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編碼（mǎ）器在經濟型數控車床剛性攻絲（sī）的應用

2016-10-26 來源：沈陽（yáng）飛機（jī）工業（yè）（集團）有限公司民機加工分部作者：王思廣

摘要：在數控係統中，剛性攻絲是一項基本功能，但在經濟型數控（kòng）車床（chuáng）上一般使用（yòng）模擬主軸，經濟（jì）實用，可是如何實現車床攻絲這種基本功能（néng）呢？本文從工作中的實例出發，由位置編（biān）碼器的（de）基本原理、模擬主軸實現剛性（xìng）攻絲的條件、及係統和（hé）變頻器接口的連接（jiē），初步（bù）介紹了在FANUC0i 數控係統（tǒng）中，利用位置編碼（mǎ）器來實現模擬主軸的（de）剛性攻絲。

關鍵詞：位（wèi）置編（biān）碼器；模擬主軸（zhóu）；剛（gāng）性攻絲；經（jīng）濟型數控車（chē）床

0。引言

　　模（mó）擬主軸通常（cháng）用（yòng）於經濟型數控車床，剛性攻絲是（shì）車（chē）床的一個重要功能。剛性攻絲是指主軸旋轉與進給之間保持同步，也就是說攻（gōng）絲時株洲的旋轉不僅要實現速度控製，還要實現位（wèi）置控製，從而實現特定的加工要求。如何（hé）實現模擬主（zhǔ）軸的剛性攻絲呢（ne）？位置編碼器起（qǐ）著至關（guān）重要的作用。本文簡要介紹了這種控（kòng）製實（shí）現的一些基本原理和要求，通過兩個實例介紹了位置編碼器在經濟型數（shù）控車床的（de）應用。

1.位置編碼器的應用

　　在數控係統中，位置檢測元件是閉（bì）環進給（gěi）伺服係統中重要的組成部分，它檢（jiǎn）測機床（chuáng）工作台的位移，伺服電機的角位移和速度，將信號反饋給驅動裝置，與給定值比較得到差值再用於位置環閉環（huán）控製和速度環控（kòng）製。檢測元件通常用光或磁（cí）的原（yuán）理製成（chéng），精度既分辨率是最（zuì）小單位，由檢測元件等級品質（zhì）決定。在數控裝置位置檢測接口電路中常對反饋信號（hào）進行倍頻處理，以進一步提高精度。

　　數控車床的（de）位（wèi）置（zhì）編碼器是測量轉速的，反饋的是主軸的（de）實際速度，當車螺紋時要使轉速和進給保持一定關係，如導程1.5 的螺紋，車削時必須保證主軸轉（zhuǎn）一轉，刀具軸（zhóu）軸（zhóu）向進給1.5。

　　螺紋切削或每轉進給必須裝有位置編碼器，位（wèi）置編碼器檢測（cè）實（shí）際主軸轉速（sù）和每（měi）轉信號（用於螺紋切削時檢測主軸上固定點）理想編碼器（qì）必須與（yǔ）主軸相連（1:1）。如使用齒輪，選擇1：1,1:2,1:4,1:8 的變化以降低（dī）位置編碼（mǎ）器的速度。當主軸與位置編碼器（qì）之間使用齒輪時，參考NO.3706 的第1 位和0 位定義齒輪比。

2.模擬主軸實現剛性攻絲的條件

2.1　主軸電機（jī）帶位置編碼器

　　通過位置編碼器對主軸實現位置控製。這樣（yàng）在速度環的基礎上（shàng）擴大到位置環，在剛性攻絲的過程中主軸與進給都是位（wèi）置控製，就可以（yǐ）形成互（hù）相插補的關（guān）係，能夠達到更嚴格的同步。

2.2　數控係（xì）統的（de）接口

　　數控係統必須有模擬主軸接口和模擬主軸編碼器的接口。模擬主軸接口既要要求係統能夠根據主軸速度準確發出（chū）0 ～ ±10V 的模擬電壓。為了提高模擬電壓的精度，要求D/A 轉換器至少12 位。模擬主軸編碼器的接（jiē）口用來（lái）接收主軸的編碼（mǎ）器信號（hào）及時（shí）對主軸實行對主軸位置（zhì）控製。

2.3　變頻器的接口

　　主軸變頻器必須具有編碼器接口，±10V 的模擬電壓接口，並（bìng）且能在速度控製和位置控製提供兩（liǎng）組（zǔ）參數對主軸進行分別調整。此兩組參數來在速度控製時對速度控製參數對主軸進行調整，在位置控（kòng）製時，有位置控（kòng）製參數進（jìn）行調整以適合剛性（xìng）攻絲時高增益、高係統的配置。

3.故障實例

　　 CKS6163 自（zì）動運行進給軸不（bú）移動。數控車床CKS6163，係統型號FAUNC-0i-TA，程序在G00 方式下可運行，當（dāng）執行到G01 時機床進給軸不移動，但在JOG、REF、手輪方式下均（jun1）可移動車床。因為機床坐標軸可以移（yí）動，說明（míng）伺服放大器、電機、反饋等硬件都沒問題。

　　依據梯形（xíng）圖，如圖1 所示：SF(F7.2)：主（zhǔ）軸功能選通信號；MF(F7.0)：輔助功能選通信號；TF(F7.3)：刀具功能選通信號；MFIN(R450.1)：輔（fǔ）助功能（néng）結束信號；TFIN(R450.2)：刀具功能結束（shù）信號；GR：齒輪檔。

　　 SAR(G29.4) 主軸速度到達信號。當主軸速度達到（dào）指定速（sù）度後（主軸速度反饋裝置將實際主軸速度信息傳送（sòng）到CNC 中），係統輸出（CNC 至PMC）主軸速（sù）度達到信號F45.3=1（SARA），PMC 再根據接收的（de）信號進行（háng）邏輯關係處理。參數（shù）（PARAM3708#0=1）時，該（gāi）功能有效。

　　從PMC 梯圖可以（yǐ）看出（chū），在主軸速度沒有達到指令轉速時限製機床在G01 方式運行（háng），結合速度反饋結構，檢查速度反饋裝置，該車床的速度反饋是（shì）依賴於電（diàn）機編碼（mǎ）器，將編碼器拆開後發現與電機相連接的（de）鍵脫落，這樣就導致主軸正常旋轉，但編碼器反饋的速度值（zhí）則為0。

圖1　CKS6163 梯（tī）形圖

　通過工（gōng）藝角度分析此問題，發現G01 是“進給吃刀”的過程，此時主軸一定是遵循S 指令旋轉的，假設（shè）由於主軸驅動環節出了故（gù）障，主軸轉速會下降，那麽如（rú）果（guǒ）吃刀進給，則（zé）會給工件及機床造成嚴重損傷。因此係（xì）統提供了一個製約功能，當主軸速度設有達到指令轉速時，限製G01 方式進（jìn）給，但G0，JOG\REF 以及手輪方式不受此限製。

4.結論

　剛性攻絲（sī）時主軸的旋轉和進給軸進給之間總是保持同步。也就是說，在（zài）剛性攻絲（sī）時，主軸的旋轉不僅要（yào）實現速度控製，而且要（yào）實現位置的控製，從而實現高精高效的加（jiā）工要求。係統發出0 ～ ±10V 模擬電壓到變頻器的（de）模擬接口，控製模擬主軸的旋轉。位置編碼器的使用是經濟型數控車床（chuáng）實現剛（gāng）性攻（gōng）絲的必要條（tiáo）件，當然此功能的實現還要對係統參數進行深入了解，及PMC 程序的改編，此文意在對今後此類問（wèn）題的研究提供借鑒。

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