工程设计实例分享

假设某配套FS-0iMate D的3轴立式加工中心，其CNC控制系统的主要部件如下。

CNC/LCD/MDI：8.4in垂直布置的FS-0iMate D标准单元。

机床操作面板：FANUC小型主面板。

机床I/O单元：0i-I/O单元。

驱动器：βi系列3轴/主轴一体标准型驱动器βiSVSP40/40/40-15。

伺服电动机：X/Y轴βiS12/3000、Z轴βiS22/2000。

主轴电动机：βiI8/10000，7.5/11kW。

该机床的CNC控制系统主电路设计如图6.1-5所示，电路说明如下。

1.主电路

该机床的主电路的设计特点如下。

1）机床3～AC380V总电源输入可通过主开关QS1，使得整个电气控制系统与电网完全隔离。

2）3～AC380V输入在控制系统内部被分成三个支路，并安装有独立的断路器进行短路、过载保护，支路的作用如下。

第1支路用于CNC单元及驱动器的供电。3相AC380V输入通过伺服变压器将变为AC200V后，CNC、伺服和主轴的全部组件，包括主电动机风机、驱动器风机、PMC-I/O等，均由本支路供电；机床调试与维修时，只要断开断路器F1，便可将CNC及相关部件的电源全部断开。

第2支路为辅助电机主电路，用于内/外冷却、切屑冲洗、冷却回水、切屑传送等辅助电动机的供电。各辅助电动机除了分别安装有独立的自动断路器外，整个支路安装有总断路器QF2，便于在机床调试与维修时，一次性断开所有辅助电动机电源。

第3支路为机床控制电路电源，用于AC220V控制电路、自动换刀装置、液压夹具、集中润滑系统、电器柜空调、机床照明等部件的供电；支路安装有总断路器QF3，其作用与QF2相同。

3）CNC单元及驱动器的输入电源经伺服变压器降压后，3～AC200V输出分为辅助控制、DC24V电源和驱动器主电源三条支路。

辅助控制支路用于主电动机风机、驱动器风机等CNC辅助部件的AC200V供电，为了能够利用断路器F2的短路保护功能，系统的RC浪涌电压吸收器也安装在该支路上。

DC24V电源包括用于CNC基本部件（CNC/LCD/MDI单元、小型主面板、0i-I/O单元）、βiSVSP一体型驱动器的DC24V控制电源及PMC输出负载驱动电源3部分。为了提高可靠性、避免电源干扰，CNC基本部件和驱动器控制电路的DC24V归为1组，由专门的稳压电源PSU1供电；PMC的负载驱动电源由另一稳压电源PSU2提供。PSU1、PSU2共用断路器F3进行短路保护。(www.xing528.com)

βiSVSP的3～AC200V主电源安装有短路保护的断路器F4、交流电抗器L1，它可以通过主接触器KM1控制通/断。驱动器主电源只有在机床启动条件满足（如无超程、急停等）、CNC装置准备好、驱动器测试正常后，才能在PMC的控制下接通。

2.主要器件选择

1）伺服变压器。本机床的3相AC200V主要负载是βiSVSP驱动器，伺服变压器的容量可根据驱动器的输入容量选择。

从第2章表2.3-10中可查得，βiSVSP40/40/40-15驱动器的输入电流为64A、输入容量为23kVA，因此，可选择25～30kVA、3～380V/200V、Y/Y连接的FANUC伺服变压器或配套其他公司生产的符合要求的同类产品。

图6.1-5 CNC控制系统主电路设计实例

FANUC标准30kVA三相伺服变压器的额定输入电流为46A，额定输出电流为87A；因此，变压器输入侧的断路器额定电流可选择63A或100A。

2）RC浪涌吸收器。可选择钳制电压为783V，额定电压300V、8/20μs浪涌电流吸收能力1000A，1.2/50μs浪涌电压吸收能力12000V的Y₀连接和△连接的RC吸收器各1个。前者可吸收相线与地间的浪涌电压；后者可吸收相线与相线间的浪涌电压。由于RC吸收器本身为保护元件，自身短路的可能性极大，因此，需要在线路中增加短路保护的断路器，本机床的浪涌吸收器短路和主轴电动机风机、驱动器风机共用断路器F2。

3）稳压电源。稳压电源PSU2的容量与机床所使用的电磁阀、指示灯、制动器等DC24V负载有关，本机床的负载容量不超过5A，故可选择DC24V/150W标准稳压电源。PSU1是提供CNC单元和βiSVSP驱动器控制电路的电源，容量分别如下：

CNC/LCD/MDI单元：1.5A。

小型主面板：0.4A。

0i-I/O单元：0.3+96×0.0073=1A，按全部输入接通的极限情况计算。

βiSVSP40/40/40-15驱动器控制电源：1.5A。

DC24V总容量为：ΣI=1.5+0.4+1.0+1.5=4.4A。

故可选择DC24V/150W的标准稳压电源。稳压电源PSU1、PSU2的输入侧共用5A的断路器进行短路保护。

4）交流电抗器与主接触器。交流电抗器的规格决定于驱动器，βiSVSP40/40/40-15可直接根据第2章表2.3-14，选择FANUC-15kW标准电抗器A81L-0001-0156。主接触器KM1可选择额定工作电流大于βiSVSP40/40/40-15输入电流（64A）的100A标准交流接触器。