FANUC 0i-TD 系統(tǒng)基于伺服電動機(jī)主軸控制功能的實(shí)現(xiàn)

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)動和伺服電動機(jī)，頭架主軸(C軸)采用ai主軸伺服單元和串行主軸電動機(jī)，工件加工完成后采用了電氣開關(guān)實(shí)現(xiàn)主軸定向的方式來實(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)常對主軸傳動部分進(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)動和伺服電動機(jī)部分，頭架部分采用bi伺服驅(qū)動和伺服電動機(jī)代替原ai主軸伺服單元和串行主軸電動機(jī)，改造后的硬件配置見圖1；軟件上系統(tǒng)增加伺服電動機(jī)主軸控制功能A02B-0320-J978，通過對原機(jī)床系統(tǒng)PMC程序和主加工程序進(jìn)行合理修改來實(shí)現(xiàn)工件加工過程中頭架旋轉(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 頭架主軸動作原理分析

2.1 頭架主軸的基于伺服電動機(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機(jī)床操作面板選擇在系統(tǒng)手動方式下通過接通第3軸的正反向方向信號或者在手輪方式來通過手輪操作使頭架慢速正反方向旋轉(zhuǎn)，來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。通過兩種方式可以對伺服電動機(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；第二種是基于信號的指令。

(1)基于程序的指令

在指令 G96.4 之后，伺服電動機(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 指令對此伺服電動機(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)基于信號的指令

通過處理 SV 旋轉(zhuǎn)控制方式信號的上升與下降，可以對SV 旋轉(zhuǎn)控制方式進(jìn)行開始/解除的切換。同時(shí)可以通過SV 旋轉(zhuǎn)控制方式中信號進(jìn)行確認(rèn)。為SV 旋轉(zhuǎn)控制反轉(zhuǎn)信號，另外也可通過參數(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的順序：*ESPA、MRDYA、SFRA。

②主軸速度輸出的停止條件：可通過指定*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的指令，通過M03和M19來接通及斷開G521.2來實(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)束后開始下一個(gè)程序段的動作。

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)基于信號的切換指令

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

(3)各軸的主軸分度中信號 SPP1～SPP6

[分類]輸出信號。

[功能]此信號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的切換指令，在執(zhí)行M03來接通G521.2實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)控制功能前提下通過執(zhí)行M19斷開G521.2(‘1’→‘0’)來實(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的速度開始正轉(zhuǎn)。

M19；頭架旋轉(zhuǎn)停止開始定向。

3.2 PMC 梯形圖

PMC梯形圖見圖2。

4 需要設(shè)定的參數(shù)

基本伺服參數(shù)設(shè)定見表1。

表1 基本伺服參數(shù)設(shè)定

基本主軸參數(shù)設(shè)定見表2。

基于伺服電動機(jī)主軸功能參數(shù)設(shè)定見表3。

表2 基本主軸參數(shù)設(shè)定

5 結(jié)語

改造后的機(jī)床經(jīng)過連續(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 連接說明書( 功能篇) B - 64303CM[S].