摘 要：在數(shù)控系統(tǒng)中，剛性攻絲是一項(xiàng)基本功能，但在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上一般使用模擬主軸，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可是如何實(shí)現(xiàn)車床攻絲這種基本功能呢？本文從工作中的實(shí)例出發(fā)，由位置編碼器的基本原理、模擬主軸實(shí)現(xiàn)剛性攻絲的條件、及系統(tǒng)和變頻器接口的連接，初步介紹了在FANUC0i數(shù)控系統(tǒng)中，利用位置編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬主軸的剛性攻絲。

關(guān)鍵詞：位置編碼器；模擬主軸；剛性攻絲；經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.045

0 引言

模擬主軸通常用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，剛性攻絲是車床的一個(gè)重要功能。剛性攻絲是指主軸旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給之間保持同步，也就是說(shuō)攻絲時(shí)株洲的旋轉(zhuǎn)不僅要實(shí)現(xiàn)速度控制，還要實(shí)現(xiàn)位置控制，從而實(shí)現(xiàn)特定的加工要求。如何實(shí)現(xiàn)模擬主軸的剛性攻絲呢？位置編碼器起著至關(guān)重要的作用。本文簡(jiǎn)要介紹了這種控制實(shí)現(xiàn)的一些基本原理和要求，通過(guò)兩個(gè)實(shí)例介紹了位置編碼器在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的應(yīng)用。

1 位置編碼器的應(yīng)用

在數(shù)控系統(tǒng)中，位置檢測(cè)元件是閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中重要的組成部分，它檢測(cè)機(jī)床工作臺(tái)的位移，伺服電機(jī)的角位移和速度，將信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)裝置，與給定值比較得到差值再用于位置環(huán)閉環(huán)控制和速度環(huán)控制。檢測(cè)元件通常用光或磁的原理制成，精度既分辨率是最小單位，由檢測(cè)元件等級(jí)品質(zhì)決定。在數(shù)控裝置位置檢測(cè)接口電路中常對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行倍頻處理，以進(jìn)一步提高精度。

數(shù)控車床的位置編碼器是測(cè)量轉(zhuǎn)速的，反饋的是主軸的實(shí)際速度，當(dāng)車螺紋時(shí)要使轉(zhuǎn)速和進(jìn)給保持一定關(guān)系，如導(dǎo)程1.5的螺紋，車削時(shí)必須保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具軸軸向進(jìn)給1.5。

螺紋切削或每轉(zhuǎn)進(jìn)給必須裝有位置編碼器，位置編碼器檢測(cè)實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速和每轉(zhuǎn)信號(hào)（用于螺紋切削時(shí)檢測(cè)主軸上固定點(diǎn)）理想編碼器必須與主軸相連（1：1）。如使用齒輪，選擇1：1，1：2，1：4，1：8的變化以降低位置編碼器的速度。當(dāng)主軸與位置編碼器之間使用齒輪時(shí)，參考NO.3706的第1位和0位定義齒輪比。

2 模擬主軸實(shí)現(xiàn)剛性攻絲的條件

2.1 主軸電機(jī)帶位置編碼器

通過(guò)位置編碼器對(duì)主軸實(shí)現(xiàn)位置控制。這樣在速度環(huán)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大到位置環(huán)，在剛性攻絲的過(guò)程中主軸與進(jìn)給都是位置控制，就可以形成互相插補(bǔ)的關(guān)系，能夠達(dá)到更嚴(yán)格的同步。

2.2 數(shù)控系統(tǒng)的接口

數(shù)控系統(tǒng)必須有模擬主軸接口和模擬主軸編碼器的接口。模擬主軸接口既要要求系統(tǒng)能夠根據(jù)主軸速度準(zhǔn)確發(fā)出0～±10V的模擬電壓。為了提高模擬電壓的精度，要求D/A轉(zhuǎn)換器至少12位。模擬主軸編碼器的接口用來(lái)接收主軸的編碼器信號(hào)及時(shí)對(duì)主軸實(shí)行對(duì)主軸位置控制。

2.3 變頻器的接口

主軸變頻器必須具有編碼器接口，±10V的模擬電壓接口，并且能在速度控制和位置控制提供兩組參數(shù)對(duì)主軸進(jìn)行分別調(diào)整。此兩組參數(shù)來(lái)在速度控制時(shí)對(duì)速度控制參數(shù)對(duì)主軸進(jìn)行調(diào)整，在位置控制時(shí)，有位置控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以適合剛性攻絲時(shí)高增益、高系統(tǒng)的配置。

3 故障實(shí)例

CKS6163自動(dòng)運(yùn)行進(jìn)給軸不移動(dòng)。數(shù)控車床CKS6163，系統(tǒng)型號(hào)FAUNC-0i-TA，程序在G00方式下可運(yùn)行，當(dāng)執(zhí)行到G01時(shí)機(jī)床進(jìn)給軸不移動(dòng)，但在JOG、REF、手輪方式下均可移動(dòng)車床。因?yàn)闄C(jī)床坐標(biāo)軸可以移動(dòng)，說(shuō)明伺服放大器、電機(jī)、反饋等硬件都沒(méi)問(wèn)題。

依據(jù)梯形圖，如圖1所示：

SF（F7.2）：主軸功能選通信號(hào)；MF（F7.0）：輔助功能選通信號(hào)；TF（F7.3）：刀具功能選通信號(hào)；MFIN（R450.1）：輔助功能結(jié)束信號(hào)；TFIN（R450.2）：刀具功能結(jié)束信號(hào)；GR：齒輪檔。

SAR（G29.4）主軸速度到達(dá)信號(hào)。當(dāng)主軸速度達(dá)到指定速度后（主軸速度反饋裝置將實(shí)際主軸速度信息傳送到CNC中），系統(tǒng)輸出（CNC至PMC）主軸速度達(dá)到信號(hào)F45.3=1（SARA），PMC再根據(jù)接收的信號(hào)進(jìn)行邏輯關(guān)系處理。參數(shù)（PARAM3708#0=1）時(shí)，該功能有效。

從PMC梯圖可以看出，在主軸速度沒(méi)有達(dá)到指令轉(zhuǎn)速時(shí)限制機(jī)床在G01方式運(yùn)行，結(jié)合速度反饋結(jié)構(gòu)，檢查速度反饋裝置，該車床的速度反饋是依賴于電機(jī)編碼器，將編碼器拆開(kāi)后發(fā)現(xiàn)與電機(jī)相連接的鍵脫落，這樣就導(dǎo)致主軸正常旋轉(zhuǎn)，但編碼器反饋的速度值則為0。

通過(guò)工藝角度分析此問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)G01是“進(jìn)給吃刀”的過(guò)程，此時(shí)主軸一定是遵循S指令旋轉(zhuǎn)的，假設(shè)由于主軸驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)出了故障，主軸轉(zhuǎn)速會(huì)下降，那么如果吃刀進(jìn)給，則會(huì)給工件及機(jī)床造成嚴(yán)重?fù)p傷。因此系統(tǒng)提供了一個(gè)制約功能，當(dāng)主軸速度設(shè)有達(dá)到指令轉(zhuǎn)速時(shí)，限制G01方式進(jìn)給，但G0，JOG＼REF以及手輪方式不受此限制。

4 結(jié)論

剛性攻絲時(shí)主軸的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給軸進(jìn)給之間總是保持同步。也就是說(shuō)，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)現(xiàn)位置的控制，從而實(shí)現(xiàn)高精高效的加工要求。系統(tǒng)發(fā)出0～±10V模擬電壓到變頻器的模擬接口，控制模擬主軸的旋轉(zhuǎn)。位置編碼器的使用是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床實(shí)現(xiàn)剛性攻絲的必要條件，當(dāng)然此功能的實(shí)現(xiàn)還要對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行深入了解，及PMC程序的改編，此文意在對(duì)今后此類問(wèn)題的研究提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋松.FANUC 0i系列數(shù)控系統(tǒng)維修診斷與實(shí)踐[M].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.

[2]BEIJING_FANUC 0i-A維修誰(shuí)明書(shū)[S].

作者簡(jiǎn)介：王思廣（1983-），男，吉林梅河口人，本科，工程師，主要從事：數(shù)控設(shè)備維修。