基于FANUC数控系统的分度工作台电气控制与调试.pdf

窑 测试与控制 窑修稿日期院 圆园22原11原30作者简介院苏敏渊1986-冤袁男袁工程师袁学士遥 研究方向院数控机床电气设计与调试遥0引言目前卧式加工中心转台主要分为两种院 数控回转工作台渊可实现连续分度冤和分度工作台渊通过端齿盘进行分度定位冤遥 数控回转工作台可实现两个功能袁一是进给分度袁即在非切削时可以在 360毅范围内进行任意角度的旋转和分度定位曰二是实现工作台的圆周运动袁即在切削时袁与其他直线轴联动进行插补袁从而完成曲面的切削袁细分角度可达到 0.001毅或 0.0001毅遥 而分度工作台只能做分度定位袁分度角度由端齿盘的齿数决定袁通常最小分度为 1毅或 0.5毅袁甚至更小1遥分度工作台虽然只能进行分度定位袁 但是具有以下几个优点院首先是分度定位精度极高曰其次是精度的重复性和持久性好曰最后是刚性高袁结构简单袁维护方便袁成本更低遥 因此袁在不需要 B 轴联动插补袁而只需要进行分度定位的切削过程中袁 分度工作台比数控回转工作台更能得到金属加工者的青睐2遥本文讨论的分度工作台袁就是应某用户要求袁因其加工要求均为圆周上等分孔袁而其定位精度要求极高袁所以在卧式加工中心上为其配备了 1000mm伊1000mm袁最小分度角度 1毅的分度工作台袁 最后其定位精度和重复定位精度得到了用户的充分肯定遥1分度工作转台机械结构和电气配置本分度工作转台采用常用的起落旋转机构袁 端齿盘分度装置由上齿圈和下齿圈组成袁其机械结构见图 1遥在工作台需要旋转时袁 液压电磁阀打开给工作台的松夹油缸下油腔供油袁将旋转部分推起袁齿圈与上齿圈啮合袁上齿圈的外圈由电机通过蜗轮蜗杆驱动袁推动工作台Electrical Control and Debugging of Indexing Table Based on FANUC NC SystemSU Min袁 YANG Fu袁 WANG Wei渊Yunnan branch of China National Machinery Institute Group Co.袁Ltd.袁Kunming Yunnan 650031袁China冤Abstract院 The horizontal machining center using FANUC 0iMF numerical control system does not require the B-axis to participate in thelinkage machining袁 but requires high rotary positioning accuracy袁 according to the users process requirements for processing parts.Therefore袁 the workbench is equipped with a indexing turntable袁 and the mechanical unclamp mechanism is a double ring gear structure.With the help of the indexing axis control function of the NC system袁 the electrical control and debugging of the indexing turntable arefinally completed through NC parameter adjustment and PMC programming debugging.Through precision detection and actual cutting袁 theexpected control requirements are achieved.Keywords院 Indexing table曰 Indexing axis function曰 NC Parameters Adjustment曰 PMC programming and debugging基于 FANUC 数控系统的分度工作台电气控制与调试苏 敏袁杨 甫袁王 维渊中国机械总院集团 云南分院有限公司袁 云南 昆明 650031冤文章编号院 员园园圆原远远苑猿 渊圆园23冤 园4原135原园3摘要院 采用 FANUC 0iMF 数控系统的卧式加工中心袁 根据用户加工零件的工艺要求袁 不需要 B 轴参与联动加工袁 但需要极高的回转定位精度袁 因此工作台选择配备分度转台袁 机械松夹机构为双圈齿轮结构遥 借助数控系统的分度轴控制功能袁 通过 NC 参数调整和 PMC 程序的编写调试袁 最终完成该分度转台的电气控制和调试遥 通过精度检测和实际切削袁 达到了预期控制要求遥关键词院 分度工作转台曰 分度轴功能曰 NC 参数调整曰 PMC 程序编写中图分类号院 TP39文献标识码院 粤doi:10.3969/j.issn.1002-6673.2023.04.037机电产品开发与创新阅藻增藻造燥责皂藻灶贼 驭 陨灶灶燥增葬贼蚤燥灶 燥枣 M葬糟澡蚤灶藻则赠 驭 E造藻糟贼则蚤糟葬造 P则燥凿怎糟贼泽灾燥造援36熏晕燥援4Jul援熏圆园23第 36 卷第 4 期圆园23 年 7 月图1分度工作转台机械结构图1.工作台底座2.传动涡轮蜗杆副3.上齿圈4.工作台松夹渊起落冤油缸5.工作台面6.下齿圈遥12345 6135窑 测试与控制 窑旋转曰 角度定位完成后袁 给工作台的松夹油缸上油腔供油袁旋转工作台落下袁齿轮与下齿圈啮合袁完成分度定位遥传动比电机端院转台为 180颐1遥旋转驱动电机选用 琢iF22/3000 伺服电机遥 因为端齿盘本来就具有极高的定位精度袁所以只需要采用半闭环袁即使用电机编码器作为速度和位置反馈袁 就可以达到很好的定位控制效果曰同时为了使用方便袁转台上电不用进行回零操作袁将电机编码器选定为绝对位置编码器遥由于分度工作台旋转时需要进行松夹袁 因此有两个液压松夹电磁阀袁并增加了两个接近开关袁用于检测转台的松夹是否到位曰同时还有一个零位开关袁开关点亮时的位置上为分度转台的机械零位遥2分度工作转台的NC参数设置本分度工作转台是作为卧式加工中心的 B 轴使用袁其 NC 参数主要分为两部分袁一是轴设定相关参数曰二是分度轴功能参数遥 分别如下所述遥2.1 轴设定相关参数极其设定值首先袁需要设定轴控制基本参数袁系统才能识别到这个轴袁并控制该轴的驱动电机进行转速及定位遥这些参数及其设定值主要如下院渊1冤参数 1020院各轴的程序轴名称曰该轴为第四轴袁将第四轴设定为 66袁该分度转台在进给时将使用 B 为轴名来编程遥渊2冤参数 2020院电机代码曰将 B 轴设定为 299渊查表冤遥渊3冤参数 2084/2085院柔性齿轮比曰根据简明调试手册袁半闭环的情况下袁分度转台/电机为 1/180袁电机旋转一周袁分度转台转动 360/180=2毅袁检测单位为 0.001毅袁得到电机每旋转一周的位置脉冲数=2/0.001=2000 个袁 则 N/M=2000/100 万=1/500袁所以 B 轴的 2084 设定为 1袁2085 设定为 500遥渊4冤参数 1006#0渊ROTx冤院设定该轴直线轴还是回转轴曰将 B 轴设定为 1袁将 B 轴设定为回转轴遥渊5冤参数 1815#1渊OPTx冤院是否使用外置位置检测器曰将 B 轴设定为 0袁 表示使用电机内置编码器作为位置反馈编码器遥渊6冤参数 1815#4渊APZx冤院机械位置和绝对位置检测器的位置对应曰将 B 轴在零位开关点亮时设定为 1袁完成零位设定遥 注意院该参数需要在 1815#5 设定为 1 后断点重新上电后才能进行修改设定遥渊7冤参数 1815#5渊APCx冤院位置检测器的类型曰将 B 轴设定为 1袁表示电机编码器为绝对位置编码器遥渊8冤参数 1008#0渊ROAx冤院回转轴 360毅循环显示功能曰将 B 轴设定为 1袁开启 B 轴 360毅循环显示功能遥其余的电流环增益尧速度换增益尧速度和加速度等参数袁按照技术要求填写袁这里就不一一列举遥2.2 分度轴的相关参数FANUC 0i MF 数控系统提供了分度转台控制功能袁但是需要设定一系列参数袁将功能打开袁并标定最小分度值袁选择分度控制类型渊主要与分度转台钳制方式有关冤遥这些参数的功能及其设定值如下院渊1冤参数 5501#0渊ITI冤院 分度轴分度功能是否有效曰将其设定为 1袁则 NC 将 B 轴认定为分度轴袁在此位打开之后袁其他与分度轴相关的参数才会生效遥渊2冤参数 5501#1渊ISP冤院 钳制结束时分度轴伺服断开处理曰将其设定为 0袁此时 B 轴的伺服关断由 NC 侧处理袁PMC 侧只需向 NC 发送钳制完成信号渊此内容在 PMC 程序部分讨论冤遥渊3冤参数 5500#0渊DDP冤院 分度转台的分度轴指令小数点输入方式曰将其设定为 0袁按照原来的方式输入遥渊4冤参数 5500#3渊INC冤院 未设定负向旋转指令 M 代码渊参数 5511冤时袁是否将 G90 方式下的旋转方向设定为快捷方向曰此位设定为 1袁即在 参数 5511 为 0 时袁当 B 轴在执行绝对坐标编程定位指令时袁将自行判断旋转方向袁采取就近定位遥渊5冤参数 5500#4渊G90冤院 分度台分度轴的指令曰将其设定为 1袁此时 B 轴执行定位指令时袁不论你使用增量坐标还是绝对坐标袁系统都会视为绝对坐标进行定位遥由于分度工作台的只需要进行定位袁 这样就相当于是强制 B轴只能绝对坐标编程袁这样可以防止编程时出错遥渊6冤参数 5500#6渊SIM冤院 在同一段程序段中袁同时指令了分度台分度轴指令和其他控制轴指令时的处理效果曰此位设定为 0袁出现此情况时袁NC 将按照参数 5502#0渊IXSx冤的设定采取处理措施遥渊7冤参数 5500#7渊IDX冤院 分度台分度轴的动作顺序类型 渊类型 A 院 B 轴的钳制方式适用于通过弹出销进行钳制曰类型 B 院B 轴的钳制方式适合于通过咬合进行钳制冤曰由于该转台通过齿圈啮合进行钳制袁因此此位设定为 1遥渊8冤参数 5502#0渊IXSx冤院在同一段程序段中袁同时指令了分度台分度轴指令和其他控制轴指令时采取的措施曰由于分度工作台只能进行分度定位袁不能进行联动袁所以我们将 B 轴的此位设定为 0袁 发出报警袁 不执行指令袁让用户养成将分度轴定位指令分段执行的习惯遥渊9冤参数 5500院分度轴的控制轴号曰这里为第 4 轴袁设定为 0袁为缺省值即可遥渊10冤参数 5511院分度台分度的负向旋转 M 指令曰由于我们在 5500#3渊INC冤设定了自动方向就近定位袁不需要人工指定方向袁该参数设为 0 就可以了遥渊11冤参数 5512院分度台分度轴的最小定位角度曰该分度工作转台最小定位角度为 1袁 这里设定为 1.000 即可袁当定位指令不是该值的整数倍时袁NC 将会发出报警袁并不执行定位指令3遥136窑 测试与控制 窑到这里袁与分度转台分度轴相关的参数全部设定完毕遥2.3 与参数设定相关报警在分度轴相关参数设定完之后袁 当分度轴控制过程中出现指令或操作错误就会出现相关的报警袁 与参数相关的报警如下所示院渊1冤报警 PS1508院M 代码重复渊分度台反向冤曰是因为具有设定了与此 M 代码相同代码的功能渊分度台分度冤遥渊2冤报警 PS1561院非法分度角曰是因为所指定的旋转角度不是最小分度角度的整数倍遥渊3冤报警 PS1564院分度轴与其它轴同时指令曰是因为分度台分度指令与其他轴的运行指令指定在相同程序段中遥渊4冤报警 PS1567院分度轴指令重复曰是因为对于移动中或者分度工作台分度的顺序尚未结束的轴指定了分度工作台分度的指令4遥3分度工作转台的PMC信号及程序由于我们在这里选择使用了 FANUC oi MF 数控系统的分度轴控制功能袁NC 侧对分度轴的伺服使能及锁定等信号进行了处理袁PMC 主要是作为 NC 和机床连接的接口袁处理分度台的松夹输出及松夹到位检测输入信号遥3.1 PMC 与 NC 需要处理的接口信号分度轴功能仅需要处理四个接口信号袁见表 1遥3.2 接口信号的时序这几个信号需要按照相应的时序处理袁其时序图见图2遥3.3 PMC 程序根据上面的时序图袁 我们编制了 PMC 控制程序袁部分程序见图 3遥图中袁x16.3 为夹紧检测信号袁x16.4 为松开检测信号袁R860.0 输出到工作台松开电磁阀袁R860.3 输出到工作台夹紧电磁阀袁X26.1 为程序循环启动按钮遥 当程序中出现 B 轴定位指令时袁 NC 通过 F61.0 给出一个脉冲袁PMC 收到该脉冲袁R860.0 变为 1袁 松开电磁阀得电袁月 轴松开袁此时需要 PMC 将输出电磁阀渊R860.0冤自保住袁是为了在B 轴旋转过程中始终为松开状态遥 为保证转台完全松开之后才开始旋转袁 在松开信号检测到位后袁 延时 1s渊R860.1冤袁 再发送信号渊G38.6冤 给 NC 表示 B轴已松开到位袁 此时 B轴可以开始旋转遥NC 控制驱动电机拖动 B 轴旋转到位后袁 NC 会通过 F61.1 发出一个脉冲给 PMC袁PMC 用这个脉冲切断松开电磁阀渊R860.0冤的输出袁同时让夹紧电磁阀工作渊R860.3冤袁夹紧电磁阀得电袁工作台落下袁下齿圈齿轮啮合袁X16.3 检测到夹紧完成袁PMC发送信号渊G38.7冤给 NC袁NC 端会切断 B 轴的伺服使能5遥但是经过多次测试后发现袁 当旋转过程中突然中断进给渊复位尧急停等冤袁转台就不会夹紧袁CNC 也没有发出F61.1 夹紧信号袁 再次执行 B 轴进给指令转台也不会动作袁经过多次测试袁需要在进给中断时将松开信号 G38.6打断袁并接通夹紧 G38.7袁然后重新启动进给袁直到 B 轴到达对应位置袁CNC 通过 F61.1 让 PMC 将 B 轴夹紧遥至此袁整个分度工作转台的电气控制方案得以实现遥4结束语通过反复测试袁 该分度工作转台的电气控制方案可行袁达到预期目标遥 测试完成后袁使用激光干涉仪对分度工作转台的分度定位进行了三次测量袁 其定位精度达到了 5义袁重复定位精度达到了 2义袁高于协议精度要求遥 用户在使用过程中也没有出现过故障袁 该控制方案后续在多台卧式加工中心上使用袁也都取得了很好的效果遥参考文献院1 韩文渊.数控回转工作台J.装备机械袁2010渊1冤院62-73.2 南欢.端齿盘的参数设计与应用J.制造技术与机床袁2006渊10冤院106-109.3 FANUC Series 0i-MODEL F 参数说明书 渊B-64610CM/01冤.4 FANUC Series 0i-MODEL F 维修说明书渊B-64605CM/01冤.5 BEIJING-FANUC PMC SA1/SB7 梯形图语言补充编程说明书渊B-61863C-2/01冤.表1分度轴相关的PMC与NC接口信号信号分类功能条件B 轴钳制信号BCLP输出信号CNC 向 PMC 发 出 指令袁通过外围设备机械性钳制 B 轴B 轴分度定位完成袁 分度工作台需要夹紧B 轴钳制完成信号*BECLP输入信号PMC 通过外围检测信号通知 CNC 机械性钳制B 轴的动作已经完成无B 轴松开信号BUCLP输出信号CNC 向 PMC 发 出 指令袁通过外围设备松开B 轴机械性钳制B 轴需要启动分度定位或者回零B 轴松开完成信号*BEUCP输入信号PMC 通过外围检测信号通知 CNC 解除 B 轴机械性钳制的动作已经完成无图2接口信号时序图图3 PMC程序137