FANUC 0iD主軸控制原理及在機床維修中的應(yīng)用

楚雪平　李鵬鵬

摘 要：該文深入、詳細地分析了FANUC 0iD主軸轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制原理，闡述了FANUC 0iD的主軸轉(zhuǎn)向由PMC進行控制，轉(zhuǎn)速主要由CNC進行控制。并且結(jié)合實例，說明了主軸轉(zhuǎn)向控制原理在數(shù)控機床主軸故障維修中的應(yīng)用，為數(shù)控機床主軸故障的維修提供了一種切實、有效的方法。

關(guān)鍵詞：FANUC 0iD 主軸轉(zhuǎn)向控制 主軸轉(zhuǎn)速控制 故障維修

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-00-01

1 FANUC 0iD主軸控制原理

FANUC 0iD主軸轉(zhuǎn)向控制原理：主軸轉(zhuǎn)向控制包括轉(zhuǎn)向、啟動與停止，通過執(zhí)行M指令或手動實現(xiàn)。

（1）M指令轉(zhuǎn)向控制原理。以M03指令為例，分析M指令轉(zhuǎn)向控制原理。數(shù)控系統(tǒng)讀入M指令，CNC以二進制形式把“03”輸入到PMC首地址為F10的代碼寄存器中；然后經(jīng)過M代碼延時時間（由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定）后發(fā)出M指令選通信號MF，通知PMC輸入的是M代碼且已輸入完畢，PMC進行M指令譯碼，識別出正轉(zhuǎn)信號；PMC處理后將串行主軸正轉(zhuǎn)信號SFRA輸入CNC，通過CNC的串行數(shù)字主軸接口向主軸放大器發(fā)出串行主軸正轉(zhuǎn)命令，若正轉(zhuǎn)條件滿足，則主軸開始正轉(zhuǎn)；當串行數(shù)字主軸放大器檢測到主軸編碼器反饋的轉(zhuǎn)速已經(jīng)達到指定的實際轉(zhuǎn)速時，通過CNC的串行數(shù)字主軸接口向PMC輸入主軸速度到達信號SARA，PMC處理后向CNC輸入結(jié)束信號；CNC延時后先切斷MF信號，再切斷FIN信號，不再向PMC輸入M代碼，M指令執(zhí)行結(jié)束，CNC將執(zhí)行下一條指令。

（2）FANUC 0iD主軸轉(zhuǎn)速控制原理。FANUC 0iD主軸電機的控制接口備有串行輸出和模擬輸出，可以通過特定參數(shù)的設(shè)置進行選擇。在串行主軸輸出有效的情況下，CNC具有的主軸控制發(fā)揮作用，則S指令的執(zhí)行主要由CNC控制來實現(xiàn)。而在模擬主軸輸出有效的情況下，則只可以使用主軸轉(zhuǎn)速指令控制和基于PMC的主軸速度指令控制。如圖1所示為串行主軸S指令控制原理圖。

如圖1所示，第1次執(zhí)行數(shù)控加工程序中的S指令時，CNC以二進制代碼形式把S代碼信號輸出到PMC特定的代碼寄存器F22～F25中，第1次之后，CNC再執(zhí)行S指令將不再發(fā)出S指令選通信號SF；然后經(jīng)過S代碼延時時間TMF（由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定）后，發(fā)出S指令選通（讀入S指令）信號SF到PMC；當PMC接收到SF信號為1時，向CNC輸入結(jié)束信號FIN，CNC接收到結(jié)束信號FIN后，經(jīng)過結(jié)束延時時間TFIN（由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定）先切斷S指令選通信號SF，再切斷結(jié)束信號FIN，S指令就執(zhí)行結(jié)束，CNC將讀取下一條指令繼續(xù)執(zhí)行。同時，CNC根據(jù)S代碼后的數(shù)值和PMC輸入的主軸倍率，計算出實際指定的主軸轉(zhuǎn)速值；CNC將實際指定的主軸轉(zhuǎn)速值以12位二進制代碼形式，通過12位實際指定轉(zhuǎn)速輸出信號輸出到PMC中；CNC將實際指定的主軸轉(zhuǎn)速值通過CNC串行主軸接口向主軸放大器發(fā)出串行主軸轉(zhuǎn)速命令。

由圖1可知，PMC在S指令執(zhí)行中的主要作用是實現(xiàn)S指令結(jié)束控制和倍率控制。當執(zhí)行“S600；”這樣的程序段時，CNC不能實現(xiàn)程序結(jié)束控制，若不借助PMC，CNC無法判斷該指令是否執(zhí)行結(jié)束。當執(zhí)行“M03S600；”這樣的程序段時，由于M指令的執(zhí)行能向CNC輸入結(jié)束信號FIN，所以S指令完全由CNC執(zhí)行，不需借助于PMC。

2 利用FANUC 0iD主軸控制原理進行數(shù)控機床維修的實例

例1 某FANUC 0iD三軸加工中心，在手動連續(xù)進給方式下，按下機床面板上“正轉(zhuǎn)”按鈕時，主軸不轉(zhuǎn)，無任何報警信息。

故障分析與維修：觀察到伺服放大器的主軸狀態(tài)顯示接口顯示為“00”，說明已經(jīng)有轉(zhuǎn)向信號，再進入PMC信號監(jiān)控畫面，觀察到12位實際指定轉(zhuǎn)速輸出信號為“0”，所以故障的原因是沒有輸入轉(zhuǎn)速信號。主軸S代碼信號在接著指令S代碼之前能被保存下來，又由于手動操作時不能輸入轉(zhuǎn)速指令，所以開機后，手動操作使主軸轉(zhuǎn)動之前先執(zhí)行一次S指令。此故障即可排除。

例2 某FANUC 0iD三軸加工中心，在自動方式下，執(zhí)行“M03S600；”程序段時，主軸不轉(zhuǎn)，無任何報警信息。

FANUC 0iD主軸控制必須同時滿足系統(tǒng)準備就緒、串行主軸無報警、主軸上刀具處于夾緊和不執(zhí)行主軸停止指令等條件。觀察到伺服放大器的主軸狀態(tài)顯示接口顯示為“--”，說明用于控制轉(zhuǎn)動的條件不滿足。本例中，執(zhí)行“M03S600；”的程序段，根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速控制原理，S指令完全由CNC執(zhí)行，M指令需借助PMC完成譯碼、轉(zhuǎn)向控制以及M指令執(zhí)行結(jié)束控制，所以，進入PMC動態(tài)監(jiān)控畫面查看M指令執(zhí)行部分PMC程序，并查看相關(guān)信號的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)主軸刀具加緊狀態(tài)輸入信號狀態(tài)有誤，然后檢查機床刀具夾緊情況，發(fā)現(xiàn)刀具松動。將刀具夾緊后，再次執(zhí)行該程序段，實現(xiàn)了主軸的轉(zhuǎn)動。

3 結(jié)語

轉(zhuǎn)向控制和轉(zhuǎn)速控制是主軸控制的重要內(nèi)容，F(xiàn)ANUC 0iD的主軸轉(zhuǎn)向控制主要由PMC完成，轉(zhuǎn)速控制主要由CNC完成。主軸不能轉(zhuǎn)動故障的根本原因是轉(zhuǎn)速信號或轉(zhuǎn)向信號不正常。當出現(xiàn)此類故障時，首先應(yīng)該查看有無主軸報警，然后查看主軸轉(zhuǎn)動相關(guān)的控制信號狀態(tài)是否正常，最后再考慮主軸驅(qū)動硬件連接、機械傳動部分等是否正常。充分利用FANUC 0iD主軸轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的PMC控制原理進行主軸故障的維修，是一種快速、有效的方法。

參考文獻

[1] 曹智軍，肖龍.數(shù)控PMC編程與調(diào)試[M].北京：清華大學出版社，2010.