FANUC系统刚性攻丝功能在数控机床中的应用

FANUC系统刚性攻丝功能在数控机床中的应用张小军（宝鸡机床集团有限公司，721013）摘要：本文阐述了刚性攻丝基本原理、硬件配置，梯形图编写，参数设置以及调试中的注意事项，FANUC数控系统在功能扩展和应用方面在生产中实际应用。关键词：FANUC数控系统；高速；高精度；刚性攻丝中图分类号：TP273文献标识码：B文章编号：1004-0420(2010)05-0012-030引言如何利用现有加工手段进行高速高精度的加工，是困扰机床使用者最多的问题。刚性攻丝功能能高速高精度攻丝加工，作为数控机床生产厂家如何利用数控系统提供的刚性攻丝功能，使攻丝操作达到高速、高效，是数控机床设计人员追求的目标。本文将以FANUC0i系统为例，对刚性攻丝功能在数控机床中具体控制过程进行阐述。1刚性攻丝的原理众所周知，传统的攻丝固定循环是利用程序指令控制主轴转向和速度，给定攻丝轴轴向深度，装在主轴上的主轴编码器实时采集主轴转速，送入数控系统，由数控系统实时计算刀具每分钟进给速率F。由此我们可以看出传统的攻丝固定循环，主轴运行在速度控制方式之下。由于控制方式的局限性，实时主轴速度受切削抗力变化的瞬间影响，很难保证主轴旋转与进给轴的移动严格同步，容易使直径小的丝锥断掉。为克服此缺陷通常采用浮动丝锥工装，但其自身浮动特点造成螺纹加工效率低，且精度不易保证。为了克服弹性攻丝的以上弊端，数控系统厂家开发出刚性攻丝功能。在刚性攻丝时，主轴旋转1转所对应钻孔轴的进给量必须和攻丝的螺距相等，即必须满足如下的条件：P=F/SP：攻丝的螺距(mm)；F：攻丝轴的进给量(mm/min)；S：主轴的速度(r/min)。在刚性攻丝方式，主轴电机的控制方式与伺服电机相同，进入位置控制方式，沿攻丝轴的运动和主轴的回转运动均有补偿。刚性攻丝时，主轴1转对应于沿主轴轴向一定的进给量（螺纹螺距），主轴加减速时也严格维持这一关系。也就是说，在刚性攻丝时，主轴的旋转不仅要实现速度控制，而且要实行位置的控制。主轴的旋转和攻丝轴的进给要实现直线插补，在孔底加工时的加/减速仍要满足P=F/S的条件时可以实现高速、高精度攻丝。2刚性攻丝系统配置刚性攻丝功能一般是使用FANUC的串行主轴控制，同时用一个带1转信号的位置编码器来确定旋转轴和攻丝轴的位置关系来共同实现。这个位置编码器可以是外装的，也可以是主轴电机内装的。由于机床结构以及检测精度不同，反馈系统的配置也就不同。使用外装α编码器原理如图1所示：图1外装α编码器控制原理图3刚性攻丝PMC程序的实现（图2）图2梯形图4刚性攻丝相关参数4.1主轴参数4000#0=0主轴与电机的旋转方向一致4001#4=0主轴传感器的安装方向与旋转方向一致4002#3，2，1，0=0，0，1，0在主轴传感器上使用α位置编码器4003#7，6，5，4=0，0，0，0主轴传感器的齿轮设定：1：14.2刚性攻丝参数5101#6=1攻丝到孔底时输出M05再反转5112=4攻丝时主轴正转的M指令5113=3攻丝时主轴反转的M指令5200#0=0刚性攻丝5204#0=1在诊断上显示刚性攻丝的同步误差5211=100刚性攻丝退刀时的倍率5214=2000刚性攻丝同步误差宽幅的设定5241=2500刚性攻丝时主轴最高转速15242=2500刚性攻丝时主轴最高转速15261=100主轴和攻丝轴的直线加减速的时间常数15262=100主轴和攻丝轴的直线加减速的时间常数15300=10刚性攻丝时攻丝轴的到位宽度5301=50刚性攻丝时主轴的到位宽度5310=13000刚性攻丝时攻丝轴移动时位置偏差5311=30000刚性攻丝时主轴移动时位置偏差5312=200刚性攻丝时攻丝轴停止时位置偏差5313=500刚性攻丝时主轴停止时位置偏差5314刚性攻丝时攻丝轴移动时位置偏差（设定值超过5310的设定范围设本参数）5280刚性攻丝时主轴和攻丝轴的位置控制的环路增益注：a.机床震动时可把5280改小；b.当有位置偏差报警时可修改上述相应位置偏差参数。5刚性攻丝指令刚性攻丝可以通过以下的任何一种指令完成：（1）_M29S-刚性攻丝指令在G74/G84(Mseries)或G84/G88(Tseries)之前指定；（2）_M29S-刚性攻丝指令与攻丝指令G74/G84(Mseries)或G84/G88(Tseries)在同一程序段；（3）_G74/G84(Mseries)或G84/G88(Tseries)作为刚性攻丝指令（使用(G74/G84)(G84/G88)作为刚性攻丝指令还是作为普通的攻丝指令可通过参数5200#0指定)。其中，对于M系列：G84X_Y_Z_R_P_F_K_为标准攻丝循环指令；G74X_Y_Z_R_P_F_K_为反螺纹攻丝循环指令。对于T系列：G84为端面刚性攻丝循环（沿Z轴）；G88为侧面刚性攻丝循环（沿X轴）；具备第二主轴的车削中心既可以进行端面刚性攻丝循环又可以进行侧面刚性攻丝循环；对于普通数控车床只能沿Z轴端面中心攻丝，不能进行侧面攻丝。刚性攻丝中可以指定每分钟进给和每转进给指令，每分钟进给方式下，F/S为攻丝的螺距，而每转进给方式下，F为攻丝螺距。6刚性攻丝调试注意事项由以上分析我们可以看出，要实现刚性攻丝功能，必须具备以下3个基本条件：a.位置编码器。必须有一个带检测主轴1转信号的位置编码器，编码器反馈到数控系统的精度直接影响刚性攻丝精度；b.编制相应的PMC程序。速度控制方式的PMC程序以前已经调整正常，只需在此基础上添加刚性攻丝PMC程序即可。要想将刚性攻丝功能激活，只需接通系统提供的刚性攻丝信号RGTAP(G61.0)即可。当然要根据机床的实际情况考虑主轴运转方向、档位切换以及时序等一系列因素。这时我们可以从主轴伺服监控画面看到主轴由速度控制模式进入到刚性攻丝模式；c.参数设定。刚性攻丝的最终速度、精度，在机械情况一定的情况下，取决于系统参数的合理程度。在以上3个基本条件满足的情况下，就可以完成刚性攻丝功能。当然还有许多因素影响刚性攻丝速度和精度，例如编码器与主轴传动比为1：1，这样机械传动方面的损失影响加工精度方面就相对小些，调试也相对容易。为了直观判断刚性攻丝时的误差，我们可以利用系统提供的诊断功能。主轴的位置偏差量→诊断显示No.450；分配给主轴的指令脉冲（瞬时值）→诊断显示No.451；分配给主轴的指令脉冲的累计值→诊断显示No.454；主轴换算移动指令之差→诊断显示No.455；主轴换算位置偏差之差→诊断显示No.456；同步误差→诊断显示No.457；主轴换算移动量之差（最大值）→诊断显示No.460；主轴换算机械位置之差（瞬时值）→诊断显示No.461；主轴换算机械位置之差（最大值）→诊断显示No.462；主轴和钻孔轴的误差量之差的瞬时值→诊断显示No.452；主轴和钻孔轴的误差量之差的最大值→诊断显示No.453。在调试中，要先空走程序（不加工），观察以上诊断内容。如果452在运行过程中数值不是0，可能是增益不相同（主轴和攻丝轴5280-4，4065-8），检查并修改。如果452在加减速时比较大，可能时间常数7结束语刚性攻丝较传统的弹性攻丝循环在高速、高精度加工方面有着卓越的表现，合理开发利用可以使加工效率和性能得到提升，满足机床用户的攻丝加工要求。对国内数控机床的设计有参考价值。参考文献：[1]FANUCSeries0i-MODELD连接说明书（功能篇）[Z].[2]FANUCSeries0i-MODELD连接说明书（硬件）[Z].[3]FANUCSeries0i-MODELD参数说明书[Z].[4]FANUCSeries0i-MODELDPMC编程说明书[Z].收稿日期：2010-07-13作者简介：张小军，男，学士，工程师，主要从事数控车床的电器设计工作。（5261-4）不合适，增大或减小设定值。调试结束后，要使453的值接近1。或者450的数值小于200。对于主轴一档机床，参数5280必须同4065一致，对于主轴多档速度切换时，将参数5280设为0，而由参数5281～5283和4065～4068调整不同档位下的同步性。Copyright2007-2009成都机床电器研究所rightsreserved电话:[phone](028)85769856传真:[phone]E-Mail:[e-mail]技术支持：成都商港科技有限公司