基于FANUC0i系統(tǒng)的多主軸控制研究

薛浩+謝春軼

（1上海優(yōu)尼斯工業(yè)設(shè)備銷(xiāo)售有限公司沈陽(yáng)分公司 遼寧 沈陽(yáng) 110142；2沈陽(yáng)機(jī)床成套設(shè)備有限責(zé)任公司 遼寧 沈陽(yáng) 110142）

摘 要：電氣設(shè)計(jì)和調(diào)試是數(shù)控機(jī)床研制過(guò)程中的重要內(nèi)容，優(yōu)良的電氣設(shè)計(jì)能使機(jī)床的性能發(fā)揮到最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的機(jī)械加工功能，提高加工效率。對(duì)于調(diào)試過(guò)程中遇到的難題能夠及時(shí)的反映，查找到原因迅速解決可以提高生產(chǎn)效率，使產(chǎn)品在交貨期內(nèi)完成，滿(mǎn)足用戶(hù)要求。本文針對(duì)FANUC Oi TC系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，伺服刀塔電氣連接調(diào)試，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)舉例結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，詳細(xì)闡述了多主軸控制，主軸自動(dòng)換檔調(diào)試的過(guò)程和步驟行了討論，其電氣調(diào)試步驟和方法可適用于各類(lèi)數(shù)控機(jī)床的調(diào)試。

關(guān)鍵詞：FANUC 0i系統(tǒng)；電氣調(diào)試；多軸控制

1.控制方式

多主軸控制方式分為兩種，A型只允許第一主軸使用SIND功能（用PMC控制主軸電機(jī)速度）；B型允許SIND功能分別用于多個(gè)主軸。

（1）基本控制（A型和B型通用）

S碼作為速度指令送至由主軸選擇信號(hào)選定的主軸，每個(gè)主軸以指定速度旋轉(zhuǎn)。如果一個(gè)主軸對(duì)應(yīng)的主軸選擇信號(hào)沒(méi)有接通，它以之前的速度繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就允許各主軸在同一時(shí)間內(nèi)可以不同速度旋轉(zhuǎn)。每個(gè)主軸都有各自的主軸停止信號(hào)（*SSTPl～*SSTP3，）以停止旋轉(zhuǎn)，不用的主軸可保持停止?fàn)顟B(tài)。使用主軸使能信號(hào)控制各主軸，ENB控制第一主軸，ENB2和ENB3控制第二/三主軸。PMC信號(hào)PC2SLC用于選擇第一或第二位置編碼器。

（2）多軸控制（A型）

當(dāng)通過(guò)SWSl信號(hào)選擇第一主軸時(shí)，SIND信號(hào)決定主軸模擬電壓由PMC還是CNC控制，R01I到R12I信號(hào)用于設(shè)定主軸模擬電壓。這些信號(hào)不影響第二/三主軸。PMC控制的極性（旋轉(zhuǎn)方向）選擇信號(hào)SGN和SSIN用來(lái)控制由SWSl～SWS3選定的主軸的回轉(zhuǎn)方向。多主軸控制方法A的框圖如圖1.1所示：

（3）多主軸控制（B型）

參數(shù)MSI No.3709#2設(shè)定為“l(fā)”時(shí)選擇B型控制，各主軸都有自己的SIND、SSIN和SGN信號(hào)，各信號(hào)的功能與相應(yīng)主軸選擇信號(hào)（SWSl～SWS3）狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)主軸選擇信號(hào)（SWSl～SWS3）或第一/二/三主軸的SIND信號(hào)設(shè)定為“1”時(shí)，極性控制信號(hào)SSIN，SCN生效。多主軸控制方法B的框圖如圖1.2所示：

2.被控主軸

在多主軸控制中，第一主軸為第一串行主軸，第二主軸為第二串行主軸，第三主軸為模擬主軸。第二和第三主軸不能同時(shí)連接。

（1）恒表面切削速度控制

如果主軸速度在此功能的允許速度范圍內(nèi)時(shí)，恒表面切削速度功能可用于三個(gè)主軸中的任意一個(gè)。需要位置編碼器時(shí)，它可安裝在第一或第二主軸上。主軸選擇信號(hào)（SWSl-3）在使用此功能期間必須保持為“l(fā)”。

（2）主軸速度波動(dòng)檢測(cè)

當(dāng)主軸速度波動(dòng)檢測(cè)功能與多主軸控制組合使用時(shí)，可使用多個(gè)編碼器。選擇第一主軸（第一位置編碼器）執(zhí)行主軸速度波動(dòng)檢測(cè)?？梢员O(jiān)控第二位置編碼器選擇信號(hào)（PL2SLC）和主軸選擇信號(hào)（SWSl-2）的狀態(tài)，不能使用第二位置編碼器執(zhí)行主軸速度波動(dòng)檢測(cè)功能。

（3）實(shí)際主軸速度輸出

實(shí)際主軸速度輸出功能將速度信息送至PMC，該信息從位置編碼器選擇信號(hào)（PC2SLC）所選定的位置編碼器獲得。當(dāng)參數(shù)HSO（NO.3709#5）為1時(shí)，不論第二位置編碼器選擇信號(hào)的狀態(tài)如何，均輸出第一和第二位置編碼器反饋脈沖的差值。

（4）主軸定位或Cs輪廓控制

在主軸定位或Cs輪廓控制方式中，主軸電機(jī)執(zhí)行定位操作時(shí)，第一主軸用作定位主軸。切換到定位方式，執(zhí)行定位指令與第一主軸的選擇信號(hào)（SWSl）的狀態(tài)無(wú)關(guān)。這意味著第一主軸在定位方式中不能作為平常意義上的主軸使用，但第二主軸的控制與平常一樣。

（5）主軸同步控制

在主軸同步控制方式中，第二主軸與第一主軸同步運(yùn)行，在同步控制期間可使用第一主軸的多主軸控制功能，第二主軸不能實(shí)現(xiàn)多主軸控制。

2.1 應(yīng)用信號(hào)

（1）主軸選擇信號(hào)SWSl、SWS2、SWS3

[類(lèi)別]輸入信號(hào)

[功能]在多主軸工作方式中，NC指定的S指令是否輸出給該軸。

SWSl l：輸出速度指令到第一主軸。O：不輸出速度指令到第一主軸。

SWS2 l：輸出速度指令到第二主軸。0：不輸出速度指令到第二主軸。

SWS3 1：輸出速度指令到第三主軸。O：不輸出速度指令到第三主軸。

（2）各主軸停止信號(hào)*SSTPl，*SSTP2、*SSTP3

[類(lèi)別]輸入信號(hào)

[功能]僅對(duì)多主軸控制有效，可由此信號(hào)分別停止各主軸。

*SSTPl l：不輸出0速指令到第一主軸。0：輸出0速指令到第一主軸。

*SSTP2 1：不輸出0速指令到第二主軸。0：輸出O速指令到第二主軸。

*SSTP3 1：不輸出0速指令到第三主軸。0：輸出0速指令到第三主軸。

（3）PMC的主軸控制信號(hào)

第l主軸 S1ND，SSIN，SGN，

R12I～R01I

第2主軸 SIND2，SSIN2，SGN2，

R1212～R0112

[類(lèi)別]輸入信號(hào)

[功能]各主軸的主軸電機(jī)可由PMC控制其速度指令和極性（旋轉(zhuǎn)方向）。通常，CNC指令用于指定速度和極性。通過(guò)使用這些信號(hào)，可選擇是由CNC還是由PMC發(fā)出的指令來(lái)執(zhí)行控制。即使不使用多主軸控制，該信號(hào)也可用于控制第二/三主軸。使用多主軸控制且選擇A型時(shí)（參數(shù)No.3709#2（MSI）設(shè)定為O，不能使用第二/三主軸的信號(hào)。

2.2 主要參數(shù)

8133#4-MSP：定義是否使用多主軸控制。O：不使用l：使用。注意：設(shè)定此參數(shù)后，繼續(xù)操作前必須關(guān)斷電源。

3701#4-SS2：串行主軸控制時(shí)，第二主軸O：不使用1：使用。注意：此參數(shù)僅在具有主軸串行輸出功能和參數(shù)ISI（參數(shù)3701#1）為0時(shí)有效。

3702#1-EMS：多主軸控制O：使用l：不使用。

3772-該參數(shù)設(shè)定最高主軸速度。

當(dāng)?shù)谝恢鬏S指令速度超過(guò)最高主軸速度設(shè)定值或由于主軸速度倍率使主軸速度超過(guò)最高速度設(shè)定值時(shí)，主軸速度被限制在參數(shù)設(shè)定的最高速度。

3802-該參數(shù)用于設(shè)定第二主軸的最高速度。

當(dāng)?shù)诙鬏S指令速度超過(guò)參數(shù)設(shè)定的最高主軸速度或由于主軸速度倍率使主軸速度超過(guò)最高速度時(shí)，主軸速度被限制在該參數(shù)設(shè)定的最高速度。

3.主軸自動(dòng)換檔

檔位的切換一部分是通過(guò)液壓實(shí)現(xiàn)的，一部分是通過(guò)電磁離合器實(shí)現(xiàn)的。給系統(tǒng)一個(gè)換檔的命令代碼，如果機(jī)床正在一個(gè)檔位上高速運(yùn)轉(zhuǎn)，接收代碼之后應(yīng)立即停止旋轉(zhuǎn)，這里需要做一個(gè)延時(shí)，等待主軸停止下來(lái)，之后主軸以緩慢的速度正反轉(zhuǎn)擺動(dòng)，正反轉(zhuǎn)交替運(yùn)行的時(shí)間為ls，擺動(dòng)的速度大約為5r/min，這樣做的好處是在齒輪切換的過(guò)程中能夠比較平滑的切換過(guò)去。

主軸正反轉(zhuǎn)的切換是通過(guò)PLC程序來(lái)控制的，應(yīng)用PLC邏輯控制技術(shù)可以大大簡(jiǎn)化強(qiáng)電控制線路，提高產(chǎn)品的可靠性。

結(jié)論

本文針對(duì)FANUC Oi TC系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，多主軸控制，主軸自動(dòng)換檔調(diào)試進(jìn)行了討論，文中闡述的過(guò)程及方法對(duì)數(shù)控機(jī)床調(diào)試有借鑒的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]孫建仁.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)特性影響加工精度的分析[J]，蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，l8（6）：45—50.