FANUC串聯(lián)控制功能的應(yīng)用及調(diào)試

青海第二機(jī)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(dòng)一個(gè)大的工作臺(tái)時(shí)僅僅依賴一臺(tái)電動(dòng)機(jī)得不到足夠轉(zhuǎn)矩的情況下，可以用2臺(tái)電動(dòng)機(jī)使1個(gè)軸運(yùn)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(tái)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(jī)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(tái)階齒輪。

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

由于機(jī)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(dòng)刀具軸向的進(jìn)給移動(dòng)。本機(jī)床溜板是帶動(dòng)銑頭實(shí)現(xiàn)刀具軸向進(jìn)給的執(zhí)行部件，也就是Z軸。Z軸的運(yùn)動(dòng)由雙伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過固定在溜板上的兩個(gè)減速箱輸入，經(jīng)兩個(gè)齒輪輸出，再經(jīng)固定在機(jī)床床身上的齒條帶動(dòng)溜板移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Z軸的進(jìn)給及快速移動(dòng)。這就是運(yùn)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(gè)軸來處理，但是，對(duì)于伺服參數(shù)管理和伺服報(bào)警監(jiān)視，把串聯(lián)控制作為兩個(gè)軸來處理。該功能的原理如圖1所示，主動(dòng)軸用于定位，從動(dòng)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(jī)床中的應(yīng)用

本機(jī)Z軸由兩個(gè)αiF22/3000的伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。如圖2所示，采用雙伺服電動(dòng)機(jī)，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(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)。

圖2

3.Tandem 控制的功能調(diào)試

本機(jī)床的Z軸控制為半閉環(huán)控制，主/從電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接與普通電動(dòng)機(jī)聯(lián)接相同。

（1）電動(dòng)機(jī)的基本設(shè)定 主/從電動(dòng)機(jī)基本設(shè)定方法與普通電動(dòng)機(jī)基本設(shè)定一樣，本機(jī)床共有五個(gè)伺服軸，而Z軸兩個(gè)電動(dòng)機(jī)使用Tandem 控制，使用一個(gè)兩軸的放大器（SVM2－80/80I），使本機(jī)床實(shí)際伺服軸控制變成了六軸，本文只針對(duì)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(hào)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(gè)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(jī)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(dòng)機(jī)、Z2電動(dòng)機(jī)到齒條的降速比均為1∶50，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)的進(jìn)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(dòng)機(jī)的速度增益必須設(shè)置相同的數(shù)值；主/從電動(dòng)機(jī)在非Tandem的狀態(tài)下，只允許主/從電動(dòng)機(jī)進(jìn)行微動(dòng)，禁止任意一個(gè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)另外一個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行大角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。

（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(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)出力是否一致，從電動(dòng)機(jī)脈沖編碼器一側(cè)看沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)設(shè)定為111，沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)設(shè)定為－111，要保證主/從電動(dòng)機(jī)方向一致。然后設(shè)置主/從電動(dòng)機(jī)參數(shù)NO.1817#6為1，使能Tandem控制功能。斷電重啟，手動(dòng)低速移動(dòng)由主/從電動(dòng)機(jī)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(dòng)電動(dòng)機(jī)的速度沒有得到控制，因此，反向間隙大的機(jī)床，從動(dòng)電動(dòng)機(jī)在齒輪等反向間隙間產(chǎn)生振動(dòng)而導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定，所以使用速度反饋平均功能，通過對(duì)從動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度控制，即可以使機(jī)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(duì)于受到位置（速度）反饋控制的扭矩施加偏置，可以在主/從動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)電動(dòng)機(jī)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(jī)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(dòng)移動(dòng)Z軸，觀察負(fù)載，正方向移動(dòng)時(shí)，主動(dòng)軸負(fù)載大于從動(dòng)軸負(fù)載；負(fù)方向移動(dòng)時(shí)，主動(dòng)軸負(fù)載小于從動(dòng)軸負(fù)載；負(fù)載值小且對(duì)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(duì)主控軸進(jìn)行設(shè)定即可的參數(shù)、對(duì)主控軸和從控軸設(shè)定不同數(shù)值的參數(shù)、對(duì)主控軸和從控軸設(shè)定相同數(shù)據(jù)的參數(shù)不再羅列。