李 丹

（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽 618000）

數(shù)控機(jī)床主軸功能中，最重要的是對(duì)主軸的速度進(jìn)行控制。數(shù)控機(jī)床通過增加機(jī)械變速機(jī)構(gòu)（齒輪傳動(dòng)或帶傳動(dòng)），來提高主軸低速轉(zhuǎn)矩和擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍。這就要求CNC能夠根據(jù)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)實(shí)際傳動(dòng)比，自動(dòng)改變主軸速度指令的輸出，并保證加工程序中的S代碼指令和主軸轉(zhuǎn)速一致。這種功能，我們稱作傳動(dòng)級(jí)交換。

本文主要針對(duì)FANUC-0iC/D主軸速度控制的實(shí)現(xiàn)方法和相關(guān)參數(shù)設(shè)定，作分析討論。

1 傳動(dòng)級(jí)交換實(shí)現(xiàn)形式

在FANUC-0iC/D，傳動(dòng)級(jí)交換功能實(shí)現(xiàn)有不同的實(shí)現(xiàn)形式，總體上分為T換擋和M換擋[1]。

2 T換擋控制與實(shí)例

2.1 T換擋控制

T換擋指令由 M41～M44（用正體）控制，PMC根據(jù)換擋指令直接控制機(jī)械變速裝置更換變速檔，動(dòng)作完成后用PMC→CNC的內(nèi)部信號(hào)GR1/GR2，將目前的傳動(dòng)級(jí)告知CNC。CNC將按照參數(shù)PRM3741～PRM3744設(shè)定，輸出與實(shí)際傳動(dòng)比對(duì)應(yīng)的S模擬電壓。

T型換擋的輸出特性如圖1[2]。不同傳動(dòng)級(jí)、模擬量輸出為10 V時(shí)，最高主軸轉(zhuǎn)速S可通過參數(shù)PRM3741～PRM3744進(jìn)行設(shè)定，小于最高轉(zhuǎn)速的S指令，輸出在0～10 V范圍內(nèi)線性變化；大于最高轉(zhuǎn)速的S指令，輸出保持10 V不變。

圖1 T型換擋的輸出特性

在FANUC-0iC/D，參數(shù)PRM3741～PRM3744的意義為1～4檔主軸的最高轉(zhuǎn)速。

當(dāng)數(shù)控機(jī)床變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比確定后，PRM3741～PRM3744設(shè)定值為：電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速×不同檔位的傳動(dòng)比，即不同檔位時(shí)，10 V所對(duì)應(yīng)的主軸速度。

T換擋傳動(dòng)級(jí)GR1/GR2信號(hào)與主軸的轉(zhuǎn)速有關(guān)系，如表1，參數(shù)PRM3741～PRM3744的設(shè)定應(yīng)依次增加[3]。

表1 GR1/GR2信號(hào)與主軸的轉(zhuǎn)速關(guān)系

2.2 實(shí)例

例：某數(shù)控車床有主軸伺服電機(jī)（27 kW，4000 r/min），經(jīng)過3級(jí)變速裝置，傳動(dòng)比分別1:1.03，1:2.177，1:7.617，CNC的最大S模擬量輸出為10 V，試計(jì)算不同檔位時(shí)指令S400所對(duì)應(yīng)S模擬量輸出的電壓值。

參數(shù)設(shè)定：

1檔（M41）主軸的最高轉(zhuǎn)速PRM3741

=4 000×(1:7.617)=525.14 r/min

2檔（M42）主軸的最高轉(zhuǎn)速PRM3742

=4 000 r/min

3檔（M43）主軸的最高轉(zhuǎn)速PRM3743

=4 000×(1:1.03)=3 883.49 r/min

PRM3744（M44）：由于檔位不足 4 檔，該參數(shù)可設(shè)定為最大輸入值99 999

由于各檔位最高轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的模擬電壓均為10 V，故1～3檔執(zhí)行S400指令的S模擬量輸出電壓值計(jì)算為:

說明：采用T換擋時(shí)，上例中數(shù)控機(jī)床的三檔變速范圍分別為 0～525.14 r/min、0～1837.39 r/min 、0～3883.49 r/min；S400指令在三個(gè)檔位范圍內(nèi)都可實(shí)現(xiàn)，具體選擇的檔位由編程者M(jìn)41～M44控制決定，并輸出相應(yīng)的電壓值。

3 M換擋控制與實(shí)例

3.1 M換擋控制

M換擋控制是CNC根據(jù)S指令自動(dòng)切換傳動(dòng)級(jí)的強(qiáng)制換擋方式，檔位選擇信號(hào)可通過CNC→PMC的內(nèi)部信號(hào)GR10～GR30輸出，兩檔時(shí)為GR10、GR20,三檔時(shí)為 GR10、GR20、GR30。CNC 輸出選檔信號(hào)時(shí)，同時(shí)輸出”SF”(F150.2)信號(hào)。PMC根據(jù)要求控制主軸換擋。M換擋動(dòng)作完成后，PMC程序利用實(shí)際傳動(dòng)級(jí)信號(hào)GR1/GR2，將當(dāng)前的傳動(dòng)級(jí)告訴CNC，如果實(shí)際傳動(dòng)級(jí)和CNC要求一致，CNC便輸出于實(shí)際傳動(dòng)級(jí)對(duì)應(yīng)的S模擬電壓。任意一個(gè)S編程轉(zhuǎn)速只能有一個(gè)傳動(dòng)級(jí)，或者說一個(gè)檔位只能在指定S指令區(qū)間有效。

如果不同檔位的切換在主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到某一值時(shí)（一般為最大轉(zhuǎn)速）進(jìn)行，這樣換擋稱為A型換擋，如果不同檔位的切換可在不同的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，這樣的換擋稱為B換擋。

3.1.1 A型換擋的設(shè)定

A型換擋的輸出特性如圖2[2].

圖2 A型換擋的輸出特性

主軸換檔時(shí)的主軸電機(jī)上限速度由PRM3736參數(shù)決定，主軸換檔時(shí)的主軸電機(jī)下限速度由PRM3735參數(shù)決定，設(shè)定值可按下式計(jì)算：

式中：4095是CNC的12位D/A轉(zhuǎn)換器的最大數(shù)字量輸入。

如果額定轉(zhuǎn)速6 000 r/min的電動(dòng)機(jī)，在60 r/min以上、5 000 r/min以下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有：

A型換擋參數(shù)PRM3741～PRM3744定義方法與T換擋相同。

由此可以確定：

實(shí)例：某加工中心控制系統(tǒng)采用FANUC-0IMC，機(jī)床主軸為交流伺服電動(dòng)機(jī)FANUCα22/7000i，功率22 kW；主軸變速箱有三檔齒輪，高檔傳動(dòng)比1：1.002，中檔傳動(dòng)比 1：3.012，低檔傳動(dòng)比為 1:7.043,主軸電機(jī)最低箝制轉(zhuǎn)速0 r/min，最高箝制轉(zhuǎn)速5000 r/min，試確定主軸速度配置參數(shù)，并計(jì)算S400所對(duì)應(yīng)S模擬量輸出的電壓值。

確定參數(shù)如下：

該數(shù)控機(jī)床 0～710 r/min 為低檔（GR10），711r/min～1 660 r/min 為中檔（GR20），1 661 r/min～4 990 r/min（GR30）為高檔。

由編程人員給定的 S400，400 r/min在 0～710 r/min范圍內(nèi)為低檔。CNC根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)變檔。

3.1.2 B型換擋的設(shè)定

B型換擋的輸出特性如圖3[2].

圖3 B型換擋的輸出特性

B型換擋與A型換擋基本相同，只是不同檔位的切換可在不同的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，并由參數(shù)PRM3751、PRM3752確定。

4 結(jié)束語

在FANUC-0iC/D主軸速度控制分為T換擋和M換擋。兩者都是通過參數(shù)PRM3741～PRM3744把機(jī)床側(cè)變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比通知CNC。在T換擋中，不同檔位的變速范圍有重疊，因此同一S指令可對(duì)應(yīng)不同檔位。M換擋則通過參數(shù)PRM3735、PRM3736、PRM3751、PRM3752使各檔位的變速范圍無重疊，任意一個(gè)S編程轉(zhuǎn)速只能有一個(gè)傳動(dòng)級(jí)。

[1]羅 敏.典型數(shù)控系統(tǒng)用用技術(shù)（FANUC篇）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009:226-234.

[2]北京發(fā)那科機(jī)電有限公司.FANUC Series 0-MODEL D/FANUC Series 0 Mate-MODEL D參數(shù)說明書[BE/OL].北京：北京發(fā)那科機(jī)電有限公司，2004.http://www.bj-fanuc.com.cn/tech/81.html.

[3]宋 松.FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)連接調(diào)試與維修診斷 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010:52-58.