摘 要：在數(shù)控系統(tǒng)中，剛性攻絲是一項基本功能，但在經(jīng)濟型數(shù)控車床上一般使用模擬主軸，經(jīng)濟實用，可是如何實現(xiàn)車床攻絲這種基本功能呢？本文從工作中的實例出發(fā)，由位置編碼器的基本原理、模擬主軸實現(xiàn)剛性攻絲的條件、及系統(tǒng)和變頻器接口的連接，初步介紹了在FANUC0i數(shù)控系統(tǒng)中，利用位置編碼器來實現(xiàn)模擬主軸的剛性攻絲。

關鍵詞：位置編碼器；模擬主軸；剛性攻絲；經(jīng)濟型數(shù)控車床

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.045

0 引言

模擬主軸通常用于經(jīng)濟型數(shù)控車床，剛性攻絲是車床的一個重要功能。剛性攻絲是指主軸旋轉(zhuǎn)與進給之間保持同步，也就是說攻絲時株洲的旋轉(zhuǎn)不僅要實現(xiàn)速度控制，還要實現(xiàn)位置控制，從而實現(xiàn)特定的加工要求。如何實現(xiàn)模擬主軸的剛性攻絲呢？位置編碼器起著至關重要的作用。本文簡要介紹了這種控制實現(xiàn)的一些基本原理和要求，通過兩個實例介紹了位置編碼器在經(jīng)濟型數(shù)控車床的應用。

1 位置編碼器的應用

在數(shù)控系統(tǒng)中，位置檢測元件是閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)中重要的組成部分，它檢測機床工作臺的位移，伺服電機的角位移和速度，將信號反饋給驅(qū)動裝置，與給定值比較得到差值再用于位置環(huán)閉環(huán)控制和速度環(huán)控制。檢測元件通常用光或磁的原理制成，精度既分辨率是最小單位，由檢測元件等級品質(zhì)決定。在數(shù)控裝置位置檢測接口電路中常對反饋信號進行倍頻處理，以進一步提高精度。

數(shù)控車床的位置編碼器是測量轉(zhuǎn)速的，反饋的是主軸的實際速度，當車螺紋時要使轉(zhuǎn)速和進給保持一定關系，如導程1.5的螺紋，車削時必須保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具軸軸向進給1.5。

螺紋切削或每轉(zhuǎn)進給必須裝有位置編碼器，位置編碼器檢測實際主軸轉(zhuǎn)速和每轉(zhuǎn)信號（用于螺紋切削時檢測主軸上固定點）理想編碼器必須與主軸相連（1：1）。如使用齒輪，選擇1：1，1：2，1：4，1：8的變化以降低位置編碼器的速度。當主軸與位置編碼器之間使用齒輪時，參考NO.3706的第1位和0位定義齒輪比。

2 模擬主軸實現(xiàn)剛性攻絲的條件

2.1 主軸電機帶位置編碼器

通過位置編碼器對主軸實現(xiàn)位置控制。這樣在速度環(huán)的基礎上擴大到位置環(huán)，在剛性攻絲的過程中主軸與進給都是位置控制，就可以形成互相插補的關系，能夠達到更嚴格的同步。

2.2 數(shù)控系統(tǒng)的接口

數(shù)控系統(tǒng)必須有模擬主軸接口和模擬主軸編碼器的接口。模擬主軸接口既要要求系統(tǒng)能夠根據(jù)主軸速度準確發(fā)出0～±10V的模擬電壓。為了提高模擬電壓的精度，要求D/A轉(zhuǎn)換器至少12位。模擬主軸編碼器的接口用來接收主軸的編碼器信號及時對主軸實行對主軸位置控制。

2.3 變頻器的接口

主軸變頻器必須具有編碼器接口，±10V的模擬電壓接口，并且能在速度控制和位置控制提供兩組參數(shù)對主軸進行分別調(diào)整。此兩組參數(shù)來在速度控制時對速度控制參數(shù)對主軸進行調(diào)整，在位置控制時，有位置控制參數(shù)進行調(diào)整以適合剛性攻絲時高增益、高系統(tǒng)的配置。

3 故障實例

CKS6163自動運行進給軸不移動。數(shù)控車床CKS6163，系統(tǒng)型號FAUNC-0i-TA，程序在G00方式下可運行，當執(zhí)行到G01時機床進給軸不移動，但在JOG、REF、手輪方式下均可移動車床。因為機床坐標軸可以移動，說明伺服放大器、電機、反饋等硬件都沒問題。

依據(jù)梯形圖，如圖1所示：

SF（F7.2）：主軸功能選通信號；MF（F7.0）：輔助功能選通信號；TF（F7.3）：刀具功能選通信號；MFIN（R450.1）：輔助功能結束信號；TFIN（R450.2）：刀具功能結束信號；GR：齒輪檔。

SAR（G29.4）主軸速度到達信號。當主軸速度達到指定速度后（主軸速度反饋裝置將實際主軸速度信息傳送到CNC中），系統(tǒng)輸出（CNC至PMC）主軸速度達到信號F45.3=1（SARA），PMC再根據(jù)接收的信號進行邏輯關系處理。參數(shù)（PARAM3708#0=1）時，該功能有效。

從PMC梯圖可以看出，在主軸速度沒有達到指令轉(zhuǎn)速時限制機床在G01方式運行，結合速度反饋結構，檢查速度反饋裝置，該車床的速度反饋是依賴于電機編碼器，將編碼器拆開后發(fā)現(xiàn)與電機相連接的鍵脫落，這樣就導致主軸正常旋轉(zhuǎn)，但編碼器反饋的速度值則為0。

通過工藝角度分析此問題，發(fā)現(xiàn)G01是“進給吃刀”的過程，此時主軸一定是遵循S指令旋轉(zhuǎn)的，假設由于主軸驅(qū)動環(huán)節(jié)出了故障，主軸轉(zhuǎn)速會下降，那么如果吃刀進給，則會給工件及機床造成嚴重損傷。因此系統(tǒng)提供了一個制約功能，當主軸速度設有達到指令轉(zhuǎn)速時，限制G01方式進給，但G0，JOG＼REF以及手輪方式不受此限制。

4 結論

剛性攻絲時主軸的旋轉(zhuǎn)和進給軸進給之間總是保持同步。也就是說，在剛性攻絲時，主軸的旋轉(zhuǎn)不僅要實現(xiàn)速度控制，而且要實現(xiàn)位置的控制，從而實現(xiàn)高精高效的加工要求。系統(tǒng)發(fā)出0～±10V模擬電壓到變頻器的模擬接口，控制模擬主軸的旋轉(zhuǎn)。位置編碼器的使用是經(jīng)濟型數(shù)控車床實現(xiàn)剛性攻絲的必要條件，當然此功能的實現(xiàn)還要對系統(tǒng)參數(shù)進行深入了解，及PMC程序的改編，此文意在對今后此類問題的研究提供借鑒。

參考文獻：

[1]宋松.FANUC 0i系列數(shù)控系統(tǒng)維修診斷與實踐[M].遼寧科學技術出版社.

[2]BEIJING_FANUC 0i-A維修誰明書[S].

作者簡介：王思廣（1983-），男，吉林梅河口人，本科，工程師，主要從事：數(shù)控設備維修。