淺析FANUC系統主軸定向功能在ENSHU臥加上的應用

賈敦燕

摘要：主軸定向又稱為主軸定位置停止，是使主軸停止在某一特定位置的功能。該功能在多種數控機床中被廣泛應用，比如帶有自動換刀機構ATC的臥加、立加等，或者要求刀具以特定角度進入孔內再加工的加工工藝，或者工件以特定位置裝夾等這些功能的實現就用到了主軸定向。現代數控機床采用的定向方式不盡相同，文中主要針對ENSHUJE50/50S、JE80G等臥式加工中心用到的定向功能進行闡述。

關鍵詞：主軸定向;FANUC系統;ENSHU臥加

中圖分類號：TG659

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）01-0123-02

0引言

FANUC系統主軸定向功能的實現方式主要有使用主軸控制單元的功能和使用制動器機械停止兩種;使用主軸控制單元的功能時，又可分傳感器和位置編碼器兩種，依靠主軸單元自身進行主軸電機定向，CNC不進行干預;使用制動器機械停止時，通常先使主軸在恒定低轉速下運行，再用制動器將主軸停止。在串行主軸控制方式中，主要依靠磁力傳感器或位置編碼器主軸定向，其中位置編碼器方式主軸定向又分為停止位置固定型和外部設定型定向兩種。

本公司ENSHU臥加是依靠裝有位置編碼器的串行主軸控制單元的外部設定型定向功能實現該功能，是通過外部設定的12bit定向外部停止位置指令信號，輸入主軸定向指令信號，即可在主軸轉動一周過程中的任意定向停止位置（可細分為4096份）進行固定位置停止，精度可達360°/4096≈0.88°。

1硬件及相關參數設定

1.1本系列設備涉及硬件型號

系統：FANUCSeries31i-B

NC模塊：FANUCSeries31i-B，A02B-0327-B802主軸模塊：aiSP15-B，A06B-6220-HO15#H600主軸電機：aiIT8/15000，A06B-1467-B133#0N21

編碼器：A860-2110-V001

1.2相關參數設定

2主軸定向功能實現的梯形圖PMC

2.1與該功能相關的主要接口信號

2.2與該功能相關的PMC

2.2.1CNC程序中執行主軸定向輔助功能M指令時（本公司內臥加使用兩個定向角度，M18、M19各代表一個角度，也可根據實際需要加入其他更多的定向M指令，已在CB0P10-2改造成功），經過PMC的M代碼譯碼指令及相關邏輯引起R8.5動作，并且在滿足其他相應條件的同時，向CNC發出定向指令信號G70.6，如圖1所示（前置互鎖邏輯省略）

2.2.2在PMC向NC發出定向指令信號時，也有可能發出定向停止位置變更指令G72.0（由外部定向功能使能信號D60.4設定），如圖2所示。

2.2.3當使用外部定向功能，且相應定向M代碼置1時，PMC將設定的位置數據R256傳送到G78.0-G79.3，這時NC接收到來自外部（PMC）的主軸定向指令及定向位置，會作出響應，主軸開始根據參數設定的方向和速度轉動，如圖3所示。

2.2.4當主軸旋轉至相應定向位置時，PMC會接收到來自NC的定向完成信號F45.7，并與其它邏輯將完成信號G4.3置1，從而完成本次主軸定向，NC執行下一步指令，如圖4所示。

當PMC接收到主軸定向M代碼（以M18為例）信號F10時，先進行譯碼將信號傳送到R2002.2中，再傳送到R3603.4，然后分兩路信號傳遞：①當引起R3602.2有上升沿脈沖信號輸入時，將外部定向停止位置數據從R256傳送至G78，數據長度12bit;②經過多次互鎖邏輯后將R8.5置1，在沒有發出主軸轉動信號等互鎖信號時進而向NC發出定向指令信號G70.6、定向停止位置變更指令G72.0。

由此，CNC接收到來自PMC的定向停止位置G78、定向指令信號G70.6，經過運算后將其發送給主軸模塊，使其進行定向動作。待定向完成后，CNC向PMC發出定向完成信號F45.7，PMC經過信號處理后向CNC發出功能完成信號G4.3，M18定向動作完成，CNC執行下一程序段。

經過PMC程序的查看，定向功能的實現充分考慮到了各種安全因素，互鎖條件極多，有主軸的，有ATC的，還有NC的，所以在增加新的定向位置時同樣要考慮全面，防止發生異常。

3參數調整

外部設定型定向功能相關的參數設定，在第2部分中做了詳細的概括，下面對定向速度參數No.4038和外部定向停止位置D812進行簡單分析。

此處No.4038設定為“0”，并不是定向速度是0，其含義為定向速度由以下公式確定：Nori=60XPGXRoriXGEAR，其中Nori是定向速度，PG是定向時的位置增益，Rori是定向速度的限制比率，GEAR是主軸與電機之間的齒輪比，各參數都已設定，增加定向功能是不需考慮。

外部停向停止位置D812的設定涉及到定向偏移量參數No.4077和診斷畫面主軸位置參數No.445（實時顯示主軸位置）。具體設定方法為：設定PMC參數D812前，先將主軸轉動至所需位置，記錄No.445數值a，再記錄No.4077的數值b，則D812的設定值為a-b的差，再轉換成16進制錄入D812。以CH0P130為例，b=631，要想得到a=1024（主軸正向轉到90°），則D812的十進制數值為1024-631=393，十六進制設定值為0189。

4結束語

基于位置編碼器實現的外部設定型主軸定向功能，與機械定向比較省去了機械部件，縮短了定向時間，純電氣方式定向增加了可靠性，定向位置更細分，調整更方便;與固定型（定向位置只有參數No.4031設定的一個）比較，定向位置更靈活，通過PMC的邏輯運算可實現多個定向位置的自由切換，FANUC系統串行伺服主軸外部定向功能能夠快速精準停止，且停止位置靈活調整切換，因此在數控機床中起到了非常重要的作用，得到了廣泛應用。

參考文獻

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