王寶平

(北京發(fā)那科數(shù)控工程有限公司，北京100102)

廣東某制冷設(shè)備有限公司使用的曲軸止推面磨床由國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)，配置的是FANUC 0i-TD數(shù)控系統(tǒng)。硬件上主進(jìn)給軸X軸和砂輪修整軸Z軸采用ai系列伺服驅(qū)動(dòng)和伺服電動(dòng)機(jī)，頭架主軸(C軸)采用ai主軸伺服單元和串行主軸電動(dòng)機(jī)，工件加工完成后采用了電氣開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)主軸定向的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)頭架停在一個(gè)固定的位置，定向效果不是很穩(wěn)定，需要經(jīng)常對(duì)主軸傳動(dòng)部分進(jìn)行維護(hù)。為此該公司委托筆者公司進(jìn)行頭架主軸電氣系統(tǒng)部分改造，解決目前機(jī)床存在的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)改造方案

硬件上保留FANUC 0i-TD系統(tǒng)、主進(jìn)給軸X和砂輪修整軸Z軸的ai系列伺服驅(qū)動(dòng)和伺服電動(dòng)機(jī)部分，頭架部分采用bi伺服驅(qū)動(dòng)和伺服電動(dòng)機(jī)代替原ai主軸伺服單元和串行主軸電動(dòng)機(jī)，改造后的硬件配置見(jiàn)圖1；軟件上系統(tǒng)增加伺服電動(dòng)機(jī)主軸控制功能A02B-0320-J978，通過(guò)對(duì)原機(jī)床系統(tǒng)PMC程序和主加工程序進(jìn)行合理修改來(lái)實(shí)現(xiàn)工件加工過(guò)程中頭架旋轉(zhuǎn)的速度功能和工件加工完成后頭架定向的功能，從而滿足加工要求。

2 頭架主軸動(dòng)作原理分析

2.1 頭架主軸的基于伺服電動(dòng)機(jī)主軸控制功能前的系統(tǒng)控制

頭架主軸除了實(shí)現(xiàn)頭架旋轉(zhuǎn)的速度功能和定向的功能外，在實(shí)際機(jī)床操作中操作者還可以通過(guò)機(jī)床操作面板選擇在系統(tǒng)手動(dòng)方式下通過(guò)接通第3軸的正反向方向信號(hào)或者在手輪方式來(lái)通過(guò)手輪操作使頭架慢速正反方向旋轉(zhuǎn)，來(lái)方便更換工裝或者設(shè)定頭架的機(jī)床零點(diǎn)(參數(shù)1815對(duì)應(yīng)位；機(jī)床零點(diǎn)就是定向的位置)，這部分的系統(tǒng)PMC程序編制和參數(shù)設(shè)定比較簡(jiǎn)單這里就不再進(jìn)行介紹了。

2.2 頭架主軸的基于伺服電動(dòng)機(jī)主軸控制功能

2.2.1 主軸旋轉(zhuǎn)控制

主軸旋轉(zhuǎn)控制，即主軸的速度控制。通過(guò)兩種方式可以對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)主軸進(jìn)行速度控制，執(zhí)行指定主軸旋轉(zhuǎn)指令的S 指令。第一種是基于程序的指令；第二種是基于信號(hào)的指令。

(1)基于程序的指令

在指令 G96.4 之后，伺服電動(dòng)機(jī)主軸進(jìn)入旋轉(zhuǎn)控制方式。一旦指令了SV 旋轉(zhuǎn)控制方式后，在解除SV 旋轉(zhuǎn)控制方式之前S 指令對(duì)此伺服電動(dòng)機(jī)主軸有效。要解除 SV 旋轉(zhuǎn)控制方式，需要指令主軸分度指令G96.1/G96.2。

(2)基于信號(hào)的指令

通過(guò)處理 SV 旋轉(zhuǎn)控制方式信號(hào)的上升與下降，可以對(duì)SV 旋轉(zhuǎn)控制方式進(jìn)行開(kāi)始/解除的切換。同時(shí)可以通過(guò)SV 旋轉(zhuǎn)控制方式中信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)。為SV 旋轉(zhuǎn)控制反轉(zhuǎn)信號(hào)，另外也可通過(guò)參數(shù)3706#6、7 改變主軸速度輸出時(shí)的電壓極性。

(3)關(guān)于指令的幾點(diǎn)說(shuō)明

①主軸速度指令輸出：進(jìn)入 SV 旋轉(zhuǎn)控制方式后，進(jìn)行與通常的速度指令(S 指令)相同的設(shè)定。此外，不需要基于下列輸入信號(hào)的順序：*ESPA、MRDYA、SFRA。

②主軸速度輸出的停止條件：可通過(guò)指定*SSTP 為0、指令S0 或主軸分度指令使主軸速度指令輸出為0。

本機(jī)床改造中使用基于信號(hào)的指令，通過(guò)M03和M19來(lái)接通及斷開(kāi)G521.2來(lái)實(shí)現(xiàn)和取消主軸旋轉(zhuǎn)控制功能。

2.2.2 主軸定向控制

(1)基于程序的指令(有R指令)

通過(guò)G96.1 進(jìn)行主軸分度時(shí)，在主軸分度結(jié)束時(shí)解除SV 旋轉(zhuǎn)控制方式。

格式：G96.1 P_ R_ ; 等待主軸分度結(jié)束，結(jié)束后開(kāi)始下一個(gè)程序段的動(dòng)作。

P :指令主軸選擇。

R :停止角度[deg][0～參數(shù)(No.1260) ]。

例如： M03 S1000 ; … 在S1000 下正轉(zhuǎn)。

G96.1 P0 R180. ; … 旋轉(zhuǎn)在180°的位置停止。

(2)基于信號(hào)的切換指令

基于SV 旋轉(zhuǎn)控制方式信號(hào) OFF(‘1’→‘0’)的主軸分度動(dòng)作。

(3)各軸的主軸分度中信號(hào) SPP1～SPP6

[分類(lèi)]輸出信號(hào)。

[功能]此信號(hào)通知各軸的主軸分度正在執(zhí)行中的事實(shí)。

[輸出條件]主軸分度尚未完成時(shí)為‘1’；主軸分度已經(jīng)完成時(shí)為‘0’。

本機(jī)床改造中使用基于信號(hào)的切換指令，在執(zhí)行M03來(lái)接通G521.2實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)控制功能前提下通過(guò)執(zhí)行M19斷開(kāi)G521.2(‘1’→‘0’)來(lái)實(shí)現(xiàn)頭架的定向(C軸正向返回機(jī)床零點(diǎn))。

3 主加工程序用到的輔助功能代碼及PMC程序

3.1 輔助功能代碼

M03 S300；頭架以300 r/min的速度開(kāi)始正轉(zhuǎn)。

M19；頭架旋轉(zhuǎn)停止開(kāi)始定向。

3.2 PMC 梯形圖

PMC梯形圖見(jiàn)圖2。

4 需要設(shè)定的參數(shù)

基本伺服參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表1。

表1 基本伺服參數(shù)設(shè)定

基本主軸參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表2。

基于伺服電動(dòng)機(jī)主軸功能參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表3。

表2 基本主軸參數(shù)設(shè)定

5 結(jié)語(yǔ)

改造后的機(jī)床經(jīng)過(guò)連續(xù)一年的使用，電氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，頭架主軸旋轉(zhuǎn)控制及定向效果良好，加工節(jié)拍和工作效率得到提升，加工工件的一次性檢驗(yàn)，完全符合工藝要求，達(dá)到了預(yù)期的效果。本案中基于伺服電動(dòng)機(jī)的主軸控制使用的是FANUC 0i-TD 系統(tǒng)，原理方法也適用于FANUC 0i-F、30i/31i/32i/35i系列系統(tǒng)。

表3 基于伺服電動(dòng)機(jī)主軸功能參數(shù)設(shè)定

[1]北京發(fā)那科機(jī)電有限公司. FANUC Series 0i- MODEL D/FANUC Series0i Mate - MODEL D 連接說(shuō)明書(shū)( 功能篇) B - 64303CM[S].