分离型检测单元FS-0iD及其安装尺寸与配件

1.功能与结构

驱动系统是数控系统的执行机构，它是将CNC输出的控制信号转换为机床实际运动的重要部件，其性能直接决定了机床的速度、精度等关键指标，故必须选择合理。

金属切削数控机床的驱动系统包括了伺服驱动系统和主轴驱动系统两大部分，前者用于刀具运动轨迹的控制，后者用于刀具或工件旋转的切削主运动控制。

在全功能数控系统上，为了使CNC能够实时监控、动态调整刀具的运动速度和位置，其坐标轴的位置、速度控制直接由CNC实现，两者密不可分，故需要选择CNC生产厂家配套提供的伺服驱动产品。

传统意义上的刀具（或工件）旋转的切削主运动只需要控制刀具和工件的相对运动速度，因此，主轴驱动系统通常只需要有速度控制功能，即使在需要自动换刀的加工中心上，也只须增加保证刀具在固定方向停止的定向准停功能，故其主轴驱动系统可采用非CNC生产厂家提供的通用速度控制装置，如变频器等。但是，在车削中心的等复合加工机床上，为了能够对回转体进行钻、镗、铣等加工，主轴不但需要控制速度，而且还需要像回转轴那样参与CNC的插补运动，其主轴控制要求已和伺服没有多少区别，因此，主轴也同样需要由CNC进行速度、位置的实时控制，主轴驱动系统也需要选用CNC生产厂家提供的产品。

为保证运动精度，数控机床的伺服和主轴驱动一般都需要采用闭环控制，它需要由驱动器、电机和检测装置三部分组成。在FS-0iD上，伺服驱动系统不仅可通过伺服电动机内置编码器构成半闭环系统，且还可使用光栅尺、直接检测编码器构成全闭环系统。FS-0iD的CNC与伺服连接采用的是FSSB（FANUC Serial Servo Bus，FANUC串行伺服总线）总线，其传输介质为光缆，在全闭环控制的FS-0iD系统上，为了将光栅尺、直接检测编码器的检测信号转换为FSSB总线信号，还需要选择FANUC公司配套提供的分离型检测单元。

2.分离形检测单元

分离形检测单元（Separate Detector Unit）用于全闭环系统的直线轴光栅、回转轴直接位置检测编码器的连接，它可将光栅、编码器的检测信号，转换为FSSB总线信号，传送到CNC上，实现闭环位置、速度控制。

光栅、编码器所输出的测量信号一般有TTL方波脉冲输入和1Vpp正余弦模拟量输入两种，为此，FANUC公司提供了与之配套的两种分离形检测单元。

TTL方波输入的分离型检测单元分为基本单元和扩展单元两种规格。基本单元最大可连接4轴测量输入信号，超过4轴时需要增加扩展单元；扩展单元同样最大可连接4轴测量输入信号。基本单元和扩展单元间利用扩展电缆进线连接。

1Vpp正余弦输入的检测单元无基本单元和扩展单元之分，每一测量单元最大可连接4轴测量输入，如果超过4轴，可直接增加一个检测单元，无需连接扩展电缆。

分离型检测单元如图2.3-1所示，单元的正面布置有DC24V电源连接器CP11、4轴光栅（或编码器）连接接口JF101～JF104、绝对编码器的电池单元接口JA4A。顶部侧面为扩展单元连接器CNF1，可通过扩展电缆连接下一检测单元，1Vpp正余弦输入的检测单元无此连接器。

图2.3-1 分离型检测单元

FS-0iD分离型检测单元的规格见表2.3-1，其安装尺寸可参见本书附录A。(www.xing528.com)

表2.3-1 分离型检测单元的规格如表

3.伺服驱动器

伺服驱动器是将CNC的指令信号转换为控制伺服电动机运动的电压、电流信号的装置，全功能型CNC的位置、速度控制通过CNC实现，其伺服模块主要用于PWM信号放大和转矩控制，故又称伺服放大器。目前FANUC公司可选配的驱动器有图2.3-2所示的αi与βi两大系列产品，FS-0iMD/0iTD可以选配αi或βi系列、FS-0iMate一般只能选配βi系列驱动。

αi系列驱动器属于FANUC公司的高性能、标准驱动产品，其外观如图2.3-2a所示。驱动器采用了典型的模块化结构，它由电源模块、伺服驱动模块、主轴驱动模块等组成，电源模块为公用，伺服驱动模块、主轴驱动模块可根据实际电机的规格选用。为了缩小体积，小功率的伺服模块可选配2轴、3轴集成模块。

图2.3-2 伺服驱动器

a）αi驱动器 b）βi伺服 c）βi伺服/主轴一体型

βi系列驱动器属于FANUC公司的普及型驱动产品。在产品结构上，它分图2.3-2b所示的伺服驱动器和图2.3-1c所示的伺服/主轴一体型驱动器两大类，目前尚无独立的βi系列主轴驱动器产品。βi伺服驱动有单轴驱动、2轴驱动两种产品，其电源、驱动模块组合一体，驱动器可独立安装。伺服/主轴一体型驱动分2轴加主轴和3轴加主轴两种结构，驱动的伺服、主轴、电源等控制电路采用一体化设计，整个驱动器为整体安装。在产品性能上，βi系列驱动器分为标准型和经济型两类，经济型为FANUC公司新开发的产品，它用于下述的βiSc伺服和主轴电动机驱动。

αi、βi系列驱动器的产品规格和技术参数详见2.3.2节。

4.伺服电动机

FS-0iD配套的伺服电动机同样可分为αi与βi两大系列，每一系列又有多种不同的规格。总体而言，αi系列属于高性能伺服电动机，βi系列为普及型产品，由于两者的电磁材料等方面有很大的不同，因此，其加减速能力、高速与低速性能、调速范围、控制精度都存在较大的差别，在选择时应根据实际需要综合考虑。

αi系列伺服电动机是FANUC公司的高性能伺服驱动电动机，目前常用的有高速、小惯量的αiS和中惯量的αiF两系列产品。其中，αiS的最高转速可达6000r/min、输出转矩为2～500N·m、额定输出功率为0.75～60kW，产品性能好、规格多，是FS-0iD常用的标准配套产品。αiF是FANUC公司新开发的产品，其最高转速为5000r/min、输出转矩为4～53N·m、额定输出功率为0.5～9kW，目前的产品规格较少。两系列产品均有标准型（200V）与HV型（400V）电动机可供选用。

βi系列伺服电动机是FANUC公司为普通数控机床开发的普及型产品，其性价比较高，但加减速、高速/低速性能等均不及αi系列。βi系列目前常用的有βiS和βiSc两大系列，βiS属于高速、小惯量电动机，其最高转速为4000r/min、输出转矩为2～36N·m、额定输出功率为0.5～3kW；产品有200V标准型和400V高电压型（HV型）可供选择。βiSc是FANUC新开发的低价位产品，此类电动机无热敏电阻和ID信息，故一般用于要求不高的控制场合，βiSc系列电动机的最高转速为4000r/min、输出转矩为2～10.5N·m、额定输出功率为0.5～1.4kW；βiSc系列目前只有4个规格，也无HV型（400V）电动机。