FANUC 多主軸控制技術在直驅轉臺中的應用*

趙小玲 趙延軍 楊錦斌

(①青海一機數控機床有限責任公司，青海 西寧810018;②青海能源發展集團有限公司，青海 西寧810100)

筆者公司2010 年承擔了國家科技重大專項——動梁無滑枕立式銑車復合加工中心(2010ZX04001—032)科技攻關任務，開發直驅回轉工作臺是主要關鍵技術之一。銑車復合加工中心處于車削狀態時直驅回轉工作臺作為第二主軸，此項控制采用了數控系統多主軸控制技術。該機型(XCM1600 型)配置FANUC 31i-B5 數控系統，直驅轉臺采用DiS5000/50 同步內裝電動機。

現從FANUC 多主軸控制技術應用分析、系統參數設置、PLC 控制程序設計、應用實例等內容進行闡述，不對之處敬請指正。

1 FANUC 多主軸控制技術應用分析

FANUC 系統對多主軸控制有3 種技術方案:

方案1:SIND(基于PMC 的主軸電動機轉速控制)功能只限于在第1 主軸上可以使用的方式。當通過SWS1 主軸選擇信號選擇第一主軸時，可以相對第1主軸使用SIND 信號＜Gn033.7 ＞以及R01I～R12I ＜Gn032.0～Gn033.3 ＞。SIND 信號對其他主軸沒有影響。PMC 控制的極性(旋轉方向)控制信號SON 和SSIN 用來控制由SWSl、SWS2、SWS3、SWS4 選定的主軸的旋轉方向。

結構概略圖如圖1 所示。

方案2:可以在各個主軸上分別獨立使用SIND 功能的方式。各主軸有自己的SIND、SSIN、SGN 信號，當其主軸的主軸選擇信號SWSl、SWS2、SWS3、SWS4 或第1/2/3/4 主軸的SINDx 信號設定為1 時，各軸用的極性(旋轉方向)控制信號SSIN，SGN 才生效。

結構概略圖如圖2 所示。

方案3:基本與第二種方式相同，各主軸各自都具有其獨立的SIND、SSIN、SGN 信號。主軸的選擇，不是通過主軸選擇信號(SWS1～SWS4)進行，而是通過P指令進行。各軸用的極性(旋轉方向)控制信號SSIN，SGN，只對由P 指令所選的主軸或SIND 信號為1 的主軸有效。各主軸還可應用不同的倍率進行控制。

結構概略圖如圖3 所示。

由于復合型機床用1 套數控系統控制兩個主軸且這兩個主軸需要區分加工狀態單獨旋轉，故采用第3種控制方式，兩主軸用相同的倍率開關進行控制，這樣既能滿足功能又減少PLC 程序的編制量。

值得注意的是數控系統除FANUC 標配的加工中心、車削中心功能外還應選購多主軸控制(multi spindle control)、基于伺服電機的主軸控制(spindle control with servo motor)功能，這些功能是直驅轉臺做第二主軸的必備功能。

2 系統參數設置

參數值的設定直接影響著系統性能的發揮，這就要求我們在實際應用過程中，通過不斷的試驗來優化參數以求找到最優參數的設定方法。通過不斷的積累，既可以提高自己也可以提高系統的性能。

正確設置與第二主軸加減速、轉速、控制相關的參數，以XCM1600 機型為例參數設置如下:

設定直線軸或旋轉軸類型，1006#0 設定為1，1006#1 設定為0。

設定旋轉軸循環功能有效，1008#0 設定為1。

設定旋轉軸轉動一周的移動量，1260 設定為360。

設定使用多主軸控制功能，3702#1 設定為0，

設定在多主軸控制中通過程序指令來進行主軸的選擇，3703#3 設定為1。

設定與齒輪1 對應的各主軸的最大轉速，3741 S2設定為50。

設定各主軸的主軸放大器號，3717 S1 設定為1，S2 設定為0。

設定多主軸中選擇主軸的P 代碼，3781 S1 設定為1，S2 設定為2。

設定基于伺服電動機的主軸控制功能中作為伺服電動機主軸使用。11000#7 設定為1。

設定進行基于伺服電動機的主軸控制功能的主軸號，11010 設定為2。

設定伺服電動機主軸每旋轉一周的移動量，11011設定為360。

設定各軸的主軸分度速度，11012 設定為3。

設定在進行基于伺服電動機的主軸控制功能時的電動機的最高轉速，11015 設定為50。

設定在基于伺服電動機的主軸控制功能中進行速度控制時的插補后加/減速時間常數，11016 設定為300。

設定在基于伺服電動機的主軸控制功能中進行速度控制時的指數函數型加/減速時間常數的下限速度(FL 速度)，11017 設定為5。

設定在基于伺服電動機的主軸控制功能中用來切換進行旋轉控制時的加/減速的轉速(第1 級)，11020設定為15。

設定在基于伺服電動機的主軸控制功能中用來切換進行旋轉控制時的加/減速的轉速(第2 級)，11021設定為30。

設定在基于伺服電動機的主軸控制功能中進行旋轉控制時的加/減速1(區間1)。11030 設定為50。

設定在基于伺服電動機的主軸控制功能中進行旋轉控制時的加/減速2(區間2)。11031 設定為30。

設定在基于伺服電動機的主軸控制功能中進行旋轉控制時的加/減速3(區間3)。11032 設定為15。

這些參數設置完成后便使多主軸功能生效，兩個主軸的選擇通過第一主軸以P1 指令，第二主軸以P2指令，且兩個主軸用相同的倍率進行控制，并對第二主軸的最高轉速、加減速等進行了設置。

3 PLC 控制程序設計

直驅轉臺作為復合型機床的第二主軸在操作過程中應于第一主軸一樣具有手動控制、自動控制。PLC程序中需處理Gn521.0～Gn521.5 SV 旋轉控制方式信號，Gn523. 0～Gn523. 5 SV 反轉信號，Gn027. 3、Gn027. 4 各主軸停止信號，轉臺抬起信號。在XCM1600 機型中第二主軸對應的進給軸(C軸)在伺服連接順序中處于第5 個軸，以下系統信號以此為依據。

PLC 控制程序如圖4 所示。

機床外圍信號說明:X5. 6 第一主軸松開檢測，X8.4 緊急停止，X5. 0、X5. 2 轉臺松開到位檢測，X5.1、X5.3 轉臺夾緊到位檢測，Y4.3 轉臺抬起輸出。系統操作面板信號說明:X26.1C軸選擇按鍵，X27.0主軸正轉按鍵，X27.1 主軸停止按鍵，X27.2 主軸反轉按鍵，Y14.1C軸選擇指示燈。

控制動作如下:自動方式時指令M33/M34(第二主軸正轉/反轉)，延時4 s 后轉臺執行松開動作，松開到位再延時2 s 后以指令的轉速和方向旋轉，指令M35 后第二主軸停止。手動方式時按下C軸和主軸正轉/反轉按鍵，轉臺同自動方式一樣先執行松開動作再執行旋轉動作，當按下主軸停止按鍵時第二主軸停止。因兩主軸用相同的倍率進行控制，此PLC 控制程序比較常用，故不再例舉。

4 應用實例

完成以上過程后即可實現對第二主軸的自動、手動控制，自動方式下各主軸按如下格式編程，各主軸用同一個倍率開關控制。

(1)第一主軸

(2)第二主軸

初始旋轉第二主軸時請指定較低的轉速，在旋轉的同時請監控相對應進給軸的電動機負載電流。電流值較大時可增大其速度增益，條件許可的情況下可對該軸用FANUC SERVO GUIDE 軟件進行優化。

5 結語

FANUC 多主軸控制技術在筆者公司XCM1600 型動梁無滑枕立式銑車復合加工中心直驅轉臺控制中成功應用，受到公司領導及用戶的高度評價。

目前國內數控機床的研發主要面向高檔次追求高速、精密和多軸聯動復合加工等，多主軸控制直驅轉臺技術在復合型機床上應用較廣，此項成熟應用的經驗值得更多同行借鑒參考。