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FANUC数控系统功能介绍(中英文对照)

日期:2020-12-19 03:39 作者:EA视讯

  FANUC0i系统的原理框图和维修方法1.FANUC0i系统主CPU板的构成框图读者要想对数控系统有一个准确的维修思路,首先要了解该数控系统的硬件结构,为此,本文首先给出FANUC0i系统主CPU板的构成框图。FANUC0i系统与FANUC16/18/21等系统的结构相似,均为模块化结构。如下图所示0i的主CPU板上除了主CPU及外围电路之外,还集成了FROM&SRAM模块,PMC控制模块,存储器&主轴模块,伺服模块等,其集成度较FANUC0系统(0系统为大板结构)的

  读者要想对数控系统有一个准确的维修思路,首先要了解该数控系统的硬件结构,为此,本文首先给出FANUC 0i系统主CPU板的构成框图。

  FANUC 0i系统与FANUC 16/18/21等系统的结构相似,均为模块化结构。如下图所示0i的主CPU板上除了主CPU及外围电路之外,还集成了FROM&SRAM模块,PMC控制模块,存储器&主轴模块,伺服模块等,其集成度较FANUC 0系统(0系统为大板结构)的集成度更高,因此0i控制单元的体积更小。

  当系统电源打开后,如果电源正常,数控系统则会进入系统版本号显示画面(如下图所示),系统开始进行初始化。如果系统出现硬件故障,显示屏上会出现900—973号报警提示用户。下面介绍出现系统报警时的原因和处理方法。

  要点分析:系统中的FROM在系统初始化过程中都要进行奇偶校验。当校验出错时,则发生FROM奇偶性报警,并指出不良的FROM文件。 

  要点分析:在FANUC 0 i数控系统中,DRAM的数据在读写过程中,具有奇偶校验检查电路,一旦出现写入的数据和读出的数据不符时,则会发生奇偶校验报警。ALM910和ALM911分别提示低字节和高字节的报警。

  要点分析:与DRAM一样,SRAM中的数据在读写过程中,也具有奇偶校验检查电路,一旦出现写入的数据和读出的数据不符时,则会发生奇偶校验报警。ALM912和ALM913分别提示低字节和高字节的报警。

  (1)SRAM中存储的数据不良。若每次接通电源,马上就发生报警,将电源关断,全清存储器(全清的操作方法是同时按住MDI面板上的RESET和DELET键,再接通电源)。

  (2)存储器全清后,奇偶报警仍不消失时,认为是SRAM不良。按以下内容,更换FROM&SRAM模块或存储器&主轴模块。不显示地址时,按照1)更换FROM&SRAM模块→ 2)更换存储器&主轴模块的顺序进行处理。(更换后,对存储器进行一次全清)。

  (3)更换了FROM&SRAM模块或存储器&主轴模块还不能清除奇偶报警时,请更换主板。(更换后,对存储器进行一次全清)。

  当电压降到2.6V以下时出现电池报警(额定值为3.0V)。存储器用电池的电压不足时,画面上的「BAT」会一闪一闪地显示。当电池报警灯亮时,要尽早更换新的锂电池。请注意在系统通电时更换电池。

  要点分析:监控定时器报警。把监视CPU运行的定时器称为监控定时器,每经过一固定时间,CPU将定时器的时间进行一次复位。当CPU或外围电路发生异常时,定时器不能复位,则出现报警。

  (1)主板不良。主板上的第1/2轴伺服用RAM,监控定时电路等硬件不良,检测电路异常、误动作等。→更换主板。

  (2)伺服模块不良。伺服模块第3/4轴的伺服RAM,监控定时电路等硬件不良,检测电路异常、误动作等。→更换伺服模块。

  (3)由于干扰而产生的误动作。由于控制单元受外部干扰,使监控定时电路及CPU出现误动作。→是由于对主电源的干扰及机间电缆的干扰而引起的故障。检查此报警与同一电源线上连接的其他机床的动作的关系,与机械继电器、压缩机等干扰源的动作的关系,对干扰采取措施。

  要点分析 :通常在运行时不出现此报警。维修时,插拔印刷板,更换印刷板时有可能发生。

  原因和处理:(1)检查主板上有无安装伺服模块,有无安装错误及确认安装状态。

  (2)当不是(1)的原因时,可认为是伺服模块不良或者主板不良。请参照上述的「920,921报警」,分别进行更换。

  要点分析:通常,CPU会在中断之前完成各项工作。但是,当CPU的外围电路工作不正常时,CPU的工作会突然中断,这时会发生CPU报警。

  ·主CPU板出错:如果在电源断开再接通后运行正常,则可能是外部干扰引起的。请检查系统的屏蔽,接地,布线等抗干扰措施是否规范。当不能确定原因时,可能是CPU外围电路异常,要更换主板。

  ·PMC用户程序不良(FROM & SRAM模块不良)。更换模块时请参照「950报警」。

  1)可能是I/O板,基板或主板不良。(注更换主板或主板上的FROM&SRAM模块或存储器&主轴模块时,存储器中存储的全部数据会丢失,要重新恢复数据。)

  BEIJING_FANUC 0i系列是高品质、高性价比的CNC系统,具有丰富的功能,尤其内部的数据结构布局合理,操作直观,使用及维修都很方便,其功能可通过一些参数的修改来进行选择。下面以实践中遇到的几个例子来说明其应用。

  TH6350卧式加工中心使用FANUC-0iA系统,其B轴采用闭环。由于B轴圆光栅出现问题而无法发挥作用,但生产任务又很紧,所以决定暂时采用半闭环结构。步骤如下:

  (2)修改柔性传动比Feed gear(n/m),该参数可通过如下公式设定:

  (3)改完后执行B轴回零,用百分表打夹具的基准面适当修改参数No.1850关于B轴的栅格偏移量Grid shift,使回零后夹具的位置能够回到全闭环时的位置。

  VMC_1000C立式加工中心使用FANUC-0iA系统,其A轴由于长期回转,有时会出现回零不准的现象,关机后再开机回零仍然不准。这种故障可能是由于A轴的减速挡块破损或者松动,需要换或调整挡块,这样回零就不那么准确。可通过调整参数保证回零的准确性。下面介绍一种最快的方法调整该参数。

  首先将参数中No.1850 Grid shift关于A轴的参数设定为“0”,将A轴回零,再用手轮摇A轴使转台上移动的刻线和固定的刻线对齐(可通过固定刻线的影射线与移动刻线重合判断是否对齐),看A轴在回零后又转过了多少度两个刻线关于A轴的参数中即可。

  FANUC-0iA有报警履历功能,该履历记录了机床运行过程中所有的操作,对于故障的分析及维修十分方

  (1)No.3106#7OHD(0:不显示操作履历画面,1:显示操作履历画面)及No.3106#4OHS(是否对操作履历进行采样,0:采样,1:不采样)。

  (2)No.3112#5OPH(0:操作履历功能有效,1:操作履历功能无效)。

  主轴经过拆卸后,执行M19定位指令,其定向位置将发生变化,如果定向停止位置不准将会损坏换刀装置,因此定向停止位置必须精调。FANUC-0i A提供了方便的参数调节功能。可通过调整参数No.4031和No.4077中的任何一个(No.4031:位置编码器方式定向停止位置,No.4077:定向停止位置偏移量),使定向位置恢复到拆卸前的状态。这样就不必担心在拆卸之前没做标记。

  通过上述几例可以看出,数控机床的参数有着十分重要的作用,它在机床出厂时已被设定为最佳值,通常不需要修改。但在运用中可根据实际情况对其进行更改、优化,从而弥补机械或电气设计方面的不足。当然,更改参数必须首先对该参数有详细的了解,看该参数的变更会产生什么样的结果,受哪个参数的制约以及对其它参数有无影响,并做下记录,以便对不同参数所产生的结果进行对比,选择其中最佳者设定到对应的参数表中。在不知道参数的意义前最好不要修改参数,以免发生意外!

  CNC控制的进给伺服轴(进给)的组数。加工时每组形成一条刀具轨迹,各组可单独运动,也可同时协调运动。

  由PMC(可编程机床控制器)控制的进给伺服轴。控制指令编在PMC的程序(梯形图)中,因此修改不便,故这种方法通常只用于移动量固定的进给轴控制。

  车床系统中,主轴的回转位置(转角)控制和其它进给轴一样由进给伺服电动机实现。

  该轴与其它进给轴联动进行插补,加工任意曲线、Cs轮廓控制(Cs contouring control)(T系列)

  车床系统中,主轴的回转位置(转角)控制不是用进给伺服电动机而由FANUC主轴电动机实现。主轴的位置(角度)由装于主轴(不是主轴电动机)上的高分辨率编码器检测,此时主轴是作为进给伺服轴工作,运动速度为:度/分,并可与其它进给轴一起插补,加工出轮廓曲线、回转轴控制(Rotary axis control)

  将进给轴设定为回转轴作角度位置控制。回转一周的角度,可用参数设为任意值。FANUC系统通常只是基本轴以外的进给轴才能设为回转轴。

  指定某一进给伺服轴脱离CNC的控制而无系统报警。通常用于转台控制,机床不用转台时执行该功能将转台电动机的插头拔下,卸掉转台。

  用PMC信号将进给伺服轴的电源关断,使其脱离CNC的控制用手可以自由移动,但是CNC仍然实时地监视该轴的实际位置。该功能可用于在CNC机床上用机械手轮控制工作台的移动,或工作台、转台被机械夹紧时以避免进给电动机发生过流。

  当伺服关断、急停或伺服报警时若工作台发生机械位置移动,在CNC的位置误差寄存器中就会有位置误差。位置跟踪功能就是修改CNC控制器监测的机床位置,使位置误差寄存器中的误差变为零。当然,是否执行位置跟踪应该根据实际控制的需要而定。

  回转式(角度)位置测量元件,装于电动机轴或滚珠丝杠上,回转时发出等间隔脉冲表示位移量。由于码盘上没有零点,故不能表示机床的位置。只有在机床回零,建立了机床坐标系的零点后,才能表示出工作台或刀具的位置。

  使用时应该注意的是,增量编码器的信号输出有两种方式:串行和并行。CNC单元与此对应有串行接口和并行接口。

  回转式(角度)位置测量元件,用途与增量编码器相同,不同点是这种编码器的码盘上有绝对零点,该点作为脉冲的计数基准。因此计数值既可以映位移量,也可以实时地反映机床的实际位置。另外,关机后机床的位置也不会丢失,开机后不用回零点,即可立即投入加工运行。与增量编码器一样,使用时应注意脉冲信号的串行输出与并行输出,以便与CNC单元的接口相配。(早期的CNC系统无串行口。)

  FANUC 串行伺服总线(FANUC Serial Servo Bus)是CNC单元与伺服放大器间的信号高速传输总线,使用一条光缆可以传递4—8个轴的控制信号,因此,为了区分各个轴,必须设定有关参数。

  两个进给轴一个是主动轴,另一个是从动轴,主动轴接收CNC的运动指令,从动轴跟随主动轴运动,从而实现两个轴的同步移动。CNC随时监视两个轴的移动位置,但是并不对两者的误差进行补偿,如果两轴的移动位置超过参数的设定值,CNC即发出报警,同时停止各轴的运动。该功能用于大工作台的双轴驱动。

  对于大工作台,一个电动机的力矩不足以驱动时,可以用两个电动机,这就是本功能的含义。两个轴中一个是主动轴,另一个为从动轴。主动轴接收CNC的控制指令,从动轴增加驱动力矩。

  双轨迹的车床系统,可以实现一个轨迹的两个轴的同步,也可以实现两个轨迹的两个轴的同步。同步控制方法与上述“简易同步控制”相同。

  双轨迹的车床系统,可以实现两个轨迹的轴移动指令的互换,即第一轨迹的程序可以控制第二轨迹的轴运动;第二轨迹的程序可以控制第一轨迹的轴运动。

  双轨迹的车床系统,可以实现两个轨迹的轴移动指令同时执行。与同步控制的不同点是:同步控制中只能给主动轴送运动指令,而重叠控制既可给主动轴送指令,也可给从动轴送指令。从动轴的移动量为本身的移动量与主动轴的移动量之和。

  B轴是车床系统的基本轴(X,Z)以外增加的一个独立轴,用于车削中心。其上装有动力主轴,因此可以实现钻孔、镗孔或与基本轴同时工作实现复杂零件的加工。

  该功能是在CNC的显示屏上有一设定画面,操作员根据卡盘和尾架的形状设定一个刀具禁入区,以防止刀尖与卡盘和尾架碰撞。

  双迹车床系统中,当用两个刀架加工一个工件时,为避免两个刀架的碰撞可以使用该功能。其原理是用参数设定两刀架的最小距离,加工中时时进行检查。在发生碰撞之前停止刀架的进给。

  机械碰撞、刀具磨损或断裂会对伺服电动机及主轴电动机造成大的负载力矩,可能会损害电动机及驱动器。该功能就是监测电动机的负载力矩,当超过参数的设定值时提前使电动机停止并反转退回。

  在自动运行期间摇动手轮,可以增加运动轴的移动距离。用于行程或尺寸的修正。

  在自动运行期间,用进给暂停使进给轴停止,然后用手动将该轴移动到某一位置做一些必要的操作(如换刀),操作结束后按下自动加工启动按钮即可返回原来的坐标位置。

  该功能用来决定在自动运行时,进给暂停后用手动移动的坐标值是否加到自动运行的当前位置值上。

  在自动运行时,刀具的进给速度不是由加工程序指定的速度,而是与手摇脉冲发生器的转动速度同步。

  CNC系统设计了专用的MDI画面,通过该画面用MDI键盘输入运动指令(G00,G01等)和坐标轴的移动量,由JOG(手动连续)进给方式执行这些指令。

  主轴控制有两种接口:一种是按串行方式传送数据(CNC给主轴电动机的指令)的接口称为串行输出;另一种是输出模拟电压量做为主轴电动机指令的接口。前一种必须使用FANUC的主轴驱动单元和电动机,后一种用模拟量控制的主轴驱动单元(如变频器)和电动机。

  这是车床主轴的一种工作方式(位置控制方式),用FANUC主轴电动机和装在主轴上的位置编码器实现固定角度间隔的圆周上的定位或主轴任意角度的定位。

  为了执行主轴定位或者换刀,必须将机床主轴在回转的圆周方向定位与于某一转角上,作为动作的基准点。CNC的这一功能就称为主轴定向。FANUC系统提供了以下3种方法:用位置编码器定向、用磁性传感器定向、用外部一转信号(如接近开关)定向。

  Cs轮廓控制是将车床的主轴控制变为位置控制实现主轴按回转角度的定位,并可与其它进给轴插补以加工出形状复杂的工件。

  Cs轴控制必须使用FANUC的串行主轴电动机,在主轴上要安装高分辨率的脉冲编码器,因此,用Cs轴进行主轴的定位要比上述的主轴定位精度要高。

  CNC除了控制第一个主轴外,还可以控制其它的主轴,最多可控制4个(取决于系统),通常是两个串行主轴和一个模拟主轴。主轴的控制命令S由PMC(梯形图)确定。

  攻丝操作不使用浮动卡头而是由主轴的回转与攻丝进给轴的同步运行实现。主轴回转一转,攻丝轴的进给量等于丝锥的螺距,这样可提高精度和效率。

  欲实现刚性攻丝,主轴上必须装有位置编码器(通常是1024脉冲/每转),并要求编制相应的梯形图,设定有关的系统参数。

  铣床,车床(车削中心)都可实现刚性攻丝。但车床不能像铣床一样实现反攻丝。

  该功能可实现两个主轴(串行)的同步运行,除速度同步回转外,还可实现回转相位的同步。利用相位同步,在车床上可用两个主轴夹持一个形状不规则的工件。根据CNC系统的不同,可实现一个轨迹内的两个主轴的同步,也可实现两个轨迹中的两个主轴的同步。

  两个串行主轴同步运行,接受CNC指令的主轴为主主轴,跟随主主轴运转的为从主轴。两个主轴可同时以相同转速回转,可同时进行刚性攻丝、定位或Cs轴轮廓插补等操作。与上述的主轴同步不同,简易主轴同步不能保证两个主轴的同步化。进入简易同步状态由PMC信号控制,因此必须在PMC程序中编制相应的控制语句。

  这是主轴驱动器的控制功能,使用特殊的主轴电动机,这种电动机的定子有两个绕组:高速绕组和低速绕组,用该功能切换两个绕组,以实现宽的恒功率调速范围。绕组的切换用继电器。切换控制由梯形图实现。

  刀具补偿存储器可用参数设为A型、B型或C型的任意一种。A型不区分刀具的几何形状补偿量和磨损补偿量。B型是把几何形状补偿与磨损补偿分开。通常,几何补偿量是测量刀具尺寸的差值;磨损补偿量是测量加工工件尺寸的差值。C型不但将几何形状补偿与磨损补偿分开,将刀具长度补偿代码与半径补偿代码也分开。长度补偿代码为H,半径补偿代码为D。

  车刀的刀尖都有圆弧,为了精确车削,根据加工时的走刀方向和刀具与工件间的相对方位对刀尖圆弧半径进行补偿。

  在多坐标联动加工中,刀具移动过程中可在三个坐标方向对刀具进行偏移补偿。可实现用刀具侧面加工的补偿,也可实现用刀具端面加工的补偿。

  使用多把刀具时,将刀具按其寿命分组,并在CNC的刀具管理表上预先设定好刀具的使用顺序。加工中使用的刀具到达寿命值时可自动或人工更换上同一组的下一把刀具,同一组的刀具用完后就使用下一组的刀具。刀具的更换无论是自动还是人工,都必须编制梯形图。刀具寿命的单位可用参数设定为“分”或“使用次数”。

  在机床上安装接触式传感器,和加工程序一样编制刀具长度的测量程序(用G36,G37),在程序中要指定刀具使用的偏置号。在自动方式下执行该程序,使刀具与传感器接触,从而测出其与基准刀具的长度差值,并自动将该值填入程序指定的偏置号中。

  极坐标编程就是把两个直线轴的笛卡尔坐标系变为横轴为直线轴,纵轴为回转轴的坐标系,用该坐标系编制非圆型轮廓的加工程序。通常用于车削直线槽,或在磨床上磨削凸轮。

  在圆柱体的外表面上进行加工操作时(如加工滑块槽),为了编程简单,将两个直线轴的笛卡尔坐标系变为横轴为回转轴(C),纵轴为直线轴(Z)的坐标系,用该坐标系编制外表面上的加工轮廓。

  在圆弧插补时将其中的一个轴定为虚拟插补轴,即插补运算仍然按正常的圆弧插补,但插补出的虚拟轴的移动量并不输出,因此虚拟轴也就无任何运动。这样使得另一轴的运动呈正弦函数规律。可用于正弦曲线、NURBS插补(NURBS Interpolation)(M)

  汽车和飞机等工业用的模具多数用CAD设计,为了确保精度,设计中采用了非均匀有理化B-样条函数(NURBS)描述雕刻(Sculpture)曲面和曲线。因此,CNC系统设计了相应的插补功能,这样,NURBS曲线的表示式就可以直接指令CNC,避免了用微小的直线线段逼近的方法加工复杂轮廓的曲面或曲线。其优点是:①.程序短,从而使得占用的内存少。②.因为轮廓不是用微小线段模拟,故加工精度高。③.程序段间无中断,故加工速度快。④.主机与CNC之间无需高速传送数据,普通RS-232C口速度即可满足。

  为了换刀快速或其它加工目的,可在机床上设定不固定的参考点称之为浮动参考点。该点可在任意时候设在机床的任意位置,程序中用G30.1指令使刀具回到该点。

  编程时工件尺寸的几何点用极坐标的极径和角度定义。按规定,坐标系的第一轴为直线轴(即极径),第二轴为角度轴。

  该功能是提前读入多个程序段,对运行轨迹插补和进行速度及加速度的预处理。这样可以减小由于加减速和伺服滞后引起的跟随误差,刀具在高速下比较精确地跟随程序指令的零件轮廓,使加工精度提高。预读控制包括以下功能:插补前的直线加减速;拐角自动降速等功能。

  预读控制的编程指令为G08P1。不同的系统预读的程序段数量不同,16i最多可预读600段。

  有些加工误差是由CNC引起的,其中包括插补后的加减速造成的误差。为了减小这些误差,系统中使用了辅助处理器RISC,增加了高速,高精度加工功能,这些功能包括:

  ②.多段预读的速度自动控制功能。该功能是考虑工件的形状,机床允许的速度和加速度的变化,使执行机构平滑的进行加/减速。

  这两个功能用于高速、高精度、小程序段、多坐标联动的加工。可减小由于加减速引起的位置滞后和由于伺服的延时引起的而且随着进给速度增加而增加的位置滞后,从而减小轮廓加工误差。

  这两种控制中有多段预读功能,并进行插补前的直线加减速或铃型加减速处理,从而保证加工中平滑地加减速,并可减小加工误差。

  在纳米轮廓控制中,输入的指令值为微米,但内部有纳米插补器。经纳米插补器后给伺服的指令是纳米,这样,工作台移动非常平滑,加工精度和表面质量能大大改善。

  该功能用于微小直线或NURBS线段的高速高精度轮廓加工。可确保刀具在高速下严格地跟随指令值,因此可以大大减小轮廓加工误差,实现高速、高精度加工。

  与上述HPCC相比,AI HPCC中加减速更精确,因此可以提高切削速度。AI nano HPCC

  与AI HPCC的不同点是AI nano HPCC中有纳米插补器,其它均与AI HPCC相同。在这两种控制中有以下一些CNC和伺服的功能:

  插补前的直线或铃形加减速;加工拐角时根据进给速度差的降速功能;提前前馈功能;根据各轴的加速度确定进给速度的功能;根据Z轴的下落角度修改进给速度的功能;200个程序段的缓冲。

  是自动运行的一种工作方式。用RS-232C或RS-422口将CNC系统或计算机连接,加工程序存在计算机的硬盘或软盘上,一段段地输入到CNC,每输入一段程序即加工一段,这样可解决CNC内存容量的限制。这种运行方式由PMC信号DNCI控制。

  是实现DNC运行的一种接口,由一独立的CPU控制,其上有RS-232C和RS-422口。用它比一般的RS-232C口(主板上的)加工速度要快。

  是实现CNC系统与主计算机之间传送数据信息的一种通讯协议及通讯指令库。DNC1是由FANUC公司开发的,用于FMS中加工单元的控制。可实现的功能有:加工设备的运行监视;加工与辅助设备的控制;加工数据(包括参数)与检测数据的上下传送;故障的诊断等。硬件的连接是一点对多点。一台计算机可连16台CNC机床。

  其功能与DNC2基本相同,只是通讯协议不同,DNC2用的是欧洲常用的LSV2协议。另外硬件连接为点对点式连接,一台计算机可连8台CNC机床。通讯速率最快为19Kb/秒。

  是CNC系统与主计算机的连接接口,用于两者间的数据传送,传送的数据种类除了DNC1和DNC2传送的数据外,还可传送CNC的各种显示画面的显示数据。因此可用计算机的显示器和键盘操作机床。

  是CNC系统与以太网的接口。目前,FANUC提供了两种以太网口:PCMCIA卡口和内埋的以太网板。用PCMCIA卡可以临时传送一些数据,用完后即可将卡拔下。以太网板是装在CNC系统内部的,因此用于长期与主机连结,实施加工单元的实时控制。

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