配置FANUC-0iD系统的数控机床的调试.pdf

电气技术与 自动化 杨金 鹏 配置 F A N U C - O i D 系统的数控机床 的调试 配置 F AN UC ． O l D 系统 的数 控机床 的调试 杨金 鹏 四川信息职 业技术学院 ， 四川 广元 6 2 8 0 1 7 摘要 数控机床是高度机电一体化的产品， 随着他在我国制造业的普及使用， 了解其控制原 理、 安装调试过程及故障维修方法显得 日趋重要。以 F A N U C - 0 i D系统数控机床的调试为例 ， 介绍 了配置 F A N U C -0i D系统 的数控机床 的一般调试步骤 ， 同时也说 明 了数控 加工 中心各功 能 动作 的实现过程 。 关键词 数控 ；F A N U C -0i D系统 ； 数控机床 ； 调试过 程 中图分 类号 T P 3 9 1 ． 7 6 文献 标志码 B 文章 编号 1 6 7 1 - 5 2 7 6 2 0 1 2 0 1 - 0 1 6 6 - 0 4 De bu g g i n g CNC M a c hi ne wi t h FANUC_ i D YANG J i n p e n g S ic h u a n I n f o r ma t i o n T e c h n o lo g y C o l l e g e ， S i c h u a n ， Gu a n g y u a n 6 2 8 0 1 7 ， C h i n a Abs t r a c t CNC mac h i n e t o ols a r e high ly int e gr a t ed me c ha n i c a l an d e l e c t r ic a l pr od u c t s，alon g wit h t h eir p op u l a r ．Us e i n t h e man u f a c t u r i n g in du s t ry i n Chin a，it i s v er y im p ort a nt t o u n d emt an d t h e c on t r ol t he o ry ，i n s t all a t ion an d c om mis s i o nin g pr o ce s s a nd b r ea k d o wn ma i n t en an c e me t h o ds ．Th is pa p er t ak es t h e d eb u gg i n g o f CNC ma c h i n e t o o l s wi t h FANUC- 0iD s y s t e m f o r e x a mp l e t o de s c r ib e t h e ge n eml d eb ug g i n g s t ep s of CNC ma c hine t oo l s wit h FANUC- Oi D an d il l u s t r a t e s t h e i mp l e me n t at ion p r o ce s s o f t h e f u nc t ion a l op e r a t i o n o f CNC ma c hining c e n t e r s ． Ke y wor ds CNC；F ANUC- 0iD s y s t em；CNC ma ch i n e t oo l s；de bu g g i n g pr o ce s s 数控机床生产厂家完成了机床机械本体 光机 的制 造之后 ， 需要配上电气控制系统 ， 包括数控系统和辅助动 作控制部分。待电气控制系统安装完毕之后 ， 就需要整机 调试 ， 亦称机 电联 调。 1 数控机床机 电联调 前期工作 根据数控机 床的具体 功能要 求需 做 以下调试 前期 工 作 1 机床电气的设计。根据机械设计人员提出的电气 设计任务书 ， 进行机床外围强电部分的电路图设计和数控 系统弱 电部分 的设计 。 2 数控 系统的配 置 。根 据机 床 的功 能规格 和 参数 ， 提供 F A N U C -0i D的系统 配置清单 。 3 电器元件的订购。根据电气控制要求 ， 提供需外 购 的电器元件 的清单 。 4 P MC程序的编制。根据机床动作设计要求 ， 用 F A P T L A D D E R 4语言编制用 户梯形 图。 5 机床电柜的配作。待 F A N U C -0i D控制系统及其 他电器元件到货后， 根据电气原理图、 电气元件接线图和 电柜布 置图进行元器件在 电柜 内的安装 。 6 机床床身的连线。电柜配好后 ， 可与机床本体进 行连线 ， 进行操作台、 机床行程开关、 伺服电动机等部件的 接线工 作。 2配置 F ANUC- 0 i D 系统 的数 控 机 床 的调试 步骤 2 ． 1 通 电前 的检查项 目 a 检查 2 4 V电源 的连接 确认 C N C的 2 4 V电源是 否正 常 ， C N C系统 2 4 V D C 的容量 最好 5 A 以上。再 确认 I ／ O模块 的 2 4 V 电源 连 接、 1 0接口信号确认有无短路现象； b 检查 I ／ O L i n k的连接和手轮 的连接 1 如果配有分线 盘式 I ／ O， 检查 C 0 0 1 ／ C 0 0 2 ／ C 0 0 3的 连接扁平电缆， 方向不要搞错。 2 对于长距离的传输， 由于需要采用光 I ／ O l i n k适 配器和光缆配合进行传输 ， 故两端采用的 I ／ O l i n k电缆和 普通短距 离的 I ／ O l i n k电缆不 同 含 5 V驱动 电源 ， 确认 其 型 号 A 0 3 B -08 0 7 一 k 8 0 3 ， 如 果 连 接 不 当， P MC将 出现 E R 9 7报 警 ， 普 通 的 I ／ O l i n k 电 缆 型 号 为 A 0 2 B -01 2 0 一 K 8 4 2 ， 确认 J D 5 1 A J D I B 或 J D 1 A J D 1 B 插座 的连 接 方 式 保证 B进 A出的原则， 最后一个 I ／ O模块的 J D 1 A口 空置 。 3 检查与模块连 接 的电源 是否 有短 路 ， 注意 公共 端 的连接是否正确。通电完毕之后 ， 检查 1 0模块上的指示 灯是否点亮， 检查手轮接 口的连接位置 J A 3或则 J A 5 8口 可连接手轮设备 。 c 检查强 电柜动力 电源线 的连接 作者简 介 杨 金鹏 1 9 7 9 一 ， 男 ， 四川广元人 ， 讲 师， 主要研究方 向为数控机床维修。 1 6 6 h t t p ／ ／ Z Z H D． c h i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n E ma i l Z Z HD c h a i n a j o u ma 1 ． n e t ． c n 机械 制造 与 自动化 ． 电气技 术与 自动化 杨金 鹏 配置 F A N U C - 0 i D 系统的数控机床的调试 检查与 P S M模块的接线 ， 包括空气开关 、 接触器、 电 抗器； C X 3与 MC C接线； 急停开关 C X 4的接线； 电柜内各 动力线 端子 、 螺钉是 否有松动 、 接线 是否与设计一样 。 d 检查主轴电动机、 伺服电动机动力线及其反馈线 连接的是否正确 对 于伺服 电动机 ， 要着 重检查动 力线 的相序 U ／ v ／ w 相 是否正 确 、 反馈 线 的插 头 与放 大 器 的动 力 线 是否 一 致 ， 即 L ／ M． J F 1 ／ J F 2 。检 查 电 动机 带 制 动抱 闸接 口的 连 线。对于主轴电动机 ， 检查电动机动力线的相序 U ／ v ／ w 相 是否正确 ， 连接是否可靠。电动机反馈的插头连接是 否 正确 。 e 检查 电源模块 P S M ， 主轴放大器 S P M ， 伺服 放 大器 S V M 模块的连接 1 对于P S M模块 ， 请将急停按钮跨接在 C X 4口的2， 3脚 之间 ； 2 对于 S P M， 注 意位 置编码器 的连接 ； 3 对于 0 i ． ma t e ． D系统， 如果使用 B i S V 4 0的放大器 ， 且不使用外置放电电阻的情况下， 务必将接 口 C Z 6 A 1 ， A 2 ， C X A 2 0 1 ， 2 管脚 分别短接 ， 避免 出现 S V 4 4 0报警 。 2 ． 2 通 电检 查 系统通电顺序 在接通总电源后遵循先弱电， 后强 电 的逐步通电的顺序。并在通电过程中要注意电柜的电器 元件 ， 如有异响异 味， 需要迅速切断 总电源。 a 根据设计电气图， 逐一检查各个节点电源是否正 常。压下急停按钮， 断开主要节点开关， 逐一闭合各节点 开关， 并检查各个节点的输入是否正常。主要检查包括 2 4 V供电回路， 主轴和伺服的3 8 0 V或者 2 2 0 V电源供 电 回路。如发生异常， 及时断电后排除故障 ， 查清原因； 原 因 不清， 不应再次盲 目通电。 b 按照顺序， 逐一通电 按照先 系统 、 后接 口 I ／ O， 先伺 服和主轴 ， 后 强 电的通 电顺序逐一通电， 发现异常后， 立即断电检查， 检查分析 ， 排除故障， 直至系统、 I ／ O、 伺服和主轴的供电正常为止。 c 2 4 V等驱动电源的连接确认 确认系统 ， I ／ O设备 的电源灯 是否点亮 。对所有 的 l ／ O是否都被系统识别， 可通过下列操作确认 [ S Y S T E M] 右扩展 2次[ P MC维修 ] [ I ／ O L N K] ， 2 ． 3 梯形 图导入过程 a 准 备工作 在导入梯形 图之前 ， 必 须先 进行 相关 的 P MC参 数设 定 图 1 ， 使用左右光标操作将“ 编辑器功能有效” 置为 “ 是” 状态， 否则无法导入梯形图， 操作如下 [ S Y S T E M] 一 右扩展 2次一[ P M C配置] 一 [ 设定 ] b 梯形 图的导入 对于梯形图的创建和编辑， 建议使用计算机进行 ； 将 编好的梯形图 注意梯形图的类型和系统的匹配 编译后 转换为卡格式， 通过存储卡装人系统。操作如下 [ S Y S ． T E M] 一右扩展 2次一 [ P MC维修 ] 一 [ I ／ 0 ． 操作] 一 [ 列 表] 一 [ 选择文件] 一[ 执行] 导人梯形图并保存后， 梯形图会处在停止状态， 需要 Ma c h i n eB u i l d i n g Au to m a t i o n ，F e b 2 0 1 2， 4 1 J 1 6 6～ 1 6 9 图 1 P MC参 数设 定画面 手动启动梯形图扫描， 具体操作如下 [ S Y S T E M] 一右扩 展 2次一[ P MC配置] 一[ P MC状态] 一 [ 操作] 一[ 启动／ 停止 ] e 梯 形图相关 内容 的检查 在梯形图导入且保存之后， 需要检查 以下相关 P M C 相关 的内容 1 I ／ O分配画面 图 2 图 2 I ／ o 模块分配 页面 2 检查 P MC报警画面， 确认无报警产生 确认上述情 况之后 ， 检查所装入 的梯形 图需要 实现对 系统的基本控制逻辑相关的如下 内容 急停信号的控制； 方式模式的切换 ； 伺服切削倍率， J O G倍率检查； 手动／ 手 轮进给执行 ， 手轮倍率检查； 如果使用 F A N U C大功率 串 行主轴 电动机 ， 必须处理 G 7 1 ． 41 ， 设置主轴软启动功 能； 进给暂停信号 此信号不处理会导致程序无法循环启 动 。 2 ． 4 基本参数设定 a 系统 S R A M全清 在初步 的梯 形 图输 入后 ， 首先 开 机 的 同时按 下 MD I 键 盘上 的“ R E S E TD E L E T E ” 按键进行系统参数全清 ； b 基本参数的设定 全清之后在按下急停按钮的情况下 ， 进行参数的调 整， 基本步骤和主要参数如下 c 基本坐标轴的参数 P RM _9 8 O 0或 者 1各路径隶 属的机床组 号 设定 0默认 为 1 P MR 9 8 1各轴所隶属的路径号 默认 0为第 1 路径 ； 1 6 7 电气技术 与 自动化 杨金 鹏 配置 F A N U C - 0 i D 系统的数控机床 的调试 P R M_ 9 8 2各 主轴所隶属的路径号 默认 0为第 1路径 ； P R M_ 9 8 3无 需设定 系统 自动设定 P RM 一1 0 2 0各轴 名称 P RM 一1 0 2 2各轴 在基本 坐标系中的顺序 P RM 一1 0 2 3各轴伺 服轴 F S S B连接顺序号 d 存储行 程限位参数 P RM 一1 3 2 0各轴正向软限位 PRM 一1 3 2 1各轴负 向软限位 e 设定显示相关 的参数 P RM_ 3 1 0 5 01 ， 3 1 0 5 21 显示 主轴速 度和加 工速度 P R M_ 3 1 0 8 61显示主轴负载表 P R M_ 3 1 0 8 71显示手动进给速度 P R M_ 3 1 1 1 01 ， 3 1 1 1 11显示 “ 主轴设定 ” 和 “ s V参数 ” 软按键 P R M_ 3 1 1 1 } }61 ， 3 1 1 1 71 运行监视 画面和报 警切换 设置 f 初步设定进 给速度参数 具体 按要求设定 P RM 一1 4 2 0各伺服轴快速进给速度 PRM 一1 4 2 3各伺服轴 J O G运 行速度 PRM 一1 4 2 4各伺服轴手动快速速度 PRM 一1 4 2 53 0 0各伺服轴 回参考点 的减速后速度 P RM 一1 4 3 0各伺服轴最高 切削速度 g 初 步设 定加减速参数 PRM 一1 6 2 0快速 C O O的加减速 时间常数 PRM 一1 6 2 2切削时 的加减速时 间常数 PRM 一1 6 2 42 0 J O G或者手 轮运行 时 ， 如发现有冲击 ， 可增大 h 伺服参数 的设 定 伺服初始 化 在伺服设定 中， 分 两步进 行 ， 首先设 定半 闭 环下 的参 数， 确保机械的正常运行。之后再调整为全闭环的参数 全 闭环的设定后续介绍 。按 “ S V参数 ” 键 ， 进入伺 服设 定画面 ， 进行伺服初始化操作 图3 。 图 3伺服设定 画面 一 般情况下， 半径编程设定参数 1 8 2 0即 C MR 2 ； 注意 对 于 0 i T D或 0 i m a t e T D， 轴直径编程时， 仅 需要将 1 0 0 6 31即可， 而无需修改参数 1 8 2 0的值。 0 i C， 1 8 i 系统则需要 修改为 1 0 2 i F S S B的设 定 当 0 i ma t e D系统使用 以下型号放 大器 A 0 6 B - 6 1 6 4 一 ． A0 6 B-61 6 5 一 ％ b i S V S P 放 大器 时 ， 设定 P R M 1 4 4 7 6 0 0之后 进行 F S S B的初 始 化设 定 ， F S S B对 应 参 数 为 1 9 0 2～1 9 3 7 ， 1 4 3 4 0～1 4 3 9 1而 当 0 i m a t e D系统 使用 A 0 6 B 一 6 1 3 4 一 b i S V S P放大 l 68 器 时 ， 必须 设 定 P R M1 4 4 7 6 O1 否 则 系 统 S V 5 1 3 6报 警 ， F S S B放大器 画面 空 白 之 后再 进 行 F S S B参 数设 定 ， F S S B对应参数 为 1 9 0 2～1 9 3 7 。 j 伺服“ 一键设定 ” 在完成 了伺服初 始化 之后 ， 进行 一键 设定 ， 优 化伺 服 设定 参数 。具体 步 骤 为 [ S Y S T E M] 一 右 扩 展 键 几 次一 [ P A R A M S E T] 参数设定 一进入画面后选择 P A R A ME ． T E R 伺服参数 一[ O P R T ] 操作 一 [ S E L E C T ] 选择 一 [ G R O U P I N I T ] 初始化组 一[ E X E C] 执行 k 手轮功能设定 P RM _8 1 3 1 01手轮功能有效 P RM _7 1 1 31 0 0手轮 1 0 0档倍率 P RM _7 1 1 41 0 0 0如果手轮有 1 0 0 0档则进行设定 1 位 置环增 益和检测参数设定 P RM 一1 8 2 5 3 0 0 0半闭环时可设定为 3 0 0 0 P RM _2 0 2 11 2 8如果震动可适 当降低 ， 最低 可设定 为 0 P RM ～1 8 2 82 0 0 0 0如果移 动伺服轴时 4 1 1报警 ， 可适 当增大 该值 P RM 一1 8 2 95 0 0如果系统 4 1 0报警 ， 可适 当增大 该值 P RM 3 0 0 3 0， 2， 31如不使 用互锁信号 则必须设 定 视 实 际情况进行设定 i n 主轴参数的设定 对于 0 i D系统 ， 当使用串行主轴时， 首先要确认主轴 放大器 的主轴 软件 系列号／ 版本 号在 9 D 5 0 ／ 2 2版 本 以后 ， 否则无法使用 此情况下， 请联 系 F A N U C进行软件 升 级 。 使用串行主轴 需设定 P R M_ 8 1 3 3 5 0 1 主轴初始化 以使用单串行主轴为例 PRM_3 7 1 6 0 1， P RM_ 3 7 1 7 1， P RM 一40 1 9 7 1， P RM一4 1 3 3[ 电动 机 对应 代 码 ] ， P R M一 3 7 2 04 0 96； 断 电后 ， 重启 主轴放 大器需断 电重启 ， 确认 4 0 1 9 7 0 ， 确认 P S M电源放大器的 MC C吸合 ， 主轴放大器显示 为稳定 的“ ” ， 主轴工作正常 。 2 设定 各档最高转速 P R M_ 3 7 4 1～ 3 7 4 3 M 系列需要 设定 P R M_ 3 7 3 6 4 0 9 5 。 3 设定 主轴 编码 器类型 主轴 和电动机 1 1连接 ， 使 用 电动机 编码 器 时 ， 设 定 PRM_4 0 0 2 0 1 ， 1 0使用 ． r r L型 位置 编码 器 时 ， 设 定 PRM _4 0 0 2 11 ， 00 ， 旋转 主轴 ， 观 察 主轴速 度 是否 可 以显 示 。 4 对 于大型串行主轴 ， 进行软 启动 P R M_ 4 0 3 0设定 ， 手 动旋 转主轴 ， 保证 无明显 冲击 ； 5 使用多路径多主轴时需要注意的情况 使用多主轴时， 可以通过信号 G 2 8 7 P C 2 S L C ， 选择 使用第一／ 第二主轴编码器的信号， 同时必须设定 P R M一 3 7 0 3 3 MP P ； 超过 2个主轴， 可以参考“ 第二主轴信号 第一主轴信号 4 ” 的算式。 使用模拟主轴 需设定 P R M_ 8 1 3 3 51 1 3 7 1 6 0 0 ， 3 7 1 71 3 7 3 01 o o o 不设置会导 致模 拟 电压 无输 出 ； 2 P R M 3 7 3 6 4 0 9 5 M 系列需 设 定 可 以根 据需 要 进行 具体值设定 ； h t t p ／ ／ Z Z HD ． c h i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n E - m a i l Z Z HD c h a i n a j o u ma 1 ． n e t ． c n 机械制造 与 自动化 电气 技术与 自动化 杨金鹏 配置 F A N U C - O i D 系统 的数控机床 的调 试 3 P R M_ 3 7 2 0 4 0 9 6 可 以根据 “ 实 际连 接编 码器 线 数 4 ” 来设定 ； 4 设定 各档 1 0 V电压对应 各档 最高转 速 P R M_ 3 7 4 1 ～ 3 7 4 3， 模拟主轴常见报警处 理 S P 1 2 4 0 设 定 P R M_ 3 7 9 9 1 1可屏蔽 。 2 ． 5 手动进 给的调试 在 J O G 手动连续进 给 的方式下 ， 移 动伺 服轴坐 标 ， 调整手动倍率开关 ， 确认梯形图的正确与否， 主要观察如 下 内容 1 轴坐标选择按钮 和坐标移 动是否正确 ； 2 调整手动进给倍 率开 关 ， 确认 进 给速度 是否 正常 手动进给， 在伺服调整画面观察； 实际位置增益是否和参 数 1 8 2 5设定值一致 ， 如果不一致， 检查位置脉冲数 P R M一 2 0 2 4的设 定 ； 电流百分数在 5 0 ％ 以内； 3 电动机移动过程中， 机床是否有震动现象； 4 手动快速进 给操 作 ， 检 查梯 形 图中各相 关信 号 的 状态以及相关参数； 5 检查手动返 回参考 点 的操 作 如 果返 回参考 点位 置不固定， 检查 P R M一 1 8 2 1 参考计数器容量 的设定 ， 或 者检查挡块位 置 ； 6 调整手轮操作方式 ， 检查梯形 图和相关 参数 ； 7 使用 S e r v o g u i d e 软件调整半闭环伺服特性 快速 时间常数 的调整 ， 观察伺服 的速度 、 电流波形 ， 同时调整 时 间常数 ； 检查 半闭环机械 刚性状况 ， 手轮移动各坐标轴 ， 要 求 x1 档倍率移动时， 伺服误差波动在 1 m以内； 检查机 械间隙和爬行现象 ， 确认半 闭环 的机械刚性状况 。 2 ． 6 自动运行和辅助功能 的调整 a 自动运行信号的调整 在 自动方 式 下 ， 检 查 梯 形 图 S B K， D R N， M L K， O P S T ， B D T等信号的运行。在 MD I ／自动方式下能够编辑程序， 检查程序保护 开关 是否有效。 b G O 0快速运行 1 G O 0快速运行 时 ， 确认是否有 冲击 ； 2 G O 0快速运行停 止 时 ， 观 察伺 服误 差是 否有 反 向 现象； 如果存在上述现象， 可适当增大参数 1 6 2 0的值。 c G O 1 切 削进给 以实际加工 的速度进行 试验。 1 在 自动方式下 ， 进给倍率是否有效 ， 操作是否正常 ； 2 稳定运行时， 观察伺服误差的波动， 要求波动在 1 左 右 ； 3 切削停止时， 是否存在伺服误差反向的现象， 如果 存在该现象， 可以适 当加大参数 1 6 2 2的值 ， 如果没有， 可 以一直降低为 0 ； 4 用 s e r v o g u i d e 软件调整伺服环增益 。 2 ． 7系统 综合调试 a 利用激光干涉仪对螺距误差 进行补偿 利用 激光 干涉仪 ， 对应参数 P RM 一1 1 3 5 0 51在对应螺补号前显示 轴名称 P RM _3 6 2 0各轴参考点螺距误差补偿号码 P RM_3 6 2 1各轴最靠近负侧的螺距误差补偿号码 P RM_3 6 2 2 各轴最靠近正侧的螺距误差补偿号码 P RM _3 6 2 3 各轴螺距误差补偿倍率 需要 特别 强 调 P R M一 3 6 2 0 与 P R M一 3 6 2 1和 P R M一 3 6 2 2不能相 同， 否则可能导致螺补不生效 。 b 利用千分表或激光干涉仪对背隙进行补偿 利用千分表或激光干涉仪测量， 对应参数 P RM 一1 8 5 1 切削进给时各轴背隙 ； PRM 一1 8 5 2快速移动时各轴背 隙； 一 般情况下 ， 只需要设定 1 8 5 1的值 即可 。 c 自动程序运行 对于机床出厂前， 强烈建议 MT B应进行如下方面测 试 主轴定 向 ， 刚性 攻 丝 ， 车螺 纹 转进 给 ， 上 述 内容在 O i D简明联机调试资料 中均有详细介绍。 d 样 件试加工 1 模具 加工 铣五角锥 、 半球等 ； 2 零件 加工 铣方 、 方形带圆弧T件 。 3 结语 数控机床的调试是一项十分复杂而具体的技术性工 作 ， 需要调试人员具 有较 全面 的数 控系 统 、 电气控 制 、 P L C 编程 、 机械等知识 ， 并具有很强的阅读理解数控系统说明 书的能力 。对于配置其他数控系统 的数控 机床的调试 ， 也 可参 照本 文所述的步骤进行 。 参考文献 [ 1 ]日本 F AN U C - 0 i D硬件连接说 明书 ， 2 0 0 9 ． [ 2]日本 F AN U C - 0 i D功能说明书 ， 2 0 0 9 ． [ 3]日本 F AN U C - 0 i D参数说明书 ， 2 0 0 9 ． [ 4 ] 日本 F AN U C 5系列伺服放大器说明书 ， 2 0 0 0 [ 5]日本 F AN U C 5系列伺服 电机说明书 ， 2 0 0 0 ． 收稿 日期 2 0 1 1 0 71 4 欢迎刊登广告 欢迎投稿 欢迎订阅 Ma c h in e Bu i l d i n g8 Au to m a t io n ，F e b 2 0 1 2， 4 1 』 1 6 6～1 6 9 l 6 9