FANUC 多主軸控制技術(shù)在直驅(qū)轉(zhuǎn)臺中的應(yīng)用*

趙小玲 趙延軍 楊錦斌

(①青海一機數(shù)控機床有限責(zé)任公司，青海 西寧810018;②青海能源發(fā)展集團有限公司，青海 西寧810100)

筆者公司2010 年承擔(dān)了國家科技重大專項——動梁無滑枕立式銑車復(fù)合加工中心(2010ZX04001—032)科技攻關(guān)任務(wù)，開發(fā)直驅(qū)回轉(zhuǎn)工作臺是主要關(guān)鍵技術(shù)之一。銑車復(fù)合加工中心處于車削狀態(tài)時直驅(qū)回轉(zhuǎn)工作臺作為第二主軸，此項控制采用了數(shù)控系統(tǒng)多主軸控制技術(shù)。該機型(XCM1600 型)配置FANUC 31i-B5 數(shù)控系統(tǒng)，直驅(qū)轉(zhuǎn)臺采用DiS5000/50 同步內(nèi)裝電動機。

現(xiàn)從FANUC 多主軸控制技術(shù)應(yīng)用分析、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、PLC 控制程序設(shè)計、應(yīng)用實例等內(nèi)容進行闡述，不對之處敬請指正。

1 FANUC 多主軸控制技術(shù)應(yīng)用分析

FANUC 系統(tǒng)對多主軸控制有3 種技術(shù)方案:

方案1:SIND(基于PMC 的主軸電動機轉(zhuǎn)速控制)功能只限于在第1 主軸上可以使用的方式。當(dāng)通過SWS1 主軸選擇信號選擇第一主軸時，可以相對第1主軸使用SIND 信號＜Gn033.7 ＞以及R01I～R12I ＜Gn032.0～Gn033.3 ＞。SIND 信號對其他主軸沒有影響。PMC 控制的極性(旋轉(zhuǎn)方向)控制信號SON 和SSIN 用來控制由SWSl、SWS2、SWS3、SWS4 選定的主軸的旋轉(zhuǎn)方向。

結(jié)構(gòu)概略圖如圖1 所示。

方案2:可以在各個主軸上分別獨立使用SIND 功能的方式。各主軸有自己的SIND、SSIN、SGN 信號，當(dāng)其主軸的主軸選擇信號SWSl、SWS2、SWS3、SWS4 或第1/2/3/4 主軸的SINDx 信號設(shè)定為1 時，各軸用的極性(旋轉(zhuǎn)方向)控制信號SSIN，SGN 才生效。

結(jié)構(gòu)概略圖如圖2 所示。

方案3:基本與第二種方式相同，各主軸各自都具有其獨立的SIND、SSIN、SGN 信號。主軸的選擇，不是通過主軸選擇信號(SWS1～SWS4)進行，而是通過P指令進行。各軸用的極性(旋轉(zhuǎn)方向)控制信號SSIN，SGN，只對由P 指令所選的主軸或SIND 信號為1 的主軸有效。各主軸還可應(yīng)用不同的倍率進行控制。

結(jié)構(gòu)概略圖如圖3 所示。

由于復(fù)合型機床用1 套數(shù)控系統(tǒng)控制兩個主軸且這兩個主軸需要區(qū)分加工狀態(tài)單獨旋轉(zhuǎn)，故采用第3種控制方式，兩主軸用相同的倍率開關(guān)進行控制，這樣既能滿足功能又減少PLC 程序的編制量。

值得注意的是數(shù)控系統(tǒng)除FANUC 標(biāo)配的加工中心、車削中心功能外還應(yīng)選購多主軸控制(multi spindle control)、基于伺服電機的主軸控制(spindle control with servo motor)功能，這些功能是直驅(qū)轉(zhuǎn)臺做第二主軸的必備功能。

2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

參數(shù)值的設(shè)定直接影響著系統(tǒng)性能的發(fā)揮，這就要求我們在實際應(yīng)用過程中，通過不斷的試驗來優(yōu)化參數(shù)以求找到最優(yōu)參數(shù)的設(shè)定方法。通過不斷的積累，既可以提高自己也可以提高系統(tǒng)的性能。

正確設(shè)置與第二主軸加減速、轉(zhuǎn)速、控制相關(guān)的參數(shù)，以XCM1600 機型為例參數(shù)設(shè)置如下:

設(shè)定直線軸或旋轉(zhuǎn)軸類型，1006#0 設(shè)定為1，1006#1 設(shè)定為0。

設(shè)定旋轉(zhuǎn)軸循環(huán)功能有效，1008#0 設(shè)定為1。

設(shè)定旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動一周的移動量，1260 設(shè)定為360。

設(shè)定使用多主軸控制功能，3702#1 設(shè)定為0，

設(shè)定在多主軸控制中通過程序指令來進行主軸的選擇，3703#3 設(shè)定為1。

設(shè)定與齒輪1 對應(yīng)的各主軸的最大轉(zhuǎn)速，3741 S2設(shè)定為50。

設(shè)定各主軸的主軸放大器號，3717 S1 設(shè)定為1，S2 設(shè)定為0。

設(shè)定多主軸中選擇主軸的P 代碼，3781 S1 設(shè)定為1，S2 設(shè)定為2。

設(shè)定基于伺服電動機的主軸控制功能中作為伺服電動機主軸使用。11000#7 設(shè)定為1。

設(shè)定進行基于伺服電動機的主軸控制功能的主軸號，11010 設(shè)定為2。

設(shè)定伺服電動機主軸每旋轉(zhuǎn)一周的移動量，11011設(shè)定為360。

設(shè)定各軸的主軸分度速度，11012 設(shè)定為3。

設(shè)定在進行基于伺服電動機的主軸控制功能時的電動機的最高轉(zhuǎn)速，11015 設(shè)定為50。

設(shè)定在基于伺服電動機的主軸控制功能中進行速度控制時的插補后加/減速時間常數(shù)，11016 設(shè)定為300。

設(shè)定在基于伺服電動機的主軸控制功能中進行速度控制時的指數(shù)函數(shù)型加/減速時間常數(shù)的下限速度(FL 速度)，11017 設(shè)定為5。

設(shè)定在基于伺服電動機的主軸控制功能中用來切換進行旋轉(zhuǎn)控制時的加/減速的轉(zhuǎn)速(第1 級)，11020設(shè)定為15。

設(shè)定在基于伺服電動機的主軸控制功能中用來切換進行旋轉(zhuǎn)控制時的加/減速的轉(zhuǎn)速(第2 級)，11021設(shè)定為30。

設(shè)定在基于伺服電動機的主軸控制功能中進行旋轉(zhuǎn)控制時的加/減速1(區(qū)間1)。11030 設(shè)定為50。

設(shè)定在基于伺服電動機的主軸控制功能中進行旋轉(zhuǎn)控制時的加/減速2(區(qū)間2)。11031 設(shè)定為30。

設(shè)定在基于伺服電動機的主軸控制功能中進行旋轉(zhuǎn)控制時的加/減速3(區(qū)間3)。11032 設(shè)定為15。

這些參數(shù)設(shè)置完成后便使多主軸功能生效，兩個主軸的選擇通過第一主軸以P1 指令，第二主軸以P2指令，且兩個主軸用相同的倍率進行控制，并對第二主軸的最高轉(zhuǎn)速、加減速等進行了設(shè)置。

3 PLC 控制程序設(shè)計

直驅(qū)轉(zhuǎn)臺作為復(fù)合型機床的第二主軸在操作過程中應(yīng)于第一主軸一樣具有手動控制、自動控制。PLC程序中需處理Gn521.0～Gn521.5 SV 旋轉(zhuǎn)控制方式信號，Gn523. 0～Gn523. 5 SV 反轉(zhuǎn)信號，Gn027. 3、Gn027. 4 各主軸停止信號，轉(zhuǎn)臺抬起信號。在XCM1600 機型中第二主軸對應(yīng)的進給軸(C軸)在伺服連接順序中處于第5 個軸，以下系統(tǒng)信號以此為依據(jù)。

PLC 控制程序如圖4 所示。

機床外圍信號說明:X5. 6 第一主軸松開檢測，X8.4 緊急停止，X5. 0、X5. 2 轉(zhuǎn)臺松開到位檢測，X5.1、X5.3 轉(zhuǎn)臺夾緊到位檢測，Y4.3 轉(zhuǎn)臺抬起輸出。系統(tǒng)操作面板信號說明:X26.1C軸選擇按鍵，X27.0主軸正轉(zhuǎn)按鍵，X27.1 主軸停止按鍵，X27.2 主軸反轉(zhuǎn)按鍵，Y14.1C軸選擇指示燈。

控制動作如下:自動方式時指令M33/M34(第二主軸正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn))，延時4 s 后轉(zhuǎn)臺執(zhí)行松開動作，松開到位再延時2 s 后以指令的轉(zhuǎn)速和方向旋轉(zhuǎn)，指令M35 后第二主軸停止。手動方式時按下C軸和主軸正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)按鍵，轉(zhuǎn)臺同自動方式一樣先執(zhí)行松開動作再執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動作，當(dāng)按下主軸停止按鍵時第二主軸停止。因兩主軸用相同的倍率進行控制，此PLC 控制程序比較常用，故不再例舉。

4 應(yīng)用實例

完成以上過程后即可實現(xiàn)對第二主軸的自動、手動控制，自動方式下各主軸按如下格式編程，各主軸用同一個倍率開關(guān)控制。

(1)第一主軸

(2)第二主軸

初始旋轉(zhuǎn)第二主軸時請指定較低的轉(zhuǎn)速，在旋轉(zhuǎn)的同時請監(jiān)控相對應(yīng)進給軸的電動機負載電流。電流值較大時可增大其速度增益，條件許可的情況下可對該軸用FANUC SERVO GUIDE 軟件進行優(yōu)化。

5 結(jié)語

FANUC 多主軸控制技術(shù)在筆者公司XCM1600 型動梁無滑枕立式銑車復(fù)合加工中心直驅(qū)轉(zhuǎn)臺控制中成功應(yīng)用，受到公司領(lǐng)導(dǎo)及用戶的高度評價。

目前國內(nèi)數(shù)控機床的研發(fā)主要面向高檔次追求高速、精密和多軸聯(lián)動復(fù)合加工等，多主軸控制直驅(qū)轉(zhuǎn)臺技術(shù)在復(fù)合型機床上應(yīng)用較廣，此項成熟應(yīng)用的經(jīng)驗值得更多同行借鑒參考。