張 麗 朱 強

(蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241006)

在零件加工中，螺紋加工應(yīng)用十分廣泛。數(shù)控機床的剛性攻絲功能具有高速、高效的特點，特別是其能夠加工深孔螺紋的優(yōu)勢越來越得到用戶的認可［1-2］。但在常規(guī)的螺紋加工中，用戶按照機床說明去設(shè)置對應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)時，卻往往難以達到預(yù)期效果，經(jīng)常會出現(xiàn)螺紋亂牙現(xiàn)象。為了解決零件加工中心在剛性攻絲時的螺紋亂牙問題，通過Fanuc Servo Guide軟件調(diào)試，分析z軸的進給速度及其同步誤差，對系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化與調(diào)整，以求實現(xiàn)高速高精螺紋加工。

1 剛性攻絲原理

理論上，在進行螺紋加工時，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)后，z軸的進給總量應(yīng)該等于絲錐的螺距［3］:

式中:P—絲錐的螺距，mm;

F— z軸的進給量，mm/min;

S— 主軸轉(zhuǎn)速，r/min。

由式(1)可以看出，加工時P要保持恒定，F(xiàn)和S的比值要保持不變才能達到攻絲的要求，z的進給要和主軸轉(zhuǎn)速保持同步;如果控制主軸的轉(zhuǎn)速與z軸的進給量總是保持同步，那么螺紋加工的精度就可以得到保證，這種方法稱為“剛性攻絲”［4］。

剛性攻絲就是針對上述要求在機床主軸上加裝位置編碼器，將主軸旋轉(zhuǎn)的角度位置信息反饋給數(shù)控系統(tǒng)形成位置閉環(huán)，同時與z軸進給建立同步關(guān)系，保證主軸旋轉(zhuǎn)角度和z軸進給位移的線性比例關(guān)系［5］。

2 實施案例

2.1 故障現(xiàn)象

校實訓(xùn)車間有一臺數(shù)控加工中心機床，在進行剛性攻絲時，主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定在300 r/min以下時加工正常，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)整到300 r/min以上時就會出現(xiàn)螺紋亂牙現(xiàn)象。經(jīng)檢查，其剛性攻絲系統(tǒng)配置和梯形圖處于正常狀態(tài)。

2.2 故障解決方案

由于剛性攻絲系統(tǒng)配置和梯形圖設(shè)定正常，故擬用Fanau Servo Guide軟件對機床進行聯(lián)機測試，針對測試結(jié)果，對系統(tǒng)參數(shù)進行調(diào)整。

2.2.1 參數(shù)設(shè)定及目標(biāo)調(diào)整

在調(diào)整前首先設(shè)定好以下參數(shù):

參數(shù)“3700#5”=1，顯示輸出 z軸同步誤差SYNC;

參數(shù)“5204#0”=1，顯示DGN453，表示主軸和z軸最大誤差;

參數(shù)“5204#0”=0，顯示DGN450，表示主軸和z軸瞬時誤差;

參數(shù)“5210—5312”=32 767，攻絲時位置偏差極限值，攻絲前放到最大值 32 767，否則會出現(xiàn)ALM 740報警;

參數(shù)“5241—5244”=2 000，攻絲主軸最高轉(zhuǎn)速，調(diào)試程序默認為2 000 r/min，數(shù)值太小則會出現(xiàn)ALM 200報警。

接著調(diào)整目標(biāo):“DGN453”=1，“DGN450”＜200，當(dāng)然數(shù)值越小越好。

2.2.2 調(diào)整過程

(1)Fanuc Servo Guide圖形畫面的通道設(shè)定。對于通道1(CH1)和通道2(CH2)分別對軸(Axis)和種類(kind)作出設(shè)定。圖1所示為通道設(shè)定界面。

圖1 通道設(shè)定界面

其中通道1設(shè)定的種類為SYNC，表示z軸同步偏差，其默認物理數(shù)值為1脈沖，同步偏差4 096脈沖等同于主軸旋轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)。

(2)Fanuc Servo Guide聯(lián)機測試。調(diào)整前，剛性攻絲在主軸轉(zhuǎn)速200 r/min以下時正常，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速在200 r/min以上就會出現(xiàn)螺紋亂牙現(xiàn)象。通過Fanuc Servo Guide聯(lián)機測試發(fā)現(xiàn)z軸的SYNC達到13 000左右，同步誤差過大。圖2所示為Fanuc Servo Guide聯(lián)機測試界面。

圖2 Fanuc Servo Guide聯(lián)機測試界面

(3)調(diào)整位置增益。檢查位置增益設(shè)置，發(fā)現(xiàn)攻絲時主軸和z軸的公共位置環(huán)增益5 280與主軸位置環(huán)增益4 065～4 068不一致，此處2個增益設(shè)置應(yīng)一致。從原理上分析，位置增益越大越好;但是當(dāng)調(diào)整到5 000時，攻絲當(dāng)中主軸會出現(xiàn)異常響聲，而增益太小則同步誤差較大。經(jīng)反復(fù)測試最后調(diào)整到1 000時改善效果最佳，如圖3所示。

圖3 調(diào)整位置增益后SYNC圖

(4)調(diào)整攻絲時加減速時間常數(shù)。分別調(diào)整為:參數(shù)“5261—5 264”，進刀時加減速時間常數(shù);參數(shù)“5271—5274”，退刀時加減速時間常數(shù);參數(shù)“5201#2”=0，進刀和退刀都用“5261—5264”;參數(shù)“5201#2”=1，進刀和退刀分別用各自的時間常數(shù)。

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)原來的參數(shù)存在問題:參數(shù)“5201#2”=1，但是“5261— 5264”和“5271 — 5274”不同，原來的值為50，數(shù)值太小。

式(1)中，F(xiàn)和S都不能加速到設(shè)定的速度，因此P很難保持恒定。將時間常數(shù)調(diào)整一致后發(fā)現(xiàn)，設(shè)定在3 000的效果較好，同步誤差已經(jīng)低于20，同時DGN453已經(jīng)達到理想值，如圖4所示。但是DGN450瞬間值在500左右，并未達到小于200的理想值。

圖4 調(diào)整攻絲加減速時間常數(shù)后的SYNC圖

(5)修改到位寬度。修改2個參數(shù):參數(shù)“5300”，z軸的到位寬度;參數(shù)“5301”，主軸的到位寬度。機床到位寬度原來設(shè)定為12，原理上應(yīng)該是到位寬度越小精度越高。但是經(jīng)過調(diào)整，發(fā)現(xiàn)取標(biāo)準(zhǔn)值20時，“DGN450”最小，效果最理想，至此調(diào)整空運行結(jié)束(主軸轉(zhuǎn)速在2 000 r/min時)。

2.2.3 試加工調(diào)整

試加工發(fā)現(xiàn)，主軸轉(zhuǎn)速在2 000 r/min時可以正常進行剛性攻絲，但冷卻液用量對深孔攻絲的影響較大。當(dāng)冷卻液用量較大時攻出的螺紋較松，冷卻液量較小時攻出的螺紋較緊。需要注意的是，如果攻出的螺紋較松，產(chǎn)品可能會報廢，螺紋如果較緊可以手工修復(fù)。

3 結(jié)語

本次研究采用Fanuc Servo Guide軟件作為調(diào)試工具，以數(shù)控機床的剛性攻絲功能作為調(diào)試對象，結(jié)合剛性攻絲的相關(guān)理論，對數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)定與調(diào)整。研究結(jié)果表明，該方案能很好地實現(xiàn)高速高精的螺紋加工，適合在工程實踐中使用。

［1］程啟森.基于Fanuc加工中心剛性攻絲應(yīng)用研究［J］.機械制造與自動化，2009，38(3):60-62.

［2］丁海萍，楊晶.Fanuc系統(tǒng)數(shù)控加工中心剛性攻絲時的參數(shù)設(shè)定［J］.廣西輕工業(yè)，2010(9):41-42.

［3］Fanuc公司.Fanuc 0i-MD連接說明書B-64303CM-1/01［G］.2008.

［4］Fanuc公司.Fanuc系統(tǒng)參數(shù)說明書B-65270CM/06［G］.2006.

［5］何紅欣.數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的調(diào)整［J］.制造技術(shù)與機床，2006(8):120-122.