青海第二機床制造有限責(zé)任公司 （西寧 810021） 車永貴

FANUC串聯(lián)控制（Tandem Control）是指在驅(qū)動一個大的工作臺時僅僅依賴一臺電動機得不到足夠轉(zhuǎn)矩的情況下，可以用2臺電動機使1個軸運行。主控軸只用來定位，從控軸只用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。通過這一功能，可以得到2倍的轉(zhuǎn)矩。

我公司為某上市公司開發(fā)了一臺大型數(shù)控花鍵軸銑床，使用了FANUC串聯(lián)控制（Tandem Control）功能。該機床采用滾銑法加工各種齒形的直、斜齒花鍵零件及直、斜齒圓柱連軸齒輪，并可以加工錐度花鍵及臺階齒輪。

機床數(shù)控系統(tǒng)采用FANUC 31i數(shù)控系統(tǒng)，共由五個伺服軸、一個主軸組成：X軸（刀具徑向進給運動）、Z軸（刀具沿工件軸向進給運動）、C軸（工件旋轉(zhuǎn)運動）、Y軸（刀具串刀運動）、A軸（銑刀的角度調(diào)整）、主軸(刀具旋轉(zhuǎn)軸)。

由于機床最大加工直徑為500mm，最大加工長度為1200mm，加工工件本身很重，需要較大的轉(zhuǎn)矩來帶動刀具軸向的進給移動。本機床溜板是帶動銑頭實現(xiàn)刀具軸向進給的執(zhí)行部件，也就是Z軸。Z軸的運動由雙伺服電動機驅(qū)動，通過固定在溜板上的兩個減速箱輸入，經(jīng)兩個齒輪輸出，再經(jīng)固定在機床床身上的齒條帶動溜板移動，實現(xiàn)Z軸的進給及快速移動。這就是運用了FANUC串聯(lián)控制（Tandem Control）功能。

1.Tandem 控制的原理

串聯(lián)控制中，NC控制單元是把串聯(lián)控制作為一個軸來處理，但是，對于伺服參數(shù)管理和伺服報警監(jiān)視，把串聯(lián)控制作為兩個軸來處理。該功能的原理如圖1所示，主動軸用于定位，從動軸只提供力矩，沒有位置控制和速度控制。

圖1

2.Tandem 控制在本機床中的應(yīng)用

本機Z軸由兩個αiF22/3000的伺服電動機帶動。如圖2所示，采用雙伺服電動機，通過數(shù)控系統(tǒng)控制張力，使雙齒輪在一齒條兩反齒面嚙合，實現(xiàn)無間隙運動。

圖2

3.Tandem 控制的功能調(diào)試

本機床的Z軸控制為半閉環(huán)控制，主/從電動機的聯(lián)接與普通電動機聯(lián)接相同。

（1）電動機的基本設(shè)定 主/從電動機基本設(shè)定方法與普通電動機基本設(shè)定一樣，本機床共有五個伺服軸，而Z軸兩個電動機使用Tandem 控制，使用一個兩軸的放大器（SVM2－80/80I），使本機床實際伺服軸控制變成了六軸，本文只針對Tandem 控制的Z軸伺服軸做調(diào)試說明，其余各軸省略不再講述。Tandem 控制要求主控軸和從控軸的伺服軸號的值（參數(shù)NO.1023）為相差一的奇數(shù)和偶數(shù)，需要在主控軸中設(shè)定一個較小的值。那么需要設(shè)定以下參數(shù)（見附表）。

參數(shù)表

主控軸和從控軸的軸名稱可以相同也可以不同，本機床中均設(shè)定為Z，但在參數(shù)NO.3131中設(shè)定了下標(biāo)，以示區(qū)別。

Z1電動機、Z2電動機到齒條的降速比均為1∶50，電動機每轉(zhuǎn)的進給量為5.28mm，設(shè)定參數(shù)NO.1821為5280；NO.2084為33；NO.2085為6250。注意主/從電動機的速度增益必須設(shè)置相同的數(shù)值；主/從電動機在非Tandem的狀態(tài)下，只允許主/從電動機進行微動，禁止任意一個電動機拖動另外一個電動機進行大角度的轉(zhuǎn)動。

（2）Tandem控制的基本設(shè)定 首先再次查看參數(shù)NO.2022，確認(rèn)主/從電動機的正轉(zhuǎn)出力是否一致，從電動機脈沖編碼器一側(cè)看沿順時針方向旋轉(zhuǎn)設(shè)定為111，沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)設(shè)定為－111，要保證主/從電動機方向一致。然后設(shè)置主/從電動機參數(shù)NO.1817#6為1，使能Tandem控制功能。斷電重啟，手動低速移動由主/從電動機Tandem 控制的Z軸，將系統(tǒng)顯示監(jiān)控負(fù)載畫面，觀察負(fù)載是否正常。

（3）速度反饋平均功能及預(yù)加載功能調(diào)試 由Tandem控制原理圖可知，從動電動機的速度沒有得到控制，因此，反向間隙大的機床，從動電動機在齒輪等反向間隙間產(chǎn)生振動而導(dǎo)致運行不穩(wěn)定，所以使用速度反饋平均功能，通過對從動電動機進行速度控制，即可以使機床穩(wěn)定。設(shè)置參數(shù)NO.2008#2為1，使用速度反饋平均功能。

預(yù)加載功能通過對于受到位置（速度）反饋控制的扭矩施加偏置，可以在主/從動電動機上外加方向相反的轉(zhuǎn)矩，使其始終處在保持張力的狀態(tài)，減小主/從動電動機的反向間隙造成的影響。如圖3所示，只要在主控軸中將預(yù)載值設(shè)定為X，在從控軸中將預(yù)載值設(shè)定為－X，即使在停止中也以預(yù)載量的轉(zhuǎn)矩相互牽引。通過參數(shù)NO.2087可設(shè)定主/從動電動機的預(yù)加載力。作為大致標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定值等于額定扭矩的1/3左右的值。

此參數(shù)的數(shù)據(jù)單位是（放大器極限）/7282，本機床Z軸放大器極限為80A，3/（80/7282）=273，主控軸側(cè) = 273，從控軸側(cè)= －273。

設(shè)定完預(yù)加載力后，手動移動Z軸，觀察負(fù)載，正方向移動時，主動軸負(fù)載大于從動軸負(fù)載；負(fù)方向移動時，主動軸負(fù)載小于從動軸負(fù)載；負(fù)載值小且對應(yīng)相等即可。這樣Tandem 控制功能就調(diào)試完畢了。

圖3

其余有關(guān)對主控軸進行設(shè)定即可的參數(shù)、對主控軸和從控軸設(shè)定不同數(shù)值的參數(shù)、對主控軸和從控軸設(shè)定相同數(shù)據(jù)的參數(shù)不再羅列。