任务二 机床控制电路设计与连接
一、数控系统的连接
机床控制电路在设计时应考虑机床所采用的功能部件，结合数控系统、伺服系统、I/O单元模块连接的要求和特点。机床各功能部件的工作原理各有不同，但FANUC公司的主要产品的控制原理和连接方式是相同的。
1.伺服放大器与控制器连接
伺服放大器与控制器之间的FSSB电缆连接举例如图2-2-1所示。
图2-2-1 FSSB电缆连接举例
从图2-2-1中可以看出，FSSB电缆连接具备如下特点。
①用光纤连接控制单元接口COP10A与第一台伺服放大器接口COP10B。
②用光纤连接多个伺服放大器时，总是从伺服放大器的COP10B接口接入，再从当前伺服放大器的COP10A接口接出，连接到下一个伺服放大器的COP10B接口。
③在最后的伺服放大器COP10A接口上装上盖板，以防污染光纤连接器的内部结构。
④用FSSB电缆与控制单元连接的伺服放大器模块称为从控装置，两轴放大器由两个从控装置组成，3轴放大器由3个从控装置组成。在从控装置上，从靠近控制单元的一端开始自动编上1、2、3、…、10的从控装置号。
2.αi系列伺服放大器连接
（1）αi系列伺服放大器连接图
αi系列伺服放大器连接举例如图2-2-2所示。
图2-2-2 αi系列伺服放大器连接举例
（2）αi系列伺服放大器特点
从图2-2-2中可看出，αi系列伺服放大器的连接具有如下特点。
①PSM、SPM、SVM（伺服放大器模块）之间的短接片（TB1），是连接主回路直流300V电压用的连接线，一定要拧紧。如果拧得不够紧，轻则产生报警，重则烧坏电源供应模块（PSM）和主轴放大器模块（SPM）。
②PSM的交流200V控制电源由上端的CX1A引入，注意一定不要和下端的接口CX3、CX4接错、接反，否则会烧坏电源板。PSM的交流200V控制电源输入端为CX1A的1脚、2脚，而3脚为地线，CX1A（交流200V）连接图如图2-2-3所示。
图2-2-3 CX1A（交流200V）连接图
③CX3（MCC）接口主要用于控制伺服放大器通电时所需逻辑功能动作，它的连接图如图2-2-4所示（一定不要接错）。
图2-2-4 CX3（MCC）连接图
④CX4（ESP）的连接图如图2-2-5所示。
图2-2-5 CX4（ESP）连接图
3.βiSVSP伺服放大器连接
βiSVSP伺服放大器连接如图2-2-6所示。
图2-2-6 βiSVSP伺服放大器连接
从图2-2-6中可看出，βiSVSP伺服放大器连接SVSP伺服放大器的连接具备如下特点。
①24V电源连接CXA2C（A1-24V、A2-0V）。
②TB3（SVSP的右下面）不要接线。
③顶端的两个风扇单元要连接外部200V电源。
④三个（或两个）伺服电机的动力线放大器端的插头盒各不相同，CZ2L（第一轴）、CZ2M（第二轴）、CZ2N（第三轴）分别对应XX、XY、YY，一般FANUC提供的动力线都是将插头盒单独放置，用户自己根据实际情况装入，所以在装入时要注意一一对应。SVSP强电接口说明如图2-2-7所示。
图2-2-7 SVSP强电接口说明
⑤图2-2-7中的TB2～DTB1不要弄错，TB2（左端）为主轴电机动力线，而TB1（右端）为三相200V输入端，TB3为备用端子（主回路直流侧端子，一般不要连接线）。如果将TB1和TB2接反，则测量TB3电压正常（约直流300V），但系统会出现401报警。
⑥*ESP（CX4）、MCC（CX3）、电机反馈JF1、JF2、JF3（K22），均参考αi系列伺服放大器连接示意图连接。
⑦CX36接口连接断电检测输出信号，控制电压使用直流24V。CX36接口说明如图2-2-8所示。
图2-2-8 CX36接口说明
4.βiSV伺服放大器连接
对于不带主轴的βiSV伺服放大器，其伺服放大器分为单轴型和双轴型，伺服放大器型号见表2-2-1。它们之间的主要区别是电源和电机动力线的连接不同。连接电缆时一定要看清楚插座边上的标注。βiSV系列伺服放大器插座定义见表2-2-1。
表2-2-1 βiSV系列伺服放大器插座定义
βiSV20及βiSV4伺服放大器连接如图2-2-9所示。
图2-2-9 βiSV20及βiSV4伺服放大器连接
①主断路器接通后，CZ7-1接口输入伺服放大器控制用交流200V电压。CZ7-1接口定义如图2-2-10所示。
图2-2-10 CZ7-1接口定义
②CZ7-3接口输出连接伺服电机，CZ7-3接口定义如图2-2-11所示。
图2-2-11 CZ7-3接口定义
③通过交流200V引入直流24V，作为控制电源。通过控制电源接口CXA19B、CXA19A，向各个模块供给直流24V。其控制电源接口定义如图2-2-12所示。
图2-2-12 控制电源接口定义
④通过CZ7-2接口连接放电电阻。CZ7-2接口定义如图2-2-13所示。
图2-2-13 CZ7-2接口定义
⑤CX29～电磁接触器控制接口，CX29接口定义如图2-2-14所示。
图2-2-14 CX29接口定义
⑥急停CX30接口定义如图2-2-15所示。
图2-2-15 CX30接口定义
⑦CXA19B接口连接电池盒。CXA19B接口定义如图2-2-16所示。βiSV40和βiSV80伺服放大器连接如图2-2-17所示。
图2-2-16 CXA19B接口定义
图2-2-17 βiSV40和βiSV80伺服放大器连接
⑧主断路器接通后，CZ4接口输入伺服放大器控制用交流200V电压。CZ4接口定义如图2-2-18所示。
图2-2-18 CZ4接口定义
⑨CZ5接口输出连接伺服电机。CZ5接口定义如图2-2-19所示。
图2-2-19 CZ5接口定义
⑩通过交流200V引入直流24V，作为控制电源。通过控制电源接口CXA19B、CXA19A向各个模块供给直流24V电源。其控制电源接口定义参见图2-2-12。
通过CZ6接口连接外置放电电阻。CZ6接口定义如图2-2-20所示。
图2-2-20 CZ6接口定义
CX29为电磁接触器控制接口。CX29接口定义如图2-2-21所示。
图2-2-21 CX29接口定义
急停CX30接口定义如图2-2-22所示。
图2-2-22 CX30接口定义
通过CXA19B接口连接电池盒，参见图2-2-16。
5.I/O接口连接
（1）输入信号的连接
FANUC的I/O单元模块的输入信号有漏型和源型两种（如果是交流输入型的单元，则没有源漏之分），一般采用漏型输入。源型和漏型输入接口见表1-2-2。
（2）输出信号的连接
FANUC的I/O单元模块的输出信号有源型和漏型两种，一般采用源型输出。两种类型的输出接口见表1-2-2。
（3）I/O单元模块连接
I/O单元模块一般通过I/O Link进行连接。I/O Link是由一台主控器和每个通道最多16组的从控器组成的。I/O Link连接示意图如图2-2-23所示。
图2-2-23 I/O Link连接示意
I/O Link每个通道的I/O点数，输入、输出均为1024点。每组的最大I/O点数，输入、输出均为256点。在I/O Link上连接的各装置的PMC地址，可以在“地址分配”页面（MO DULE）上任意分配。
（4）机床常用I/O单元模块的连接
①0i-D系列I/O单元模块。0i-D系列I/O单元模块的连接如图2-2-24所示。在图2-2-24中，有4组I/O接口插槽，每组24、16个输入/输出点，共96、64个输入/输出点。可通过I/O Link电缆和主控器，或者其他I/O设备连接这4组I/O接口插槽。
图2-2-24 0i-D系列I/O单元模块的连接
②操作盘用I/O单元模块。操作盘用I/O单元模块的连接如图2-2-25所示。图2-2-25中有2组I/O接口插槽，每组24、16个输入/输出点，共48、32个输入/输出点。可通过I/O Link电缆和主控器，或者其他I/O设备连接这2组I/O接口插槽。
图2-2-25 操作盘用I/O单元模块的连接
③标准机床操作面板。标准机床操作面板通过I/O Link电缆和控制单元连接，标准机床操作面板外观如图2-2-26所示。标准机床操作面板连接图如图2-2-27所示。
图2-2-26 标准机床操作面板外观
图2-2-27 标准机床操作面板连接图
6.其他电路连接
机床控制电路中有些功能是具有共性的，下面介绍实现这些功能所用电路的连接方法。
（1）紧急停止
如果按下机床操作面板上的紧急停止按钮，则机床立即停止移动。紧急停止按钮被按下时即被锁定。解除锁定的方法随机床制造商的不同而有差异，但通常扭转按钮即可解除锁定。常用的急停功能电路连接如图2-2-28所示。
图2-2-28 急停功能电路连接
紧急停止按钮使用双回路或辅助继电器，一条回路与CNC连接；另一条回路与伺服放大器连接。
（2）超程
当刀具超过机床极限开关设定的行程终点后试图继续移动时，极限开关启动，刀具减速并停止移动，同时显示超程报警。超程电路连接如图2-2-29所示。
图2-2-29 超程电路连接
（3）电机制动
机床上的垂直轴和斜轴所配置的伺服电机需带抱闸控制功能。电机抱闸控制电路如图2-2-30所示。
图2-2-30 电机抱闸控制电路
二、训练
1.训练目的
①掌握FANUC系统相关控制电路设计方法。
②掌握功能电路的连接及通电方法。
③掌握FANUC系统元件的硬件连接方法。
2.训练项目
（1）分析伺服控制电路，查找相关硬件，按照电路原理图进行通电，并用万用表检测各元器件的电压，参考案例分析的通电步骤将数据填入表2-2-2中。
表2-2-2 各元器件的检测参数
（2）分析I/O单元模块控制电路，查找相关硬件，按照电路原理图进行通电，并用万用表检测各元器件的电压。
a.以急停信号为例分析PMC输入信号的处理过程，参考案例分析的步骤，并将数据填入表2-2-3中。
表2-2-3 急停和刀架信号检测参数
b.以刀架信号为例分析PMC输出信号的处理过程，参考案例分析的步骤，并将数据填入表2-2-3中。