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基於FANUC 0i-TF數控係統實現無心磨床砂輪恒線速控製

2019-10-25 來源：無錫機床股份有限公司（sī）作者：　李　毅

摘（zhāi）要：本文（wén）敘述了在MK1050A-CHL無心磨床上應用日（rì）本最新FANUC 0i-TF數（shù）控係統實施砂輪（lún）恒線速的精確控製方法（fǎ），實現了產品加工（gōng）尺寸的進一步穩定，加工零件表麵粗糙度的一（yī）致性明（míng）顯提高。

無心磨床在（zài）磨（mó）削加工過程中，砂輪恒線速的精確控製對穩定工件的加工精度和表麵粗糙（cāo）度有著（zhe）至關重要的影響，為了充分發揮並提升無心磨（mó）床的加工控製能力，必須（xū）探求（qiú）最新數控係統在磨床中的實施。FANUC 0i-TF數控係統（tǒng）是日本FANUC公司的新一代先進數控係統（tǒng），擁有能夠進（jìn）行納米單位精密運算的伺服技術。本文以MK1050A-CHL無心磨床為例，介紹了應用FANUC 0i-TF數控係統實現無心磨床砂輪恒線速控製的3種方法。

1.機械傳動結構及電氣部件（jiàn）設計

無心磨床MK1050A-CHL的砂輪（lún）安裝在砂（shā）輪主軸上，如圖1所示（shì）。砂輪（lún）主軸的（de）一端裝有直徑為DA的皮帶輪A。砂輪電動機端裝有另（lìng）一個皮帶輪B，直徑為DB。砂輪主軸由砂輪電動機通過皮帶驅動（dòng）。皮帶輪B為驅動（dòng）輪，皮帶輪A為從動輪，兩個皮帶輪的線速度一致。

砂輪電動機設計選用（yòng）國產YX3-160L-4-B3型，功率P=15kW，額定轉速nD=1 470r/min，380V/50Hz的電動機。該電動機由變頻器驅動，變頻器選用施耐德ATV312型變頻（pín）器，電路圖如

圖2所示（shì）。AI1和COM端子間輸入0~10V的模擬量電壓，由此對砂輪電動機轉速進行調（diào）節。LI1和+24V端子用來（lái）控製砂輪電動機的起停（tíng）。

圖1　砂輪傳動結構

1.皮帶輪A　2.皮帶（dài）　3.皮帶輪B　4.砂輪電（diàn）動（dòng）機

2.實現無心磨床砂輪恒線（xiàn）速控製的三種方（fāng）法

（1）方法一：利用FANUC係統自帶的模擬主軸控製功能，通過NC程序賦值，並（bìng）將接口JA40的模擬量電壓信號接入變（biàn）頻器，實現對（duì）砂輪電動機的變頻調速，從而（ér）實（shí）現砂（shā）輪的恒線（xiàn）速控製（zhì）。

首先設定（dìng）相關（guān）參數。由於砂（shā）輪電動機選用的是額定轉速為（wéi）nD，380V/50Hz的電動機。將變（biàn）頻器ATV312中的參數“最高頻率”設置成100Hz，當輸入到（dào）變頻器中的模擬量電壓（yā）為+10V時，砂輪電動機將以100H z頻率運（yùn）行，即（jí）以轉速2nD運轉。考慮到砂輪主軸與砂輪電動機間存在DB：DA的（de）減速比，將FANUC係統中（zhōng）參數No.3741、No.4020設置成nm。（主軸電動機最（zuì）高轉速nm=2nDDB/DA）。

No.3741=n m，指（zhǐ）令電壓為10V時的低速齒輪的（de）主軸轉速（sù）。No.4020=nm，主（zhǔ）軸電動機最高轉速。No.8133#5=1，參（cān）數SSN，設1表示模（mó）擬主軸，不使用主軸串行輸出。

No.3717=1，參數ISI，設1表示使用連接1號放大器（qì）上的主軸。No.3716#0=0，參數A/Ss，設（shè）0表示主軸電動機（jī）的種類為模（mó）擬主軸。No.3735=0，最小（xiǎo）鉗製速度。

圖2　砂輪電動機控製電路

No.3736=n m，最大鉗製速度。No.4056=100，傳動比，100表示1∶1。No.3706#6=1，No.3706#7=1，確定主軸速度指令輸出極（jí）性（xìng）。NC程（chéng）序編寫如下：

宏變量#702表示砂輪恒線速速度，由用戶根據加工工藝要求（qiú）設定。宏變量#638表示（shì）砂輪當（dāng）前（qián）直徑（jìng），隨著砂輪修整動（dòng）作的執行（háng），砂輪（lún）當前直徑會隨修整量變化。宏（hóng）變量#520表示當前砂輪主（zhǔ）軸轉速，運算得出。PMC程序編寫如圖3所示。

圖　3

在PMC程（chéng）序中，R9091.1是（shì）長通（tōng）信號，G30表示主（zhǔ）軸倍率。將G30設置成100，表示主軸倍率（lǜ）固定為100%。若主軸倍（bèi）率可調，極易造成砂輪線速度超速，引發（fā）砂輪炸裂，那是非常危險的（de）。G29.6設1表示主軸運行。

設置完成後，接通變頻器（qì）的啟動端，砂輪即按（àn）設計運算要求的速度運（yùn）轉。此（cǐ）種方法利（lì）用係統自帶端口，無需增加成本（běn），程（chéng）序編寫方便。但每次（cì）機床開機運（yùn）行，都必須先（xiān）加載運行一遍NC程序中的模擬主軸轉（zhuǎn）速賦值程序，不然砂輪無法運轉。

（2）方法二：利用FANUC係（xì）統自帶的模擬主軸控製功能，通過PMC程序賦值，實現砂輪的恒線速控製。

針對方法一的不足之處，改進控製方法。仍然使用接口JA40引模（mó）擬量電壓信號接（jiē）入變頻器，實現對砂輪電動機的變頻調速，但采用PMC控製主（zhǔ）軸旋轉。這種方法不（bú）需要通過NC程序賦值，直接（jiē）通過PMC程序賦值，從而實現砂（shā）輪的恒線速控製。機床開機運行，不必先運（yùn）行一遍NC程序中（zhōng）的模擬主軸轉速賦值程序，砂輪即可運（yùn）轉。所有恒線速的運算都將在PMC程序中執行（háng）。用戶對砂輪線速度的設定要求通過宏變量參數#702輸入，砂輪當前直徑也存放在宏變量參數（shù）#638中（zhōng）。我們首先要將相關（guān）宏變量參數讀入PMC程序地址中。編寫如圖4所示PMC程序（xù）。

圖　4

將宏變量參（cān）數#702和（hé）#638中的數據分別讀入D470和D360中。查（chá）閱PMC模擬主軸控製的相關手冊得知，主軸接口JA40模擬量輸出地址中的（de）數值與模（mó）擬量模塊輸出到變頻器ATV312中的電壓成正比，且模擬量輸出地址中的最大數值Km設定為4095。故當定義的模擬量輸出地址（zhǐ）為4095時（shí），模擬量模塊輸出到變頻器ATV312中的電（diàn）壓為+10V。與（yǔ）方法一相同，將變頻器ATV312中的參數“最高頻率”設置成100Hz，該變頻器收到來（lái）自JA40口的（de）輸出電壓+10V時，砂輪電動機將以100Hz頻率運行。此時模擬量定義輸出地址D565中的數（shù）值KD565可由以下公式運（yùn）算（suàn）得出（chū）：

式中：VA為砂輪線速度，單位為m/s。該參數由用戶根據實際加工（gōng）工藝需（xū）要，自行設置；dA為當前砂輪的（de）直徑，單位為mm；DA為砂輪主軸端皮帶輪直徑，單位為mm；DB為砂輪電動機端皮（pí）帶輪直徑（jìng），單位為mm；Km為模擬量輸出地址最（zuì）大值。從上可知，當用（yòng）戶根據生產工藝需要確定了砂輪線速度以後，若能（néng）及時準確地確認當前（qián）砂輪的實際半徑，即能確認模擬量定義輸出地址D565中的數值，從而才能實（shí）現砂輪（lún）磨削線速度的（de）恒定（dìng）。要特別注意的（de）是PMC控製主軸旋轉方（fāng）式時，倍率G30是無效的。如圖5 所示，主軸電動機速度指令選擇信號是G33.7：置（zhì）0表示CNC控製；置1表示PMC控製。主軸電動機速（sù）度指令極性指令信號是G33.6，置0表示（shì）控製方向是NC指定；置1表（biǎo）示PMC指定（即G33.6=1時，G33.5才生（shēng）效）。G33.5可以切換旋轉方向（xiàng）。G32.0～G33.3一共12位，在其中賦值PMC值D565。當G33.7、G33.6和G33.5都為（wéi）1時，值為（wéi）57344。在PMC程序中（zhōng）執行（háng）雙字節運算（suàn），將D565與57344相加再賦值給G32。

由此編寫PMC程（chéng）序如圖（tú）6所示，同樣需要設定相（xiàng）關參數。No.8133#5=1，參數SSN，設1表示模（mó）擬主軸，不使用主軸串行輸出。

No.3717=1，參數ISI，設1表示使（shǐ）用連接1號放大器上（shàng）的主軸。No.3716#0=0，參數A/Ss，設（shè）0表示主軸電動（dòng）機的（de）種（zhǒng）類為模（mó）擬主（zhǔ）軸。No.3735=0，最小鉗製速度。No.3736=Km，最大鉗製速度。No.4056=100，傳動比，100表（biǎo）示1∶1。

此種方法（fǎ）也是利用係統（tǒng）自帶端（duān）口，無需增加（jiā）成本。係統自動運行相關PMC程序，砂輪隨時可以（yǐ）恒線速運轉，使（shǐ）用方便（biàn）。

（3）方法三：利用FANUC係統的模擬量模塊，實現砂輪的恒線速控製。當機床需要多個模擬量輸出（chū）時，係統自帶的唯一一個模擬主軸口肯定是不夠用的，這就需要增加一個模擬

量模（mó）塊。此處設計選用12位模（mó）擬量（liàng）輸出（chū）模塊ADA02A（A03B-0826-J052）。

在使用前需要在係（xì）統中分配地址。該模擬量輸出模塊（kuài）是一塊雙通道輸出模塊（kuài），雖然每（měi）個通道均是12位的（de），但仍需要為其分配四個字節的（de）地址。地址從（cóng）Y40開始，如圖7所示（shì）。

圖　5

圖　6

圖7　模擬量輸出模塊ADA02A地址分配

查閱模擬量輸出模塊ADA02A手冊得知，當設定模擬量最大輸出值為+10V時，模塊內部定義的模（mó）擬量輸（shū）出值為Km=2000。同理可用方法二中KD565的公式（shì）求得模擬量定義輸出地址D565中的數值。應用PMC程序同樣需要先將宏變（biàn）量參數#702（砂（shā）輪線速度）和#638（砂輪當前直徑）中的數據分別讀入D360和D470中，並（bìng）在PMC程序中按以上公式（shì）進行運算（編程（chéng）方法已經在方法二中具體描述過了，不再複述）。將D565中的運算值KD565傳入Y40。即（jí）可通過（guò）模擬量輸出模塊ADA02A的第一通道，對砂輪進行恒線速（sù）控製。編寫如圖8所示PMC程（chéng）序。

此種方法需要增加一個模擬量模塊，成本較高。但需（xū）要（yào）使用（yòng）多路（lù）模擬量控製時，就必須使（shǐ）用此方法。同樣，係統會自動運（yùn）行相關PMC程序，砂輪隨時可以恒線速運轉，使用方便。

3.結語

（1）實際使（shǐ）用表明，使用這（zhè）三種砂輪線速度控製方法的砂輪的跟隨性均非常好（hǎo），產（chǎn）品加工尺（chǐ）寸穩定，能保證加工（gōng）工件表（biǎo）麵（miàn）的（de）粗糙度一致性且效（xiào）果明顯。

圖　8

（2）根據（jù）機床的結構和功（gōng）能的需求，可以（yǐ）從（cóng）上（shàng）述方法中選取（qǔ）相應的方法。方法二，也就是（shì）PMC控製模（mó）擬主軸恒線速控製法，目前已（yǐ）在無心磨床MK1050A-CHL、MK1050A-ETJ6的設計（jì）製造（zào）中運用。實踐（jiàn）表明（míng）使用很（hěn）方便，成本低（dī），精度高，值得推廣使用。

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