC 0i/0i Mate数控装置主控单元接口信号的定义 FANUC 0i/0i Mate -TC 主面板及主控单元前视图如图8-1所示， 图8-2为其后视图及其接口信号的定义。
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图8-1 FANUC 0i/0i Mate - TC 主面板及主控单元前视图
第8章0i Mate TC 主控单元后视图及其接口信号的定义
第8章典型数控系统电气控制硬件连接 （3）FANUC 0i数控装置I/O单元接口信号的定义 FANUC 0i数控装置I/O单元视图及其接口信号的定义如图8-3所示 。 2．FANUC 0i/0i Mate进给伺服驱动装置 进给伺服系统主要由各轴进给伺服驱动装置及其伺服电动机组成 。 伺服驱动装置接受从主控制单元发出的进给速度和位移指令信号 ，作一定的转换和放大后，驱动伺服电电动机，从而通过机械传动 机构，驱动机床的执行部件实现精确的工作进给和快速移动。 FANUC的α 系列伺服驱动装置主要分为SVM、SVM—HV两种，其中 SVM型的一个驱动装置最多可带三个伺服轴，而SVM—HV型的一个单 独驱动装置最多可带两个伺服轴。而且根据不同的CNC装置使用不 同的接口类型。
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图8-5 FR-S500变频器接线端子说明
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图8－6 SPM-15主轴驱动装置接口信号的定义
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图8－7 PSM电源装置接口信号的定义
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5. FANUC 0i/0i Mate数控系统的综合连接 FANUC 0i/0i Mate数控系统的综合连接图及其I/O LINK如图8－8 、如图8－9所示。
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第8章 典型数控系统电气控制 硬件连接
•8.1FANUC 0i/0i Mate数控系统电气控制硬件连接
•8.2SIEMENS数控系统电气控制硬件连接
•思考题与习题
• 第8章典型数控系统电气控制硬件连接
第8章 典型数控系统电气控制硬件连接
8.1 FANUC 0i/0i Mate数控系统电气控制硬件连接 国外典型的数控系统有日本的FANUC数控系统，德国的SIEMENS数 控系统等；国内的有华中数控系统等。其中FANUC数控系统有0系列 、11系列等多个系列，而FANUC 0系列应用最为广泛。 FANUC 0系列包括FANUC 0i与FANUC 0i mate两种系统。二者的主 要区别在于，首先使用的电机不同；其次，轴数不同；第三加工精 度 不 同 ； 第 四 FANUC 0i 有 很 多 特 殊 功 能 可 供 选 择 ， 而 FANUC 0i mate则基本没有。所以如果要求不高时，可使用0i-mate系统，如 果要求高则要选择0i数控系统。
第8章典型数控系统电气控制硬件连接 （2）SPM系列专用主轴驱动装置 数控系统中的主轴驱动装置主要用于控制驱动加工中心中的主轴 电动机。 FANUC的α 系列主轴模块主要分为SPM、SPMC、SPM－HV三种。 1）α 系列FANUC 0i主轴驱动装置的型号参数 主轴驱动装置的型号参数如下所示。 SPM口－口口 ① ② ③④ ①主轴驱动装置型号； ②电动机类型，“无”为α 系列，C为α C系列； ③额定输出功率； ④输入电压，“无”为200 V，HV为400 V。 2）SPM-15主轴驱动装置接口信号的定义 SPM-15主轴驱动装置接口信号的定义如图8－6所示。
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图8－4 SVM1-20伺服驱动装置接口信号的定义
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RH、RM、RL：多段数选择。可根据端子RH、RM、RL信号的短路组 合，进行多段速度的选择。根据输入端子功能的选择（Pr.60— Pr.63）可改变端子的功能。 SD：接点（端子STF、STR、RH、RM、RL）输入的公共端子。 10：频率设定用电源，DC5V，允许负荷电流为10mA。 2：频率设定（电压信号）。输入DC0~5V（0~10V）时，输出成比 例：输入5V（10V）时，输出为最高频率。5V/10V切换用Pr.73“0— 5V，0—10V选择”进行。 5：频率设定公共输入端。 FR-S500变频器的有关设置参数请仔细阅读《FR-S500变频器使用 手册》的有关内容。