FANUC－31i数控系统在数控立车转台多电动机控制上的应用

郑洪森

(威海华东重工有限公司，山东威海 264200)

数控立式车床以其独特的结构在我国制造业中得到了广泛的应用。数控立式车床一般都具有车削功能和铣削功能。传统数控立式车床转台的车削和铣削模式的转换是通过机械齿轮的改变来选择不同的驱动源实现的，驱动源在车削模式一般采用的是由可控硅供电的宽调磁直流电动机来控制，而在铣削模式采用的是交流同步伺服电动机来控制。此种结构的缺点是机械结构复杂，直流电动机体积大。

笔者公司综合以上问题开发出新的结构，采用4台交流异步电动机通过减速箱直接驱动转台，这样既能实现车削模式的高转速、铣削模式的高扭矩，同时也不用切换齿轮，大大简化了机械结构并节省安装空间。但此种结构对数控系统的要求较高，所以选用较高端的FANUC－31i以满足要求。

本文就FANUC－31i数控系统在数控立车转台4台电动机控制上的应用进行重点介绍。

1 机床基本结构

本立车采用FANUC－31i数控系统进行数据处理和控制，由滑板左右进给的X轴、滑枕上下进给的Z轴、横梁升降的W轴、转台旋转的主轴1和滑枕内的铣主轴2共同组成一个联动整体。机床的电磁阀和外围控制由系统内置的PMC(可编程控制器)的程序编程来实现。

其中转台的旋转是由4台FANUC异步主轴电动机直接驱动减速箱来实现的(如图1)。

2 转台部分的系统硬件构成

此部分的电动机采用的是FANUC αi系列主轴电动机和αi系列B型驱动器，编码器采用德国海德汉公司的ROD886 36000线编码器，信号分配器采用海德汉公司的IBV606把位置和速度信号分配给驱动器1和3上(如图1所示)，这样就共同组成了一套全闭环的控制结构。

3 系统调试

3.1 功能介绍

对于转台部分，要想实现如图1所示的功能，要求CNC订购以下选择功能:“主轴串联控制”、“主轴简易同步控制”和“Cs轮廓控制”。

主轴串联控制:实现两台电动机的速度同步控制，加预载值可以起到消除间隙的作用。

主轴简易同步控制:实现两台电动机的位置同步控制。

Cs轮廓控制:实现主轴电动机的位置控制，从而实现主轴电动机和伺服电动机的插补进给(此功能比较常用，本文不另作说明)。

从图1可以看出，电动机SP1/SP2、SP3/SP4为两对串联控制，SP1/SP3为主动轴、SP2/SP4为从(副)动轴。SP1和SP3为一对主轴简易同步控制，SP1为主动轴、SP3为从动轴。

主轴简易同步控制用于控制两个串联控制组中的主动轴(SP1，SP3)。

如果需要的话，主轴简易同步控制中的从动轴(SP－3)可以使用来自于主动轴(SP－1)的速度环积分器。一般称为扩展积分器复制功能。

两对串联控制中的从(副)动轴SP－2和SP－4，将接收来自各自主动轴(SP－1或SP－3)发出的速度指令和速度积分器数据，并各自使用此数据指令进行动作(速度串联控制)。

3.2 相关参数设置

4352#6 SLAVE:主轴放大器之间通讯的从动轴设定。把从动轴放大器的此参数设定为1。

4352#7 MASTER:主轴放大器之间通讯的主动轴设定。把主动轴放大器的此参数设定为1。

4353#2 RVSVC2:在主轴串联控制中，主动轴和从(副)动轴的旋转方向的关系设定。

0:在主轴旋转的过程中，两台电动机的旋转方向相同(从电动机轴端看)。

1:在主轴旋转的过程中，两台电动机的旋转方向相反(从电动机轴端看)。

这个参数决定在主轴串联控制中速度指令和实际电动机等的极性。

注:(1)此参数只设定在串联控制中的主动轴边。此主轴边的设定可以通过放大器的通讯传递到从(副)动轴。

(2)如果此参数设定不合适，主轴串联控制功能将不能正常工作。

此时如果旋转主轴，将会出现速度极性错误报警(主轴报警d0)。

4398 #5#4#3:此三位参数(#5，#4，#3)的设定有以下两种组合:

=0，1，0:仅速度串联控制功能可以使用。

=1，1，0:速度串联控制功能和速度环积分器复制功能同时可用。

注:此参数要求主动轴和从(副)动轴的设定要相同。

4360:此参数设定预载值。

数据单位:±16384，相当于扭矩指令100%。

数据范围:－8192～8192(－50% ～+50%)。

设 定:4台电动机按计算好的比例相应设定。

当串联控制中的两台电动机旋转方向相同时:预载值的方向相反。

当串联控制中的两台电动机旋转方向相反时:预载值的方向相同。

如果在主轴简易同步控制中，使用轴间的积分器复制功能(扩展积分器复制)，还需要设定如下参数:

4541#6RVDPOL:当使用扩展积分器复制功能时，主/从轴电动机的旋转方向的关系设定。

图1中的SP1和SP3方向相同，此参数设0。

4597:此参数将确定“扩展积分器复制”功能中的主动轴或从动轴。

图1中SP1为主动轴设－1，SP3为从动轴设1。

注:如果此参数的设定值不合适，或者此参数被使用在不对应的主轴放大器上，将会出现SP1252(非法的主轴参数设定值(TANDEM))报警。

3.3 PMC I/O 信号处理

3.3.1 输入信号(PMC⇒CNC)

G73.1、G77.1、G207.1、G269.1 SLVx 各个主轴的串联控制命令:此信号使串联控制有效或者无效。当使用主轴的速度串联控制功能时，所有的4个主轴都要把此信号设定为1。

注:(1)在改变这些信号之前，必须停止所有的4主轴。如果在旋转期间改变这些信号，系统将不会接受。

(2)应在速度控制模式下改变这些信号。在其他模式下，这些信号的改变将不被系统接受。

(3)如果4主轴电动机在机械方面还没有彼此连接，则不要把这些信号设定成1。

G264.0、G264.1、G264.2、G264.3主轴简易同步控制中各主轴控制信号:当这些信号中有被设定为1的，则和这些信号相对应的主轴将成为主轴简易同步控制中的从动轴。如图1所示 SP3为从动轴，故G264.2 设定为1。

注:此信号在NO.3704#5(SSY)为“1”时有效。

3.3.2 PMC 程序执行顺序

主轴的简易同步控制和主轴的串联控制的开启，需要在主轴速度控制模式、速度指令为零、实际速度为0(SST=1)的状态下执行。

启动顺序

(1)在速度控制模式下，用S0指令停止SP1到SP4的所有主轴。

(2)确认所有主轴的SST(实际速度0信号)变成了1(速度零状态)。

(3)指令所有串联控制中对所有主轴的串联指令控制信号(即指令SLVx为1)。

(4)确认所有串联控制中的主轴SLVS(串联控制模式信号)变成1(串联控制模式)。

(5)下一步，对主轴简易同步控制中的从动轴进行指令(G264.2=1)。

(6)然后输入速度指令驱动主轴旋转。停止顺序

(1)通过指令S0停止主轴旋转。

(2)确认所有主轴的SST(实际速度0信号)变成了1(速度零状态)。

(3)下一步，停止主轴简易同步控制中的从动轴的控制(G264.2=0)。

(4)取消所有串联控制中对所有主轴的串联控制(指令SLVx=0)。

通过以上就可以实现对4台电动机的速度控制了。

4 结语

伴随着数控系统功能的不断强大，机床的结构会越来越简单。如本文采用多电动机控制的工作台所体现的结构简单、精度高等优点，对需要大功率和大扭矩设备的设计都可以借鉴。