变频器与数控车床的连接
FANUC 0i/0i Mate主轴驱动装置
主轴系统主要由主轴驱动装置及主轴电动机组成。FANUC
0i/0i Mate数控装置提供了模拟主轴和串行主轴（ Spindle analog output/Spindle serial output）接口供 用户选择。 用模拟量控制的主轴驱动单元（如变频器）和电动机 称为模拟主轴，主轴模拟输出接口只能控制一个模拟主轴 ，当用户选择模拟主轴时，一般选用通用变频器作为主轴 驱动装置。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接口；主轴串行输出接口能够 控制两个串行主轴，当用户选择串行主轴时，必须使用 FANUC 0i/0i Mate数控系统提供了SPM系列专用主轴驱动 装置。
功能同模拟量输出（只有个别变频器 提供）
组网控制
以上端子均可自由编程
变频器的构成—用户接口
控制回路接口 开关量输入 开关量输出 编码器接口
控制回路接口 模拟量输入 模拟量输出 通讯接口
主回路接口
变频器的构成—主回路接口
R S T P1 (+) PB (-) U V
MOTOR
W
PE
POWER SUPPLY
4、气体杂质：无腐蚀性、爆炸性气体，无金 属粉尘，少尘埃
5、海拔高度：<1000m，否则要降额使用
1、变频器与电动机的距离 变频器的距离 2、变频器与控制室的距离
1、采用电压信号（0~10V） 使用屏蔽电缆，也只能在20~30m； 用双绞线距离更短。
变 频 器 的 安 装
变频器的接线
2、采用电流信号（4~20mA） 用屏蔽电缆，可达80~100m。 3、用RS232通讯口 距离限制在15~20m以内。 4、采用RS485通讯口 距离可达1200m（波特率为9600bps）
电源装置作用
一、隔离： １、安全隔离：强电弱电隔离＼IGBT隔离驱动＼浪涌 隔离保护＼雷电隔离保护（如人体接触的隔离保护） ２、噪声隔离：（模拟电路与数字电路隔离、强弱 信号隔离） ３、接地环路消除：远程信号传输＼分布式电源供 电系统
二、保护： 短路保护、过压保护、欠压保护、过流保护、其它保 护
电网电压过低
正确的把握变频器驱动的机械负载对象的转速——转矩特性，是选择电动机 及变频器容量、决定其控制方式的基础。
机械负载包罗万象，但归纳其转速——转矩特性，主要有以下三大类： 1、恒转矩负载； 2、平方转矩负载； 3、恒功率负载：机床主轴等； ① ② 驱动恒转矩负载 驱动平方转矩负载
变 频 器 的 选 型
JY2：主轴电动机内装传感 器信号及定子绕组温度开关 信号
JA7B：主轴信息输入信号， 连接到CNC系统的JA7A JY4：主轴位置和速度检测信 号，连接到主轴位置编码器
U、V、W：连接到主轴电动 机，为动力电源
βi系列伺服放大器
FANUC 0i/0i Mate电源装置
FANUC 0i/0i Mate 数控系统所用的交、直流 电源，因数控机床的复杂程度一般采用普通交、 直流稳压开关电源和FANUC专用电源装置。普通交 、直流稳压开关电源造价低，接线简单，广泛用 于普通数控车、铣床；FANUC专用电源装置则多用 于加工中心。普通交、直流稳压开关电源原理、 接线请读者自行查阅资料。 FAUNC的α 系列专用电源装置主要分为PSM、 PSMR、PSM—HV、PSMV—HV四种，输入电压分为交 流200 V和交流400 V两种。
变频器的构成—实用原理框图
1 6 5
4
3
2
220V/380V 3PH
键盘
7
8
控制板
适用于中大功率(5.5KW以上）
220V 1PH
适用于小功率（<5.5KW)
键盘 控制电路
变频器的构成—实用原理框图
类别 整流部分1 作用 主要构成器件 整流桥
将工频交流变成直流，输入无相序 要求
将直流转换为频率电压均可变的交 流电，输出无相序要求 消耗过多的回馈能量，保持直流母 线电压不超过最大值
串行主轴连接
FANUC系统α 系列主轴模块的端子功能
Link:DC300V直流电源 CX1A/CX1B:200V交流控制电路的电源输入/输出接口。 CX2A/CX2B:24V输入/输出及急停信号接口。 JX4:主轴伺服信号检测板接口。 JX1A/JX1B:模块之间信息输入/输出接口。 JY1:外接主轴负载表和速度表的接口。 JA7B:串行主轴输入信号接口连接器。 JA7A:用于连接第二串行主轴的信号输出接口。 JY2:连接主轴电动机速度传感器（主轴电机内装脉冲发生 器和电机过热信号）。 JY3:作为主轴位置一转信号接口。 JY4:主轴独立编码器连接器（光电编码器）。 JY5:主轴CS轴（回转轴）控制时，作为反馈信号接口。 U、V、W:主轴电动机的动力电源接口。
制动电阻
工频电网输入 380V 3PH/220V 3PH
直流电抗器
M ~
三相交流电机
220V 1PH
变频器保护功能
由于变频器大量的使用了各种半导体器件，如整流桥、IGBT、电解电容等， 要想保证变频器长期稳定工作，则必须保证各器件工作在其允许条件下。 超出条件则必须立刻或延时停止变频器工作，待异常条件消失后才能重
系统与主轴相关的系统接口有：
JA40：模拟量主轴的速度信号接口（0~10V），CNC输出的速度
信号（0-10V）与变频器的模拟量频率设定端连接，控制主轴电机的运 行速度。 JA7A：串行主轴/主轴位置编码器信号接口，当主轴为串行主轴时， 与主轴变频器的JA7B连接，实现主轴模块与CNC系统的信息传递；当 主轴为模拟量主轴时，该接口又是主轴位置编码的主轴位置反馈接口。
逆变部分2
主 回 制动部分 3/4 路 上电缓冲6 储能部分5 控 键盘7 制 回 路 控制电路8
IGBT
单管IGBT 和制动电 阻,大功率制动单元 外置
降低上电冲击电流，上电结束后接触器 限流电阻和接触器 自动吸合，而后变频器允许运行
保持直流母线电压恒定，降低电压 脉动 对变频器参数进行调试和修改，并 实时监控变频器状态 交流电机控制算法生成，外部信号 接收处理及保护
三、电压变换： 升压变换＼降压变换＼交直流转换（AC/DC、DC/AC） ＼极性变换 四、稳压： 交流市电供电\远程直流供电\分布式电源供电系统\电池 供电 五、降噪： 有源滤波
（1）α 系列专用电源装置的型号参数 专用电源装置的型号参数如下所示：
PSM口－口口
① ② ③④ ①电源装置型号； ②制动形式，“无”为再生制动，R：能耗制动，V：电压转换型 再生制动，C：电容制动； ③额定输出功率； ④输入电压，“无”为200 V，HV为400 V。 （2）专用电源装置接口信号的定义 PSM电源装置接口信号的定义如下图
PSM电源装 置接口信号 的定义
α 系列电源模块与主轴模块实际连接图
FANUC 0i/0i 机台电路
的控制中心,由NC 控制器、电源供应 器、主轴放大器、 伺服放大器、强电 板、转接板、小变 压器„„等等元气 件组成
加工中心结构
NC控制器：类似
新开始工作，如保护失效或动作延迟将导致变频器出现不可恢复性损害。
保护类型 缺相 过流 过载 过压
加速/减速/恒速
原因
输入缺相
输出缺相
输入电压值相差超过允许值
输出电流三相不平衡 超过变频器允许的过载范围 直流母线电压超过允许值
加速/减速/恒速 超过变频器允许的最大电流（2倍额定）
过热
欠压
散热器温度超过允许值
FANUC 0i/0i Mate数控系统 的综合连接
FANUC 0i数 控硬件装 置I/O单 元视图及 其 接口信号 的 定义
SPM系列专用主轴驱动装置
数控系统中的主轴驱动装置主要用于控制驱动加工中心中的主轴 电动机。 FANUC的α 系列主轴模块主要分为SPM、SPMC、SPM－HV三种。 1）α 系列FANUC 0i主轴驱动装置的型号参数 主轴驱动装置的型号参数如下所示。 SPM口－口口 ① ② ③④ ①主轴驱动装置型号； ②电动机类型，“无”为α 系列，C为α C系列； ③额定输出功率； ④输入电压，“无”为200 V，HV为400 V。
加工中心结构
伺服放大器 ：
通过伺服马达编码的 脉冲信号经伺服放大 器放大转变为数值信 号，再经由NC控制器 处理，然后再由放大 器又转为脉冲信号，
HMI(控制面板) I/ O 端 口
X轴伺服驱动 Z轴伺服驱动 主轴变频器
X轴丝杆 Z轴丝杆 主轴电机
运动控制系统
CNC
编码器 位置反馈
机 床 本 体
变频器接线图
模拟主轴连接
接线说明：FANUC系统控制变频器正转SF，反转SR，模拟量输入VRCGND，和故障输出端子Tc,Tb，故障复位端子RST。X1端子控制点动， OUT1端子为频率到达信号输出端，外接中间继电器进行信号转换。 注意控制信号的抗干扰处理！
③ 驱动恒功率负载 ④ 驱动四象限运行的负载 ⑤ 驱动脉动转矩负载 ⑥
驱动冲击负载
⑦ 驱动大惯性负载 ⑧ 驱动高速运转的设备 ⑨ 驱动大起动转矩负载
1、环境温度：-10~40摄氏度(-20℃～60℃储 存)
2、环境湿度：20~90%RH，无结露
变 频 器 的 安 装 环 境
3、振动：<5.9m/s(0.6G)
接口类型 主要特点 主要功能
开关量输入
开关量输出 模拟量输入 模拟量输出 脉冲输出 通讯口
无源输入，一般由变频 启/停变频器，接收编码器信号、多 器内部24V供电， 段速、外部故障等信号或指令
集电极开路输出、继电 变频器故障、就绪、达速等，参与外 器输出 部控制 0-10V/4-20mA 0-10V/4-20mA PWM波输出 RS485/RS232 频率给定/PID给定、反馈，接收来自 外部的给定或控制 运行频率、运行电流的输出，用于外 界显示仪表和外部设备控制