FANUC系統剛性攻絲功能在數控機床中的應用 張小軍（寶雞機床集團有限公司， 721013）摘要：本文闡述了剛性攻絲基本原理、硬件配置，梯形圖編寫，參數設置以及調試中的注意事項，FANUC數控系統在功能擴展和應用方面在生產中實際應用。關鍵詞：FANUC數控系統； 高速； 高精度；剛性攻絲中圖分類號：TP273 文獻標識碼：B 文章編號：1004-0420(2010)05-0012-030引言如何利用現有加工手段進行高速高精度的加工，是困擾機床使用者最多的問題。剛性攻絲功能能高速高精度攻絲加工，作為數控機床生產廠家如何利用數控系統提供的剛性攻絲功能，使攻絲操作達到高速、高效，是數控機床設計人員追求的目標。本文將以FANUC 0i系統為例，對剛性攻絲功能在數控機床中具體控制過程進行闡述。1剛性攻絲的原理眾所周知，傳統的攻絲固定循環是利用程序指令控制主軸轉向和速度，給定攻絲軸軸向深度，裝在主軸上的主軸編碼器實時采集主軸轉速，送入數控系統，由數控系統實時計算刀具每分鐘進給速率F。由此我們可以看出傳統的攻絲固定循環，主軸運行在速度控制方式之下。由于控制方式的局限性，實時主軸速度受切削抗力變化的瞬間影響，很難保證主軸旋轉與進給軸的移動嚴格同步，容易使直徑小的絲錐斷掉。為克服此缺陷通常采用浮動絲錐工裝，但其自身浮動特點造成螺紋加工效率低，且精度不易保證。為了克服彈性攻絲的以上弊端，數控系統廠家開發出剛性攻絲功能。在剛性攻絲時，主軸旋轉1轉所對應鉆孔軸的進給量必須和攻絲的螺距相等，即必須滿足如下的條件：P=F/SP：攻絲的螺距(mm)；F：攻絲軸的進給量(mm/min)；S：主軸的速度(r/min)。在剛性攻絲方式，主軸電機的控制方式與伺服電機相同，進入位置控制方式，沿攻絲軸的運動和主軸的回轉運動均有補償。剛性攻絲時，主軸1轉對應于沿主軸軸向一定的進給量（螺紋螺距），主軸加減速時也嚴格維持這一關系。也就是說，在剛性攻絲時，主軸的旋轉不僅要實現速度控制，而且要實行位置的控制。主軸的旋轉和攻絲軸的進給要實現直線插補，在孔底加工時的加/減速仍要滿足P=F/S的條件時可以實現高速、高精度攻絲。2剛性攻絲系統配置剛性攻絲功能一般是使用FANUC的串行主軸控制，同時用一個帶1轉信號的位置編碼器來確定旋轉軸和攻絲軸的位置關系來共同實現。這個位置編碼器可以是外裝的，也可以是主軸電機內裝的。由于機床結構以及檢測精度不同，反饋系統的配置也就不同。使用外裝編碼器原理如圖1所示：圖1 外裝編碼器控制原理圖3剛性攻絲PMC程序的實現（圖2）圖2 梯形圖4剛性攻絲相關參數4.1主軸參數4000#0=0 主軸與電機的旋轉方向一致4001#4=0 主軸傳感器的安裝方向與旋轉方向一致4002#3，2，1，0=0，0，1，0 在主軸傳感器上使用位置編碼器4003#7，6，5，4=0，0，0，0 主軸傳感器的齒輪設定：1：14.2剛性攻絲參數5101#6=1 攻絲到孔底時輸出M05再反轉5112=4攻絲時主軸正轉的M指令5113=3 攻絲時主軸反轉的M指令5200#0=0剛性攻絲5204#0=1 在診斷上顯示剛性攻絲的同步誤差5211=100 剛性攻絲退刀時的倍率5214=2000剛性攻絲同步誤差寬幅的設定5241=2500 剛性攻絲時主軸最高轉速15242=2500 剛性攻絲時主軸最高轉速15261=100 主軸和攻絲軸的直線加減速的時間常數15262=100 主軸和攻絲軸的直線加減速的時間常數15300 =10 剛性攻絲時攻絲軸的到位寬度5301=50 剛性攻絲時主軸的到位寬度5310=13000剛性攻絲時攻絲軸移動時位置偏差5311=30000 剛性攻絲時主軸移動時位置偏差5312=200 剛性攻絲時攻絲軸停止時位置偏差5313=500 剛性攻絲時主軸停止時位置偏差5314 剛性攻絲時攻絲軸移動時位置偏差（設定值超過5310的設定范圍設本參數）5280 剛性攻絲時主軸和攻絲軸的位置控制的環路增益注：a.機床震動時可把5280改小；b.當有位置偏差報警時可修改上述相應位置偏差參數。5剛性攻絲指令剛性攻絲可以通過以下的任何一種指令完成：（1）_M29 S-剛性攻絲指令在G74/G84 (M series) 或 G84/G88 (T series)之前指定；（2）_M29 S-剛性攻絲指令與攻絲指令G74/G84(M series) 或 G84/G88 (T series)在同一程序段；（3）_G74/G84(M series)或G84/G88(T series)作為剛性攻絲指令（使用(G74/G84)(G84/G88)作為剛性攻絲指令還是作為普通的攻絲指令可通過參數5200#0指定)。其中，對于M系列：G84X_Y_Z_R_P_F_K_為標準攻絲循環指令；G74X_Y_Z_R_P_F_K_為反螺紋攻絲循環指令。對于T系列：G84為端面剛性攻絲循環（沿Z軸）；G88為側面剛性攻絲循環（沿X軸）；具備第二主軸的車削中心既可以進行端面剛性攻絲循環又可以進行側面剛性攻絲循環；對于普通數控車床只能沿Z軸端面中心攻絲，不能進行側面攻絲。剛性攻絲中可以指定每分鐘進給和每轉進給指令，每分鐘進給方式下，F/S為攻絲的螺距，而每轉進給方式下，F為攻絲螺距。6剛性攻絲調試注意事項由以上分析我們可以看出，要實現剛性攻絲功能，必須具備以下3個基本條件：a.位置編碼器。必須有一個帶檢測主軸1轉信號的位置編碼器，編碼器反饋到數控系統的精度直接影響剛性攻絲精度；b.編制相應的PMC程序。速度控制方式的PMC程序以前已經調整正常，只需在此基礎上添加剛性攻絲PMC程序即可。要想將剛性攻絲功能激活，只需接通系統提供的剛性攻絲信號RGTAP(G61.0)即可。當然要根據機床的實際情況考慮主軸運轉方向、檔位切換以及時序等一系列因素。這時我們可以從主軸伺服監控畫面看到主軸由速度控制模式進入到剛性攻絲模式；c.參數設定。剛性攻絲的最終速度、精度，在機械情況一定的情況下，取決于系統參數的合理程度。在以上3個基本條件滿足的情況下，就可以完成剛性攻絲功能。當然還有許多因素影響剛性攻絲速度和精度，例如編碼器與主軸傳動比為1：1，這樣機械傳動方面的損失影響加工精度方面就相對小些，調試也相對容易。為了直觀判斷剛性攻絲時的誤差，我們可以利用系統提供的診斷功能。主軸的位置偏差量診斷顯示No.450；分配給主軸的指令脈沖（瞬時值）診斷顯示No.451；分配給主軸的指令脈沖的累計值診斷顯示No.454；主軸換算移動指令之差診斷顯示No.455；主軸換算位置偏差之差診斷顯示No.456；同步誤差診斷顯示No.457；主軸換算移動量之差（最大值）診斷顯示No.460；主軸換算機械位置之差（瞬時值）診斷顯示No.461；主軸換算機械位置之差（最大值）診斷顯示No.462；主軸和鉆孔軸的誤差量之差的瞬時值診斷顯示No.452；主軸和鉆孔軸的誤差量之差的最大值診斷顯示 No.453。在調試中，要先空走程序（不加工），觀察以上診斷內容。如果452在運行過程中數值不是0，可能是增益不相同（主軸和攻絲軸5280-4，4065-8），檢查并修改。如果452在加減速時比較大，可能時間常數7結束語剛性攻絲較傳統的彈性攻絲循環在高速、高精度加工方面有著卓越的表現，合理開發利用可以使加工效率和性能得到提升，滿足機床用戶的攻絲加工要求。對國內數控機床的設計有參考價值。參考文獻：1FANUC Series 0i-MODEL D連接說明書（功能篇）Z.2FANUC Series 0i-MODEL D連接說明書（硬件）Z.3FANUC Series 0i-MODEL D參數說明書Z.4FANUC Series 0i-MODEL D PMC編程說明書Z.收稿日期：2010-07-13作者簡介：張小軍，男，學士，工程師，主要從事數控車床的電器設計工作。（5261-4）不合適，增大或減小設定值。調試結束后，要使453的值接近1。或者450的數值小于200。對于主軸一檔機床，參數5280必須同4065一致，對于主軸多檔