鄭洪森

(威海華東重工有限公司，山東威海 264200)

數(shù)控立式車床以其獨特的結(jié)構(gòu)在我國制造業(yè)中得到了廣泛的應用。數(shù)控立式車床一般都具有車削功能和銑削功能。傳統(tǒng)數(shù)控立式車床轉(zhuǎn)臺的車削和銑削模式的轉(zhuǎn)換是通過機械齒輪的改變來選擇不同的驅(qū)動源實現(xiàn)的，驅(qū)動源在車削模式一般采用的是由可控硅供電的寬調(diào)磁直流電動機來控制，而在銑削模式采用的是交流同步伺服電動機來控制。此種結(jié)構(gòu)的缺點是機械結(jié)構(gòu)復雜，直流電動機體積大。

筆者公司綜合以上問題開發(fā)出新的結(jié)構(gòu)，采用4臺交流異步電動機通過減速箱直接驅(qū)動轉(zhuǎn)臺，這樣既能實現(xiàn)車削模式的高轉(zhuǎn)速、銑削模式的高扭矩，同時也不用切換齒輪，大大簡化了機械結(jié)構(gòu)并節(jié)省安裝空間。但此種結(jié)構(gòu)對數(shù)控系統(tǒng)的要求較高，所以選用較高端的FANUC－31i以滿足要求。

本文就FANUC－31i數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控立車轉(zhuǎn)臺4臺電動機控制上的應用進行重點介紹。

1 機床基本結(jié)構(gòu)

本立車采用FANUC－31i數(shù)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理和控制，由滑板左右進給的X軸、滑枕上下進給的Z軸、橫梁升降的W軸、轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的主軸1和滑枕內(nèi)的銑主軸2共同組成一個聯(lián)動整體。機床的電磁閥和外圍控制由系統(tǒng)內(nèi)置的PMC(可編程控制器)的程序編程來實現(xiàn)。

其中轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)是由4臺FANUC異步主軸電動機直接驅(qū)動減速箱來實現(xiàn)的(如圖1)。

2 轉(zhuǎn)臺部分的系統(tǒng)硬件構(gòu)成

此部分的電動機采用的是FANUC αi系列主軸電動機和αi系列B型驅(qū)動器，編碼器采用德國海德漢公司的ROD886 36000線編碼器，信號分配器采用海德漢公司的IBV606把位置和速度信號分配給驅(qū)動器1和3上(如圖1所示)，這樣就共同組成了一套全閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)。

3 系統(tǒng)調(diào)試

3.1 功能介紹

對于轉(zhuǎn)臺部分，要想實現(xiàn)如圖1所示的功能，要求CNC訂購以下選擇功能:“主軸串聯(lián)控制”、“主軸簡易同步控制”和“Cs輪廓控制”。

主軸串聯(lián)控制:實現(xiàn)兩臺電動機的速度同步控制，加預載值可以起到消除間隙的作用。

主軸簡易同步控制:實現(xiàn)兩臺電動機的位置同步控制。

Cs輪廓控制:實現(xiàn)主軸電動機的位置控制，從而實現(xiàn)主軸電動機和伺服電動機的插補進給(此功能比較常用，本文不另作說明)。

從圖1可以看出，電動機SP1/SP2、SP3/SP4為兩對串聯(lián)控制，SP1/SP3為主動軸、SP2/SP4為從(副)動軸。SP1和SP3為一對主軸簡易同步控制，SP1為主動軸、SP3為從動軸。

主軸簡易同步控制用于控制兩個串聯(lián)控制組中的主動軸(SP1，SP3)。

如果需要的話，主軸簡易同步控制中的從動軸(SP－3)可以使用來自于主動軸(SP－1)的速度環(huán)積分器。一般稱為擴展積分器復制功能。

兩對串聯(lián)控制中的從(副)動軸SP－2和SP－4，將接收來自各自主動軸(SP－1或SP－3)發(fā)出的速度指令和速度積分器數(shù)據(jù)，并各自使用此數(shù)據(jù)指令進行動作(速度串聯(lián)控制)。

3.2 相關(guān)參數(shù)設置

4352#6 SLAVE:主軸放大器之間通訊的從動軸設定。把從動軸放大器的此參數(shù)設定為1。

4352#7 MASTER:主軸放大器之間通訊的主動軸設定。把主動軸放大器的此參數(shù)設定為1。

4353#2 RVSVC2:在主軸串聯(lián)控制中，主動軸和從(副)動軸的旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系設定。

0:在主軸旋轉(zhuǎn)的過程中，兩臺電動機的旋轉(zhuǎn)方向相同(從電動機軸端看)。

1:在主軸旋轉(zhuǎn)的過程中，兩臺電動機的旋轉(zhuǎn)方向相反(從電動機軸端看)。

這個參數(shù)決定在主軸串聯(lián)控制中速度指令和實際電動機等的極性。

注:(1)此參數(shù)只設定在串聯(lián)控制中的主動軸邊。此主軸邊的設定可以通過放大器的通訊傳遞到從(副)動軸。

(2)如果此參數(shù)設定不合適，主軸串聯(lián)控制功能將不能正常工作。

此時如果旋轉(zhuǎn)主軸，將會出現(xiàn)速度極性錯誤報警(主軸報警d0)。

4398 #5#4#3:此三位參數(shù)(#5，#4，#3)的設定有以下兩種組合:

=0，1，0:僅速度串聯(lián)控制功能可以使用。

=1，1，0:速度串聯(lián)控制功能和速度環(huán)積分器復制功能同時可用。

注:此參數(shù)要求主動軸和從(副)動軸的設定要相同。

4360:此參數(shù)設定預載值。

數(shù)據(jù)單位:±16384，相當于扭矩指令100%。

數(shù)據(jù)范圍:－8192～8192(－50% ～+50%)。

設 定:4臺電動機按計算好的比例相應設定。

當串聯(lián)控制中的兩臺電動機旋轉(zhuǎn)方向相同時:預載值的方向相反。

當串聯(lián)控制中的兩臺電動機旋轉(zhuǎn)方向相反時:預載值的方向相同。

如果在主軸簡易同步控制中，使用軸間的積分器復制功能(擴展積分器復制)，還需要設定如下參數(shù):

4541#6RVDPOL:當使用擴展積分器復制功能時，主/從軸電動機的旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系設定。

圖1中的SP1和SP3方向相同，此參數(shù)設0。

4597:此參數(shù)將確定“擴展積分器復制”功能中的主動軸或從動軸。

圖1中SP1為主動軸設－1，SP3為從動軸設1。

注:如果此參數(shù)的設定值不合適，或者此參數(shù)被使用在不對應的主軸放大器上，將會出現(xiàn)SP1252(非法的主軸參數(shù)設定值(TANDEM))報警。

3.3 PMC I/O 信號處理

3.3.1 輸入信號(PMC?CNC)

G73.1、G77.1、G207.1、G269.1 SLVx 各個主軸的串聯(lián)控制命令:此信號使串聯(lián)控制有效或者無效。當使用主軸的速度串聯(lián)控制功能時，所有的4個主軸都要把此信號設定為1。

注:(1)在改變這些信號之前，必須停止所有的4主軸。如果在旋轉(zhuǎn)期間改變這些信號，系統(tǒng)將不會接受。

(2)應在速度控制模式下改變這些信號。在其他模式下，這些信號的改變將不被系統(tǒng)接受。

(3)如果4主軸電動機在機械方面還沒有彼此連接，則不要把這些信號設定成1。

G264.0、G264.1、G264.2、G264.3主軸簡易同步控制中各主軸控制信號:當這些信號中有被設定為1的，則和這些信號相對應的主軸將成為主軸簡易同步控制中的從動軸。如圖1所示 SP3為從動軸，故G264.2 設定為1。

注:此信號在NO.3704#5(SSY)為“1”時有效。

3.3.2 PMC 程序執(zhí)行順序

主軸的簡易同步控制和主軸的串聯(lián)控制的開啟，需要在主軸速度控制模式、速度指令為零、實際速度為0(SST=1)的狀態(tài)下執(zhí)行。

啟動順序

(1)在速度控制模式下，用S0指令停止SP1到SP4的所有主軸。

(2)確認所有主軸的SST(實際速度0信號)變成了1(速度零狀態(tài))。

(3)指令所有串聯(lián)控制中對所有主軸的串聯(lián)指令控制信號(即指令SLVx為1)。

(4)確認所有串聯(lián)控制中的主軸SLVS(串聯(lián)控制模式信號)變成1(串聯(lián)控制模式)。

(5)下一步，對主軸簡易同步控制中的從動軸進行指令(G264.2=1)。

(6)然后輸入速度指令驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)。停止順序

(1)通過指令S0停止主軸旋轉(zhuǎn)。

(2)確認所有主軸的SST(實際速度0信號)變成了1(速度零狀態(tài))。

(3)下一步，停止主軸簡易同步控制中的從動軸的控制(G264.2=0)。

(4)取消所有串聯(lián)控制中對所有主軸的串聯(lián)控制(指令SLVx=0)。

通過以上就可以實現(xiàn)對4臺電動機的速度控制了。

4 結(jié)語

伴隨著數(shù)控系統(tǒng)功能的不斷強大，機床的結(jié)構(gòu)會越來越簡單。如本文采用多電動機控制的工作臺所體現(xiàn)的結(jié)構(gòu)簡單、精度高等優(yōu)點，對需要大功率和大扭矩設備的設計都可以借鑒。