FANUC系統(tǒng)剛性攻絲功能在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

1、FANUC系統(tǒng)剛性攻絲功能在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用 張小軍（寶雞機(jī)床集團(tuán)有限公司， ）摘要：本文闡述了剛性攻絲基本原理、硬件配置，梯形圖編寫，參數(shù)設(shè)置以及調(diào)試中的注意事項(xiàng)，F(xiàn)ANUC數(shù)控系統(tǒng)在功能擴(kuò)展和應(yīng)用方面在生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用。關(guān)鍵詞：FANUC數(shù)控系統(tǒng)； 高速； 高精度；剛性攻絲中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004-0420(2010)05-0012-030引言如何利用現(xiàn)有加工手段進(jìn)行高速高精度的加工，是困擾機(jī)床使用者最多的問題。剛性攻絲功能能高速高精度攻絲加工，作為數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家如何利用數(shù)控系統(tǒng)提供的剛性攻絲功能，使攻絲操作達(dá)到高速、高效，是數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)人員追求的目標(biāo)。本

2、文將以FANUC 0i系統(tǒng)為例，對(duì)剛性攻絲功能在數(shù)控機(jī)床中具體控制過程進(jìn)行闡述。1剛性攻絲的原理眾所周知，傳統(tǒng)的攻絲固定循環(huán)是利用程序指令控制主軸轉(zhuǎn)向和速度，給定攻絲軸軸向深度，裝在主軸上的主軸編碼器實(shí)時(shí)采集主軸轉(zhuǎn)速，送入數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算刀具每分鐘進(jìn)給速率F。由此我們可以看出傳統(tǒng)的攻絲固定循環(huán)，主軸運(yùn)行在速度控制方式之下。由于控制方式的局限性，實(shí)時(shí)主軸速度受切削抗力變化的瞬間影響，很難保證主軸旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給軸的移動(dòng)嚴(yán)格同步，容易使直徑小的絲錐斷掉。為克服此缺陷通常采用浮動(dòng)絲錐工裝，但其自身浮動(dòng)特點(diǎn)造成螺紋加工效率低，且精度不易保證。為了克服彈性攻絲的以上弊端，數(shù)控系統(tǒng)廠家開發(fā)出剛性攻絲

3、功能。在剛性攻絲時(shí)，主軸旋轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)所對(duì)應(yīng)鉆孔軸的進(jìn)給量必須和攻絲的螺距相等，即必須滿足如下的條件：P=F/SP：攻絲的螺距(mm)；F：攻絲軸的進(jìn)給量(mm/min)；S：主軸的速度(r/min)。在剛性攻絲方式，主軸電機(jī)的控制方式與伺服電機(jī)相同，進(jìn)入位置控制方式，沿攻絲軸的運(yùn)動(dòng)和主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)均有補(bǔ)償。剛性攻絲時(shí)，主軸1轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)于沿主軸軸向一定的進(jìn)給量（螺紋螺距），主軸加減速時(shí)也嚴(yán)格維持這一關(guān)系。也就是說，在剛性攻絲時(shí)，主軸的旋轉(zhuǎn)不僅要實(shí)現(xiàn)速度控制，而且要實(shí)行位置的控制。主軸的旋轉(zhuǎn)和攻絲軸的進(jìn)給要實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)，在孔底加工時(shí)的加/減速仍要滿足P=F/S的條件時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高速、高精度攻絲。2剛性攻絲系

4、統(tǒng)配置剛性攻絲功能一般是使用FANUC的串行主軸控制，同時(shí)用一個(gè)帶1轉(zhuǎn)信號(hào)的位置編碼器來確定旋轉(zhuǎn)軸和攻絲軸的位置關(guān)系來共同實(shí)現(xiàn)。這個(gè)位置編碼器可以是外裝的，也可以是主軸電機(jī)內(nèi)裝的。由于機(jī)床結(jié)構(gòu)以及檢測(cè)精度不同，反饋系統(tǒng)的配置也就不同。使用外裝編碼器原理如圖1所示：圖1 外裝編碼器控制原理圖3剛性攻絲PMC程序的實(shí)現(xiàn)（圖2）圖2 梯形圖4剛性攻絲相關(guān)參數(shù)4.1主軸參數(shù)4000#0=0 主軸與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向一致4001#4=0 主軸傳感器的安裝方向與旋轉(zhuǎn)方向一致4002#3，2，1，0=0，0，1，0 在主軸傳感器上使用位置編碼器4003#7，6，5，4=0，0，0，0 主軸傳感器的齒輪設(shè)定：1：

5、14.2剛性攻絲參數(shù)5101#6=1 攻絲到孔底時(shí)輸出M05再反轉(zhuǎn)5112=4攻絲時(shí)主軸正轉(zhuǎn)的M指令5113=3 攻絲時(shí)主軸反轉(zhuǎn)的M指令5200#0=0剛性攻絲5204#0=1 在診斷上顯示剛性攻絲的同步誤差5211=100 剛性攻絲退刀時(shí)的倍率5214=2000剛性攻絲同步誤差寬幅的設(shè)定5241=2500 剛性攻絲時(shí)主軸最高轉(zhuǎn)速15242=2500 剛性攻絲時(shí)主軸最高轉(zhuǎn)速15261=100 主軸和攻絲軸的直線加減速的時(shí)間常數(shù)15262=100 主軸和攻絲軸的直線加減速的時(shí)間常數(shù)15300 =10 剛性攻絲時(shí)攻絲軸的到位寬度5301=50 剛性攻絲時(shí)主軸的到位寬度5310=13000剛性攻絲時(shí)

6、攻絲軸移動(dòng)時(shí)位置偏差5311=30000 剛性攻絲時(shí)主軸移動(dòng)時(shí)位置偏差5312=200 剛性攻絲時(shí)攻絲軸停止時(shí)位置偏差5313=500 剛性攻絲時(shí)主軸停止時(shí)位置偏差5314 剛性攻絲時(shí)攻絲軸移動(dòng)時(shí)位置偏差（設(shè)定值超過5310的設(shè)定范圍設(shè)本參數(shù)）5280 剛性攻絲時(shí)主軸和攻絲軸的位置控制的環(huán)路增益注：a.機(jī)床震動(dòng)時(shí)可把5280改??；b.當(dāng)有位置偏差報(bào)警時(shí)可修改上述相應(yīng)位置偏差參數(shù)。5剛性攻絲指令剛性攻絲可以通過以下的任何一種指令完成：（1）_M29 S-剛性攻絲指令在G74/G84 (M series) 或 G84/G88 (T series)之前指定；（2）_M29 S-剛性攻絲指令與攻絲指令

7、G74/G84(M series) 或 G84/G88 (T series)在同一程序段；（3）_G74/G84(M series)或G84/G88(T series)作為剛性攻絲指令（使用(G74/G84)(G84/G88)作為剛性攻絲指令還是作為普通的攻絲指令可通過參數(shù)5200#0指定)。其中，對(duì)于M系列：G84X_Y_Z_R_P_F_K_為標(biāo)準(zhǔn)攻絲循環(huán)指令；G74X_Y_Z_R_P_F_K_為反螺紋攻絲循環(huán)指令。對(duì)于T系列：G84為端面剛性攻絲循環(huán)（沿Z軸）；G88為側(cè)面剛性攻絲循環(huán)（沿X軸）；具備第二主軸的車削中心既可以進(jìn)行端面剛性攻絲循環(huán)又可以進(jìn)行側(cè)面剛性攻絲循環(huán)；對(duì)于普通數(shù)控車床只

8、能沿Z軸端面中心攻絲，不能進(jìn)行側(cè)面攻絲。剛性攻絲中可以指定每分鐘進(jìn)給和每轉(zhuǎn)進(jìn)給指令，每分鐘進(jìn)給方式下，F(xiàn)/S為攻絲的螺距，而每轉(zhuǎn)進(jìn)給方式下，F(xiàn)為攻絲螺距。6剛性攻絲調(diào)試注意事項(xiàng)由以上分析我們可以看出，要實(shí)現(xiàn)剛性攻絲功能，必須具備以下3個(gè)基本條件：a.位置編碼器。必須有一個(gè)帶檢測(cè)主軸1轉(zhuǎn)信號(hào)的位置編碼器，編碼器反饋到數(shù)控系統(tǒng)的精度直接影響剛性攻絲精度；b.編制相應(yīng)的PMC程序。速度控制方式的PMC程序以前已經(jīng)調(diào)整正常，只需在此基礎(chǔ)上添加剛性攻絲PMC程序即可。要想將剛性攻絲功能激活，只需接通系統(tǒng)提供的剛性攻絲信號(hào)RGTAP(G61.0)即可。當(dāng)然要根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況考慮主軸運(yùn)轉(zhuǎn)方向、檔位切換以及

9、時(shí)序等一系列因素。這時(shí)我們可以從主軸伺服監(jiān)控畫面看到主軸由速度控制模式進(jìn)入到剛性攻絲模式；c.參數(shù)設(shè)定。剛性攻絲的最終速度、精度，在機(jī)械情況一定的情況下，取決于系統(tǒng)參數(shù)的合理程度。在以上3個(gè)基本條件滿足的情況下，就可以完成剛性攻絲功能。當(dāng)然還有許多因素影響剛性攻絲速度和精度，例如編碼器與主軸傳動(dòng)比為1：1，這樣機(jī)械傳動(dòng)方面的損失影響加工精度方面就相對(duì)小些，調(diào)試也相對(duì)容易。為了直觀判斷剛性攻絲時(shí)的誤差，我們可以利用系統(tǒng)提供的診斷功能。主軸的位置偏差量診斷顯示No.450；分配給主軸的指令脈沖（瞬時(shí)值）診斷顯示No.451；分配給主軸的指令脈沖的累計(jì)值診斷顯示No.454；主軸換算移動(dòng)指令之差診斷

10、顯示No.455；主軸換算位置偏差之差診斷顯示No.456；同步誤差診斷顯示No.457；主軸換算移動(dòng)量之差（最大值）診斷顯示No.460；主軸換算機(jī)械位置之差（瞬時(shí)值）診斷顯示No.461；主軸換算機(jī)械位置之差（最大值）診斷顯示No.462；主軸和鉆孔軸的誤差量之差的瞬時(shí)值診斷顯示No.452；主軸和鉆孔軸的誤差量之差的最大值診斷顯示 No.453。在調(diào)試中，要先空走程序（不加工），觀察以上診斷內(nèi)容。如果452在運(yùn)行過程中數(shù)值不是0，可能是增益不相同（主軸和攻絲軸5280-4，4065-8），檢查并修改。如果452在加減速時(shí)比較大，可能時(shí)間常數(shù)7結(jié)束語(yǔ)剛性攻絲較傳統(tǒng)的彈性攻絲循環(huán)在高速、高精

11、度加工方面有著卓越的表現(xiàn)，合理開發(fā)利用可以使加工效率和性能得到提升，滿足機(jī)床用戶的攻絲加工要求。對(duì)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)有參考價(jià)值。參考文獻(xiàn)：1FANUC Series 0i-MODEL D連接說明書（功能篇）Z.2FANUC Series 0i-MODEL D連接說明書（硬件）Z.3FANUC Series 0i-MODEL D參數(shù)說明書Z.4FANUC Series 0i-MODEL D PMC編程說明書Z.收稿日期：2010-07-13作者簡(jiǎn)介：張小軍，男，學(xué)士，工程師，主要從事數(shù)控車床的電器設(shè)計(jì)工作。（5261-4）不合適，增大或減小設(shè)定值。調(diào)試結(jié)束后，要使453的值接近1?；蛘?50的數(shù)值小于200。對(duì)于主軸一檔機(jī)床，