毕业设计-高级技师论文—将老式通用机床改造为数控机床.doc

引言随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。目前，机械加工对机床不仅要求具有高的精度和生产率，而且还要具备柔性，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。数控机床很好的解决了形状复杂、精密、多变的零件加工问题。它具有适应性强、较高的加工精度、稳定的加工质量和高生产效率的优点。数控机床在机械制造业中的地位越来越重要。数控机床是以数控技术为代表的高新技术，应用于传统制造业和新型制造业形成的机电一体化产业，是现代工业的数字化装备。是一种高度的自动化机床，利用数字信息对机械运动和工作过程进行控制，灵活而高效，技术复杂，成本较高。随着电子技术、自动化控制、计算机技术、数字信息技术、电动机技术的发展和电子产品成本的降低，特别是现代计算机控制技术和精密测试等技术的飞速发展，数控技术也随着迅速向前发展，推动了数控设备更快的更新换代和不断地扩展使用范围，数控机床在机械制造业中被广泛使用。许多老式通用机床已不能胜任现代加工业的技术要求，旧式数控机床也由于受到当时科学技术的限制，系统分辨率不高，机床精度也达不到要求，甚至由于使用年限较久，电器元件老化而使系统不能正常工作，面临淘汰。由于购买新型数控机床花费较高，许多机械制造公司都在试图通过将老式通用机床改造为数控机床，将旧式数控机床升级改造为新式数控机床来提高机床的技术性能。第一章 改造方案分析1.1 选择数控系统我公司瑞士生产SIP 740龙门式铣床，原数控系统采用BOSCH MICRO 8系统，伺服系统采用直流调速系统驱动四个进给轴直流电机，采用感应同步器作为位置检测。该机床已使用二十多年，原数控系统和电气控制系统元器件已老化不稳定，故障频繁无法正常工作而耽误生产，而机床的机械性能还基本良好。于是2008年决定利用日本FANUC 0i MD 数控系统对其电气控制系统进行技术升级改造。1.1.1 日本FANUC-0iMD 数控系统的特点FANUC 0i MD是BEIJING-FANUC公司的新一代通用型FANUC 数控系统产品，数控系统在电气结构上主要有： CNCComputer Numerical Control 即计算机数字控制系统 内置PMCProgrammable Machine Control 及接口电路。 主轴及伺服驱动装置。其CNC 系统平台及软件完全由FANUC 公司开发，没有Windows 界面，整个数控系统由CNC、伺服及主轴驱动、内置PMC（programmable machine tools control）软件及I/O 电路组成和外围开关组成。硬件采用SMT表面贴装，有较完善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。驱动采用及及i系列及i系列全数字伺服装置，特别是i 系列伺服控制器,CNC至伺服采用FSSB（Fanuc Serial Servo BusFANUC串行伺服总线）结构，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。光缆传输，具有HRV1HRV4High Response Vector（高精度矢量控制）功能，大大提高伺服控制的刚性和跟踪精度，可以实现高速高精度轮廓加工，FANUC 0i MD最多可控制5个伺服轴，可同时控制4个伺服轴（四轴联动）。主轴控制也引入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。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。主轴电机同样采用全数字指令控制技术，基于伺服电机的主轴控制，最多可控制2个主轴，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），而主轴装置的HRV控制特点：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。精调加减速，提高同步性。降低高速时绕组温升。FANUC 0i MD数控系统具有很强的DNC功能，具有标准嵌入式以太网和提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。FANUC系统提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令，这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。提供丰富的维修报警和诊断功能,维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。FANUC系统运行可靠,调试容易, 并且具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为045，相对湿度为75。这对于生产环境相对较恶劣的机械加工行业尤为重要。因为其具备上述优点，所以在国内外得到了广泛应用。图1-1为FANUC 0i MD系统外观图，图1-2为FANUC i系列主轴与伺服模块以及主轴与伺服电机。图1-3为内置PMC的梯形图画面，图1-4为I/O单元（接口电路）外观图。 图1-1 FANUC 0i MD系统 图1-2 FANUCi系列主轴与伺服 图1-3 内置PMC 图1-4 I/O单元（接口电路）1.1.2 改造方案1 数控系统部分： 采用日本FANUC-0iMD 数控系统实现机床的手动自动操作功能。基本配置：显示器采用10.4 寸LCD，配置外挂手摇脉冲发生器可实现快速对刀。 采用四套FANUC i系列交流伺服放大器代替原X、Y、Z、W轴伺服单元。 采用四台FANUCi系列交流伺服电机代替原机床X、Y、Z、W轴直流伺服电机。 用FANUCi系列交流主轴放大器及电机代替原机床主轴伺服单元及电机。 更换伺服电机的动力电缆、反馈电缆,插头。 数控系统配置存储卡接口，实现程序、参数的双向传输。2 测量部分： 选用FAGOR G系列光栅尺作为三个直线坐标轴全闭环的位置检测，接入新的数控系统，使机床X、Y、Z坐标轴的位置控制实现全闭环控制。X轴行程为1540mm、Y轴行程为1000mm,Z轴行程300mm，数控系统控制分辨率达到0.001mm。 由于W轴的特殊性不适宜安装光栅尺，采用半闭环控制。 3 强电部分： 更换电气柜内伺服变压器、控制变压器继电器，空气开关、接触器。 依据原操作方式，设计、制作机床操作面板；在原操作箱上重新布置操作面板、显示器。4 机械部分： 制作X、Y、Z、W轴各伺服电机以及主轴电机与机床传动联接的法兰盘，保持原传动方式；根据电机轴尺寸、丝杠尺寸安装新的联轴节。重新制作电机侧的同步带轮。 在改造过程中不改变机床本体结构。 为提高机床的定位精度和重复定位精度，改造完成后，使用双频激光干涉仪对X、Y、Z、W四个直线轴的坐标进行检测，并在数控系统上对滚珠丝杠的螺距误差补偿，使精度控制在5m以内。5 机床程序设计及调试： 根据原机床逻辑顺序，重新编制PMC电气逻辑控制程序，匹配调整机床参数，数控电气控制系统。 完成对现场机床数控电气控制系统的整体安装连接调试。6 技术要求 保证新系统稳定可靠运行；系统具有四轴四联动功能，由于W轴的特殊性，决定其不参与联动，但参与坐标编程。 数控系统实现中文显示功能、实现梯形图动态诊断显示功能等先进的辅助维修、操作功能。7 电气控制部分机床电气控制部分从安装位置上可分为电气控制柜、吊挂操作箱、两部分。电气控制柜在机床后侧，柜内分别安装有断路总开关、控制变压器、交流接触器和控制开关、主轴及进给伺服驱动单元等。吊挂操作箱上装有0i-MD CNC数控系统与LCD显示器、MDI手动数据输入面板合为一体的单元、标准机床操作面板、标准操作子面板和手动按钮小面板。第二章 机床运动控制说明和PMC程序设计要重新编制PMC电气逻辑控制程序，必须熟悉出原机床运动控制逻辑顺序。数控机床分为“NC侧”和“MT侧”（即机床侧）两大部分。“NC侧”包括CNC系统的硬件和软件，与CNC系统连接的外围设备如显示器，MDI面板等。“MT侧”则包括机床机械部分及其液压、气压、冷却、润滑等辅助装置、机床操作面板、继电器线路、机床强电线路等。PMC处于NC与MT之间，对NC和MT的输入、输出信号进行处理。MT侧顺序控制的最终对象随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。机床结构越复杂，辅助装置越多，最终受控对象也越多。2.1 机床运动控制说明2.1.1 机床部分元件英汉对照机床电气机械和说明书为英文版，将部分元件英汉对照列于下面：Pressure switches 压力开关SP1 pressure max (hydraulic system) 液压系统最大压力SP2 pressure min (hydraulic system) 液压系统最小压力SP3 hydrostatic bearing (quill) 齿轮箱/套筒润滑油压报警SP4 air cooling of spindle motor 主轴冷却润滑报警SP5 air pressure survey 系统气压测量SP6 air pressure survey(cabinet) 平衡缸气压测量SP7 cross rail unclamping 横梁松开液压压力测量Control switches 控制开关SQ1-1 home W W回零开关 SQ1-2 stop W+ +W极限开关 SQ1-3 panic W+ +W急停开关SQ2-1 stop W- -W限位开关SQ2-2 panic W- -W急停开关SQ5-1 home X 回零开关SQ5-2 stop X+ +W极限开关SQ5-3 panic X+ +W急停开关 SQ6-1 stop X- -X极限开关 SQ6-2 Panic X- -X急停开关 SQ7-1 Home Y Y回零开关SQ7-2 Stop Y+ +Y极限开关SQ7-3 Panic Y+ +Y急停开关 SQ8-1 Stop Y- -Y极限开关SQ8-2 Panic Y- -Y急停开关SQ9-1 Stop Z+ +Z极限开关SQ9-2 Home Z Z回零开关 SQ10-1 Stop Z- -Z极限开关SQ13 Indexed spindle stop 主轴定向SQ14 Selector fork position 变速拨叉位置ISQ15 Selector fork position 变速拨叉位置(0+III)ISQ16 Selector fork position 变速拨叉位置(0+III) IISQ17 Selector fork position 变速拨叉位置II SQ18 Motorised speed Z switched off 拉杆手动SQ19 Position of push pull level lock 推拉销闭锁 SQ28 slow down +Z慢速SQ29 accurate indexing of spindle 定向确认clutch 离合器YA1 clutch for range 0+III 主轴离合器YA2 clutch for fine feed Z Z轴精进给离合器Valve 电磁阀YA3 Tool unclamping 刀具松开电磁阀YA4A Selector fork 主轴拨叉变速电磁阀YA4B Selector fork 主轴拨叉变速电磁阀YA5A Selector fork 主轴拨叉变速电磁阀YA5B Selector fork 主轴拨叉变速电磁阀YA7A Quill clamping 主轴套筒夹紧YA7B Masked stop (Z manual FDC Z+) 折叠啮合YA8 Push pull lever interlock 推拉销锁销YA9 Qull adjustable balance 套筒调整平衡YA10 Qull adjustable balance 套筒调整平衡 YA11 Coolant 冷却液YA12 Mobile cross rail clamping 可移动横梁夹紧YB1 Brake of motor W W轴电机抱闸2.1.2 机床运动控制1 主轴套筒运动方式Z轴套筒运动由伺服驱动电机通过一系列传动后，由齿轮带动动齿条传动，如图1所示。 机动方式：Z轴伺服电机驱动的蜗杆机构-机动方式Z轴电机皮带轮单头蜗杆蜗轮齿轮齿条(固定在套筒上) 手动方式：手轮和轴机构的手动方式-Z轴推拉方式，用推拉短杠杆将Z轴的推拉轴从蜗轮上脱开，推拉杠杆缩回（或松开）。这种情况只有下列情况才可能：推拉杠杆缩回（或松开）。在套筒锁定装置的范围以外。大手轮杆推拉轴小齿轮齿条(固定在套筒上)。 Z轴微量手动方式：有活动手柄的小手轮与蜗杆轴通过皮带连接。小手轮皮带轮电磁离合器（Z轴精进给离合器YA2） 单头蜗杆蜗轮(Z=39,M=4)小齿轮齿条(固定在套筒上)。用手摇小手轮转动，则Z轴电机和大手轮也被动旋转。此时必须使用伺服关断（Servo Off）信号G126.2 (SVF3)，令G126.2=1。用PMC信号将进给伺服轴的电源关断，使其脱离CNC的控制，用小手轮可以自由控制Z轴的移动以避免进给电动机发生过流，但是CNC仍然实时地监视该轴的实际位置。调整Z轴精进给电磁离合器YA2时，应调节垫片的厚度，以满足衔铁间0.20+0.1mm间隙,皮带正常挠度：伺服电机皮带=3.9mm ，小手轮皮带=2.2mm 。图2-1 Z轴传动系统图在主轴套筒装夹刀具时禁止有下列情况出现： 主轴旋转。 坐标轴X 、Y或W运动。 套筒在伺服电机带动下向上或向下运动。这些限制在对FANUC-PMC编制梯形图时必须考虑。2 主轴变速系统主轴变速通过变速箱驱动，由装在三个轴上的三个减速齿轮提供主轴所需速度。并由四个电磁离合器YA4A，YA4B,YA5A，YA5B分别按条件吸合，控制齿轮箱的滑动齿轮滑动变速，四个感应开关SQ14、SQ15、SQ16、SQ17提供变速到位讯号。3 横梁移动横梁松开是利用压力开关SP7并由电磁阀YA12控制，压力油进入油缸、压力油塞、压力弹簧垫圈，因而杠杆机构放松，使W轴移动进行，W轴移动进行后，横梁由使用在杠杆上的弹簧垫圈再次锁紧。4 气动系统由三部分组成:套筒重量径向平衡系统由液压轴承保持并由单独气动系统锁定，保证在Z轴的任一点自动补偿套筒重量平衡，两个套筒平衡电磁阀YA9和YA10在电路中并联，同时断电吸合。如图2所示。图2-2 套筒重量气动平衡系统 横梁平衡:当主轴头在横梁上作Y方向移动时，保证补偿主轴头重量。 主轴套筒定向，以便于换刀和对工件划线。由电磁阀YA17控制气压缸执行主轴制动定向。压力开关SP6为空气压力检测，系统气压0.5-1 MPa，当空气气压下降低于0.45 MPa时，压力开关SP6接通X0.2=1,A0.5=1产生报警提示2006 AIR LOW ALARM(气压低报警)。同时报警灯HL12亮。 5 低压润滑系统 横梁上鞍座和立柱上横梁的润滑是通过装在液压柜中的中央润滑装置进行的，M6为专用润滑油泵电机。每次电气柜一接通电源，润滑自动按照设定的润滑装置的电子时钟进行，也可以按装置上的按钮进行润滑，每次润滑泵一通电，润滑油就通过活塞分配器送到各个润滑点。 Z轴套筒静压轴承由液压轴承系统自动润滑，压力开关SP3提供润滑压力低报警讯号并控制主轴旋转。当润滑压力低于0.1 Mpa时，SP3接通，X0.6 =1,A1.2=1产生报警 2011 SPINDLE COOL UNIT ALARM(主轴冷却润滑报警)。6 高压液压系统 高压液压装置装在液压柜中，液压油泵电机M3通过调到10.3 MPa的压力安全阀供油，蓄能器储油压力为5 MPa。系统供油用于执行下列机器功能： 通过电磁阀YA12和调整在7.5 MPa与7.8 MPa巴之间的压力开关SP7的触头控制4个支承(夹紧机构)来松开横梁,才能使W轴移动。 通过电磁阀YA4A、YA4B控制主轴齿轮变速箱的滑动齿轮轴滑动变速。 通过电磁阀YA3控制装在主轴头上的刀具夹紧装置，利用支承活塞来松开刀具。 由三位四通电磁换向阀YA7A控制套筒锁紧装置。7机床四个轴的行程开关机床具有四个伺服轴，其中每一个轴上装有五个行程开关，他们分别是正向极限、正向急停、回参考点减速开关和负向极限、负向急停开关，比通常的数控机床多出两个开关，即正向急停和负向急停开关，这两个开关和急停按钮相串联，如果机床的挡铁冲过极限开关仍没有停止，将会压住急停开关，伺服电电源被切断而迫使伺服电机停止运行。8 需拆除部分拆除原主轴转速显示数显表，由于新数控系统自带主轴速度显示功能，无需再用数显表。拆除原推拉销深度限位开关SQ20拆除原主轴和主轴散热电机及其装置，安装新的主轴电机，由于新电机自带散热风扇，无需再加散热装置。 由于原机床安装有加工中心用的一套主轴0度，90度，180度，270度定位的精密分度装置，用于自动换刀，根本就没有用，拆除其90度，180度，270度定位用的三个电气开关和连线，只留下0度定位机械部分和开关，以便于主轴定位后手动更换刀具和对工件找正和划线。2.2 控制信号说明PMC采集机床侧的外部输入信号（如：机床操作面板、机床外围开关信号等）和NC内部信号（M、S、T代码，轴的运行状态等）经过相应的梯形图的逻辑运算，产生控制NC运行的内部输出信号（如：操作模式、速度、启动停止等）和控制机床辅助动作外部输出信号（如：液压、气压、电磁阀等中间继电器）。2.2.1 控制信号地址种类PMC 顺序程序的地址表明了信号的位置。这些地址包括对机床的输入输出信号和对CNC的输入/输出信号、内部继电器、计数器、保持型继电器、数据表等。每一地址由地址号( 每8个信号)和位号(0到7)组成。可在符号表中输入数据表明信号名称与地址之间的关系。地址有以下种类,不同类别地址符号也不相同。1 PMC 和机床间的信号地址 X: 由机床输入至 PMC 的输入信号 (MT PMC) 是操作员由机床操作面板上输入的按钮、按键、开关信号。可以理解为是由操作者发出的使CNC（机床）执行某一工作的命令，是上述G 信号的指令。在梯形图中X 总是G 的控制源。X 信号的地址由机床厂的电气设计人员随意定义，但是某些外部输入信号采用固定地址，如急停信号（*ESP X8.4），返回参考点减速信号(*DEC1 X9.0) 等，这些信号都是需要CNC紧急处理并执行的事件或动作，由于受PMC扫描时间的影响处理速度慢，因此由CNC直接读取这些信号而不经过PMC处理，称为高速输入信号，这些直接输入信号的X地址是确定的。其它X和Y信号地址，可任意定义。Y: 由 PMC输出至机床的信号 (PMC MT) 由PMC输出至机床的，使机床强电动作的信号，如：主轴的正、反向；润滑、冷却的开/关都是用Y 信号实现控制。PMC 梯形图程序根据CNC的输出处理后输出这些信号使机床动作。Y 信号的地址由机床厂的电气设计人员自由规定。2 PMC 和CNC 间的信号地址F: 由 NC 至 PMC 的输入信号 (CNC PMC) 其中的一些信号是反映CNC 运行状态的标志，表明CNC 正处于某一状态。如，AL（F1.0）：表示CNC 处于报警状态，F1.1(RST)：表示CNC处于复位状态，MV（F102）：进给轴移动中。另一些信号是CNC 响应X（经过G 信号）后，执行某一运行的结果，用以通知PMC。PMC收到这些F信号，视其具体情况，再做适当处理。G: 由 PMC输出至CNC的信号(PMC CNC)是FANUC 公司设计CNC 时根据机床操作的要求及CNC 系统本身应具备的功能而设计好的、使CNC 执行工作的指令。这些信号中有些是启动CNC 某个动作的子程序。这些子程序是CNC 控制软件的一部分：根据机床的实际动作设计好的机床的强电控制功能。如：急停信号*ESP（G8.4）；自动加工程序启动信号ST(G7.2)；CNC 停止主轴电机的信号*SSTP（G29.6）。工作方式选择信号MD1/MD2/MD4（G43.02）、DNCI（G043.5）、ZRN（G043.7）等等。3 内部继电器和扩展继电器的地址R: 内部继电器 E：扩展继电器这是在顺序程序的执行处理中使用于运算结果的暂时存储的地址。内部继电器的地址还包含有PMC 的系统软件所使用的预留区。预留区的信号，R0R999为通用，R9000以后为系统保留，不能作为梯形图的线圈使用。4 信息显示的信号地址A：信息显示的信号地址顺序程序所使用的指令中，备有在CNC 画面上进行信息显示的指令(DISPB指令)。这是由该指令使用的地址。5 非易失性存储器的地址这是即使切断电源存储器的内容也不会丢失的地址。这些地址使用于下列数据的管理。此外，这些数据叫做PMC 参数。T：可变定时器C：计数器K：保持继电器，部分还包括PMC 的系统软件所使用的预留区。D：数据表6 其他地址L：标签号顺序程序的指令中备有从处理的中途跳到指定位置的指令。这是表示由该指令所使用的跳跃目的地的地址。不能针对L 地址在顺序程序中进行读写。P 子程序号可以在顺序程序中从主程序调用子程序并使用。这是表示该子程序号的地址。不能针对P 地址在顺序程序中进行读写。2.2.2 I/O地址分配在FANUC系统中，外部输入/输出信号，是通过I/O单元以LINK串行总线式与系统通讯。在LINK总线上NC是主控端而I/O单元是从控端，多I/O单元相对于主控端来说是以组的形式来定义的，相对于主控端最近的为第0组，依次类推。I/0单元用I/O LINK电缆与系统连接,数据传送方式采用串行格式,可远程连接。使用前需首先设定地址范围。0i系统的I/O分配，并不是所有的输入点地址都是可用的，有些地址是系统内定了的，不能挪作他用如X9.0(*DEC1) , X9.1(*DEC2) , X9.2(*DEC3) , X9.3(*DEC4) X8.4(*ESP)等。除了系统内定输入点的地址以外，可以随意的定义分配地址。地址分配没有固定的模式,，某个地址并不是就一定固定在某一个针脚上的。系统没有内定任何输出点的地址，可以随意分配。SIP 740龙门式镗铣床操作面板采用FANUC 0i配套的标准机床操作面板，如图2-3所示。I/O地址分配如图2-4所示，标准机床操作面板X地址X100X115，模块名OC02I，Y地址Y100Y107 模块名OC01O。手轮安装在JA58。安装在机床横梁上的按钮站以及各种开关，X地址X000X003，X006X009，两个模块名都是AID32E，各种电磁阀、抱闸、普通电机、继电接触器、指示灯Y地址Y000Y001,Y002Y003，两个模块名都是AOR16G。图2-3 SIP 740采用标准机床操作面板图2-4 SIP 740标准机床操作面板X地址分配2.2.3 编制梯形图1 PMC的指令分类PMC的指令有两类:基本指令和功能指令。基本指令只是对二进制位进行与、或、非的逻辑操作；而功能指令能完成一些特定功能的操作,而且是对二进制字节或字进行操作,也可以进行数学运算。2 利用FANUC LADDER 编制梯形图图2-5 用编程软件FANUC LADDER 编辑PMC程序FANUC 0i MD带有内装型PMC-SB7控制软件，在显示器上可以动态显示PMC程序并实时监控运行状态。在编辑梯形图数时，可以在安装有PMC编程软件FANUC LADDER 的家用电脑上编辑PMC程序，如图2-5所示。通过RS232接口与FANUC 0i MD系统串口联机，将电脑中的PMC程序传送至FANUC 0i MD的CNC中。或者通过C-F卡在CNC和电脑之间传输梯形图。3 编制梯形图时考虑的安全性在PMC顺序程序中,为了提高安全性,使用了互锁处理。对于顺序程序的互锁处理是必不可少的,然而在机床电气柜中的电气电路终端的互锁也不能忽略。因为,即使在顺序程序上使用了逻辑互锁(软件),但当用于执行顺序程序的硬件出现问题时,互锁将失去作用。所以,在电气柜中也应提供了互锁以确保机床的安全。通过PMC程序，该机床有如下表2-1所列的辅助功能：表2-1 SIP 740辅助功能M00程序暂停M01选择程序停M02程序结束M03主轴正转M04主轴反转M05主轴停止M08冷却启动M09冷却停止M12主轴刀具夹紧M13主轴刀具松开M14W轴夹紧M15W轴松开M19主轴定向M30程序结束（反程序头）M48取消倍率无效M49倍率无效M98调用子程序M99返回主程序第三章 主要参数的计算和分析3.1参数的计算和分析FANUC 0i MD系统有一万多个参数，在进行参数设定之前，一定要清楚所要设定参数的含义和允许的数据设定范围，否则的话，机床就有被损坏的危险，甚至危及人身安全，这一点必须要注意。3.1.1 主要参数的计算和设定各伺服轴齿轮传动系统如图3-1所示，数据见表3-1，表3-2 。图3-1 各伺服轴传动系统图表3-1 SIP 740丝杠和齿轮数据轴导程主动轮从动轮X103264Y103264Z93264W1032齿轮56双头丝杠蜗轮40表3-2 SIP740伺服电机数据伺服电机轴XYZW电机型号iF22/3000iF22/3000iF12/3000iF22/3000电机规格A06B-0247-B201A06B-0247-B201A06B-0243-B200A06B-0274-B400电机代码2972972932971 电机代码号(ID号)的设定(对应参数2020)电机型号设在该项内。F-ROM中写有很多种电机数据，从中选择一组适合电机数据写到S-RAM中,正确选择各轴所使用的电机ID号，就可以从F-ROM中读取相匹配的数组。具体方法为；按照被设定轴实际使用的电机型号和规格号（中间4位：A06B-XXXX-BXXX），在“FANUC AC SERVO MOTOR i series 参数说明书”中查出其代码，填入电机代码号中。表3-1为SIP740伺服电机数据2 参考计数器的设定(对应参数1821)设定参考计数器，在进行栅格方式参考点返回时要根据该值寻找编码器的一转信号以确定参考点，该值等于电机转一转的进给轴的移动脉冲数。半闭环 参考计数器=电机每转动1 圈所需的位置脉冲数或其整数分之1，参考计数器只取整数值.参数1821(W轴)= (32/56)×(2/40)×10000=286全闭环 参考计数器=Z 相（参考点）的间隔/检测单位，或者其整数分之1SIP740选用等距离参考点直线光栅尺,检测单位为1m, 等距离参考点间隔为50mm。参数1821(X、Y、Z轴)=50/0.001=50000其整数分之1 取50003 速度脉冲数(对应参数2023)若是非线性电机,速度脉冲数设为8192。参数2023 (X、Y、Z、W轴)= 81294 位置脉冲数的设定(对应参数2024)半闭环的情形：i系列以及i系列电机，位置脉冲数设为12500。参数2024 (W轴) =12500全闭环的情形：为位置脉冲数设定一个当电机转动1 圈时从分离式检测器返回的脉冲数（位置脉冲数的计算，与挠行进给齿轮无关）。参数2024 (X、Y轴) =(32/64)*10000=5000参数2024 (Z轴)= (32/64)*9000=45005 检测倍率(DMR)又称柔性进给齿轮(F.FG)的设定(对应参数2084/2085)通过使来自脉冲编码器、分离式检测器的位置反馈脉冲可变，即可相对于各类滚珠丝杠的螺距、减速比而轻而易举地设定检测单位。半闭环时i 脉冲编码器的设定F·FG 的分子（32767）/F·FG 的分母（32767）=电机每转动圈所需的位置脉冲数/100 万的约分数n/m = 电机一转移动量（微米）/1000000 参数2084/2085(W轴)=n/m =(32/56)*10000*2/40=1/3500全闭环时使用分离式位置检测器（全闭环）的设定F·FG 的分子（32767）/ F·FG 的分母（32767） = 一定移动距离所需的位置脉冲数/一定移动距离分离式检测器的位置脉冲数的约分数SIP740使用1m 标尺，检测出1的移动距离。参数2084/2085(X、Y、Z轴)=n/m =1/1=16 AMR 的设定(对应参数2001)i 脉冲编码器 00000000参数2001 (X、Y、Z、W轴)=000000007 指令倍乘比CMR 的设定(对应参数1820)设定从NC 到伺服系统的移动量的指令倍率。CMR=指令单位检测单位，CMR 为1/248 设定值=CMR×2通常，指令单位=检测单位（CMR=1），因此，将该值设为2。参数1820 (X、Y、Z、W轴)=28 各轴位置控制环增益的设定(对应参数1825)该参数设定各轴的位置控制环的增益。由于SIP740要进行直线与圆弧等插补（切削加工），必需将所有轴设定相同的值。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：位置偏差量 进给速度/(环路增益进给速度×60)单位： 位置偏差量mm 进给速度mm/min 环路增益s 1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，在全闭环震荡出现后，调整位置环增益参数简便有效，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可以减少机床的振荡，但是会损失定位精度。减少后的值最好不低于2000，否则跟踪精度非常差。参数1825 (X、Y、Z轴)=3000 参数1825 (W轴)=2500第四章 系统硬件连接和控制系统调试4.1系统硬件概要简要介绍控制单元、电源模块、伺服模块、主轴模块各个接口的定义与功能。4.1.1 FANUC 0i MD系统硬件FANUC 0i MD系统硬件括CNC主控制系统、电源模块、主轴模块、伺服放大器模块以及各种I/O Link 从属装置。1 CNC 主控制系统CNC 主控制系统就是数控机床的大脑和中枢，它含有以下部分： 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： 插补控制软件 数字伺服软件 PMC 控制软件 PMC 应用程序（梯形图） 网络通讯软件（以太网及RS232C、DNC 等）控制软件 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： 系统参数（包括数字伺服参数） 加工程序 用户宏程序 PMC 参数 刀具补偿及工件坐标补偿数据 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。2 电源模块PSM（电源模块）型号采用PSM26i，其主要功能是将三相交流电转化成直流电，为主轴模块和伺服模块提供逆变直流电源，3相AC200V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。使主轴模块和伺服模块在运动指令的控制下，经由IGBT 模块组成的三相逆变回路输出三相变频交流电，控制主轴电动机运转和伺服电动机进行精确定位运动。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。3 伺服放大器模块和伺服电机伺服模块型号采用SVM80i，其主要功能是接受从控制单元发出的进给速度和位移指令信号。伺服模块对控制单元传送过来的数据作一定的转换和放大后，驱动伺服电动机，从而驱动机械传动机构，驱动机床的执行部件实现精确的工作进给和快速移动。一个单独模块最多可带三个伺服轴，FANUC 0i MD数控系统采用FSSB型接口系统，光缆传输信号。SVM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。四个轴伺服电机型号都采用iF22/3000， Z轴