CNC-POWERUP【CNC数控机床电源的配置】

星幻时空

使用CNC控制时要做的第一件事情是提供CNC电源，我们已知FANUC 0i Mate-C/D CNC控制单元使用DC24V电源，从CP1/CPD1端子输入。CNC上电（CNC powerup）是指数控系统获得电源、工作正常后，进入系统版本号显示屏幕，系统进入初始化（自检）的过程。



CNC电源的配置

外部DC24V电源可使用开关电源（switch power supply）提供，如图1所示。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，一般由脉冲宽度调制（PWM）控制集成电路和MOSFET晶体管构成。



图1 开关电源



下面的视频展示了一位CNC爱好者在家中DIY如何连接开关电源。连接时一定要注意电气安全，点击“阅读原文”，学习CNC数控知识。

L（Live）连接火线，如视频中的黑线；

N（Neutral）连接零线，如视频中的白线；

G（Ground）金属外壳须可靠接地，如视频中的绿线；

+V 连接直流电压输出正端；

-V 连接直流电压输出负端。

开关电源一旦通电，由绿灯指示。





开关电源把AC220V输入电源转换为DC24V输出，供给CNC控制单元使用。FANUC对此电源是外购，不负责此电源的维修。

1. 开关电源的电压值选择

FANUC 0i Mate-C/D CNC的电源电压范围为DC24V±10%（21.6V~26.4V），即电源电压的瞬间变化和波动要求在10%以内（根据维修经验，24V电源电压最好在22.5V以上，否则启动不了）。



通常，工作电压下降到小于或等于21.6V 时，CNC即解除对伺服的控制，伺服断电。因此当机床有垂直轴时，应选择电压保持时间长的直流电源，以减小断电（或电源出现故障）时垂直轴的下落量。若DC24V电源的维持时间短，则在伺服电机内置制动器抱闸前伺服即断电，其结果就造成垂直轴下落量的增加。通常，有足够电容容量的直流电源在AC电源切断时能保持较长时间。



2. 开关电源的容量选择

CNC所用开关电源容量应为下列项目之和：

①CNC控制单元中各印刷板耗容；

②MDI 键盘耗容；

③LCD或CRT的耗容（以上三项共计1.5A）；

④I/O单元耗容（约1A）；

⑤伺服放大器控制电路耗容（1.5A）；

⑥约+20%的余量。



总容量为4.8A，因此，可选择DC24V/120W的标准稳压电源。如果容量不够，系统可能不工作，或工作出错。根据表1，可选择S-145型。

表1 某品牌开关电源型号表



CNC上电控制

一般情况下，我们可以设计成如图2所示的电路，通过开关K1控制CNC电源DC24V的有无。



图2 CNC上电原理图



但是，由于CNC属于可靠性要求较高的控制部件，其电源设计必须考虑诸多因素。

1. CNC电源在断电时应能维持较长时间，以防止或减少垂直轴下落，故CNC ON/OFF控制（即K1）宜在稳压电源的AC输入侧进行，不宜在稳压电源的DC24V输出与CNC之间进行；

2. 应与电网隔离，故采用隔离变压器；

3. 整个回路里要有短路保护，故开关电源两侧都需加装断路器；

4. 触点保护，故继电器或接触器两侧需加装续流二极管或灭弧器；

5. 很多机床还要求“开门断电”功能，即电柜门开启时CNC不能启动，故在电柜应安装门开关和解锁钥匙。



CNC通电和断电通常采用机床控制面板上的“CNC启动”和“CNC停止”按钮来触发K1的通断，如图3所示。



图3 CNC启动与停止按钮



CNC上电设计案例

根据以上分析，某加工中心的CNC上电回路设计如图4所示。



图4 CNC上电设计回路示例

CNC电源主回路（负载回路）元件的作用如下：

控制变压器TC2：获得相应电压，并使CNC电源与电网隔离。

开关电源PSU1：将AC220V转换为DC24V。

断路器QF6、7：CNC电源短路保护，正常时接通（ON状态）。

接触器触点KM2：控制CNC电源的通断，即K1。

数控系统FANUC 0i Mate-C/D：最终控制对象。



CNC电源控制回路（红框部分）元件的作用如下：

CNC启动按钮SB1：启动CNC电源（接常开触点）。

CNC停止按钮SB2：切断CNC电源（接常闭触点）。

接触器线圈KM2：接通CNC电源（线圈得电，主触点闭合，CNC通电）。

灭弧器RC2：保护回路中的触点.