FANUC 0iMate-TD在數控車床系統改造中的應用

陳 芳

（深圳職業技術學院 機電工程學院，廣東 深圳 518055）

數控化改造大致應用于以下幾個領域：①非數控機床改造成為數控機床；②原有的數控機床升級換代；③機床再制造后系統的更新[1]．其中，第一項隨著機床制造商積極推出普及型數控機床，這類普通機床改數控機床的量在減少．第三項工作技術門檻高，市場應用面窄，目前的需求量和供應量不大．而對于第二項，我國在20世紀80年代中、后期購買的一批高檔數控機床[1]，由于數控系統老化、備件支持匱乏、電氣維修成本高，可以采用系統升級加以改造．

1 機床改造方案

某單位有一臺MJ-460數控車床，系統配置為FANUC 0TD系統，主軸驅動為三菱變頻器．由于該設備購置早、使用時間長，電器及控制系統老化，故障頻繁不斷[2]．另一方面，數控系統及驅動裝置的版本相當低，生產廠家幾乎已經停產，購置備件十分困難且價格昂貴[3]．我們根據該機床的實際情況進行了仔細討論和分析，決定對該機床進行系統升級換代改造[4]．

改造機床系統的總體思路如下：1）更換系統．考慮到盡量與原系統配套，減少伺服電機安裝所需的機械部件的改變，選擇FANUC 0iMate-TD系統．FANUC 0iMate-TD系統最大可控制3個軸，最大程序容量為 512 KB，PMC規格為 PMC/L，PMC最大容量為8000步，最大I/O點數256/256①，完全能滿足機床原有功能的要求．該系統是FANUC公司最新開發的普及型數控車床產品系列，具有系統尺寸小，易于安裝，經濟適用的特點．Z軸選用FANUC βiS 22/2000 伺服電機，βiSVM1-40i（FSSB接口）伺服放大器；由于是傾斜導軌臥式車床結構，因此 X軸選用 FANUC βiS 12/2000帶抱閘伺服電機，βiSVM1-20i（FSSB接口）伺服放大器．2）機床原有主軸電機、變頻器、液壓電機、冷卻電機、主軸高速運轉所用的油霧電機、電箱空調電機、潤滑電機、電箱風扇、刀架電機等均完好，因此機床主電路和控制電路基本沿用原有電氣原理圖的設計，只需要更換老化元器件．3）由于系統更換，現選用FANUC 0i用I/O單元．原有I/O接口和I/O地址分配有所改變，為了保證I/O信號的可靠性，采用扁平線纜將原有按鈕、接觸器等輸入信號和接觸器和繼電器線圈、指示燈等輸出信號接入新I/O單元的新地址中，并更改新I/O輸出信號接口．4）由于系統更換，I/O地址改變，需修訂新的 PMC程序．5）對新系統進行參數調試．

1.1 數控系統連接

FANUC 0iMate-TD系列的控制器類型為顯示器一體型．由于不配FANUC的主軸電機，因此βi系列的伺服放大器選用單軸型的．為了節省成本，沿用原有機床操作面板，由于不是FANUC標準機床操作面板，所以需要采用FANUC 0i用I/O模塊．新系統的連接圖如圖1所示．

圖1 新系統連接圖

1.2 I/O連接設計

1.2.1 I/O 地址分配

根據系統連接圖，所有機床I/O信號都接入I/O單元的CB104，CB105，CB106和CB107 4組I/O接口．每組I/O接口有24/16個輸入輸出點，共96/64個輸入輸出點．給I/O單元進行地址分配見表1．其中，X0～X11用于4組I/O輸入點；X12～X14分別對應3個手輪的輸入信號；X15用于輸出信號的報警．

表1 I/O module地址分配

1.2.2 I/O接口改造

新舊數控系統的 X輸入信號接口標準沒有改變，因此只需修改其輸入地址即可．但是新舊數控系統的輸出信號接口標準不同．FANUC 0iMate-TD系統輸出信號采用源型輸出即+24V輸出，而老式FANUC 0TD系統的標準輸出信號采用三極管作為驅動器①北京FANUC機電有限公司. FANUC 0iD連接說明書[M]．，如圖2所示．

因此，在I/O接口改造中，要改變新系統的所有輸出Y信號．以主軸正反轉輸出繼電器信號為例（如圖3所示），新舊系統主軸正反轉Y信號接線圖改變如下：

1）接線端50和51分別接入I/O單元的CB106（B05）和CB106（B06）；2）繼電器的公共端由共24V變成共0V；3）續流二極管方向相反．

1.3 PMC程序設計

數控機床的 PMC主要處理機床開關量的順序控制[5]．因原有PMC程序功能齊全，因此沿用原來機床的PMC程序主體，只需作以下修改：

1）因機床I/O信號地址已重新分配，因此需修改PMC程序中所有機床輸入輸出信號，即將所有X、Y信號地址替換為新的X、Y地址．

圖2 新舊數控系統I/O輸出接口

圖3 新舊系統主軸正反轉輸出Y信號接線圖

2）因為老系統和新系統的G、F地址不兼容，因此要將所有G、F信號地址替換為新系統的G、F地址．例如：將原有急停信號G121.4（*ESP）改為新系統的G8.4（*ESP）．

3）原有系統使用 PMC程序版本為 DOS下的PMC-L，新系統使用PMC程序版本改為windows下的PMC 0iMateD PMC/L．

2 系統調試

2.1 接線

拆除原有機床數控系統硬件部分，將新系統硬件裝入機床并按圖1連好線．機床外圍電器及接線不變．如前文所述更改X、Y輸入輸出信號地址及Y信號接口．

接線之后確認以下關鍵連線是否正確：1）確認CNC的24V電源是否正常，CNC系統24VDC的容量最好5A以上．確認I/O模塊的24V電源連接、I/O接口信號確認有無短路現象[6]．2）確認I/O-Link線是從NC的JD51A連接到I/O單元的JD1B．確認手輪連接到I/O單元的JA3接口．3）檢查電柜動力電源線、MCC和急停開關的接線是否正確．4）檢查主軸電機、伺服電機動力線及其反饋線連接的是否正確．

2.2 通電檢查

系統通電順序，遵循先弱電，后強電，逐步通電的順序[6]．

1）根據設計電氣圖，逐一檢查各個節點電源是否正常．

壓下急停按鈕，斷開主要節點開關，逐一閉合各節點開關，并檢查各個節點的輸入是否正常．主要檢查包括24V供電回路，主軸和伺服的380V和220V電源供電回路．

2）按照先系統后接口I/O，先伺服和主軸，后強電的通電順序逐一通電．

3）24V 等驅動電源的連接確認．確認系統，I/O設備的電源燈是否點亮．對I/O單元是否識別，可通過下列操作確認：[system]à右擴展2次à[PMC維修]à[I/O-LINK]，顯示“SEPARATE TYP I/O BOARD”（分離型I/O板）即可．

2.3 語言切換

修改為中文：[SYSTEM]à[OFS/SET]à右擴展鍵幾次à[SYSTEM]à[LANGUAGE]à用光標選擇語言“SIMPLIFIED CHINESE”à[OPRT]à[APPLY]．

2.4 梯形圖導入

1）PMC配置．設定相關的PMC參數，將“編輯器功能有效”置為“是”，才可以導入梯形圖[6]，操作如下：[SYSTEM]à右擴展鍵 2次à[PMC 配置]à[設定]．

2）梯形圖的導入．梯形圖的導入，可以用存儲卡也可以用計算機RS232傳輸．使用卡傳輸操作如下：[SYSTEM]à右擴展鍵 2次à[PMC維修]à[I/O 操作]à[列表]à[選擇文件]à[執行]．注意：梯形圖導入后還要寫入FLASH ROM．這樣系統再次上電才能運行新PMC程序．

2.5 基本參數設定

導入梯形圖之后，同時按下“RESET+DELETE”按鍵重啟進行系統參數全清．全清之后再按下急停按鈕之后，對系統參數進行設置[6]．具體參數設置參考書籍“FANUC 0i-D/0iMate-D參數手冊”．特別注意的是，由于本機床改造保留原有變頻模擬主軸，因此主軸參數的設定一定要正確，不然主軸運轉就不正常．首先設定參數PRM8133#5=1（不使用主軸串行輸出），然后設定參數，見表2．

通過上述調試步驟，能實現機床的基本功能．注意調試完之后，為了便于對機床今后的維護，最好對系統數據進行全面備份．

數控機床改造是一個十分復雜的工作，涉及到的知識比較廣而雜，并且需要豐富的工廠實踐經驗．本案例可以為其他機床升級改造提供參考．

表2 模擬主軸參數設置

[1] 盧燕明．探機床數控化改造之佳徑——訪北京圣藍拓數控有限公司總經理宋松[J]．金屬加工，2010（10）：16-18．

[2] 王曉燕．探西門子802D在機床改造中的應用[J]．裝備制造，2010（4）：269．

[3] 叢盈梅．西門子802D在機床改造中的成功應用[J]．科技咨詢導報，2007（10）：224．

[4] 杜江華．西門子802D在機床改造中的應用[J]．機械工人 冷加工，2006（1）：57-59．

[5] 陳芳．數控機床PLC控制技術[M]．北京：清華大學出版社，2009：257．

[6] 楊金鵬．配置 FANUC-0iD系統的數控機床的調試[J]．機械制造與自動化，2012（2）：166-169．