FANUC-0iC/D主轴速度控制的参数设定分析及实例

李 丹

（四川建筑职业技术学院，四川 德阳 618000）

数控机床主轴功能中，最重要的是对主轴的速度进行控制。数控机床通过增加机械变速机构（齿轮传动或带传动），来提高主轴低速转矩和扩大恒功率调速范围。这就要求CNC能够根据机械变速机构实际传动比，自动改变主轴速度指令的输出，并保证加工程序中的S代码指令和主轴转速一致。这种功能，我们称作传动级交换。

本文主要针对FANUC-0iC/D主轴速度控制的实现方法和相关参数设定，作分析讨论。

1 传动级交换实现形式

在FANUC-0iC/D，传动级交换功能实现有不同的实现形式，总体上分为T换挡和M换挡[1]。

2 T换挡控制与实例

2.1 T换挡控制

T换挡指令由 M41～M44（用正体）控制，PMC根据换挡指令直接控制机械变速装置更换变速档，动作完成后用PMC→CNC的内部信号GR1/GR2，将目前的传动级告知CNC。CNC将按照参数PRM3741～PRM3744设定，输出与实际传动比对应的S模拟电压。

T型换挡的输出特性如图1[2]。不同传动级、模拟量输出为10 V时，最高主轴转速S可通过参数PRM3741～PRM3744进行设定，小于最高转速的S指令，输出在0～10 V范围内线性变化；大于最高转速的S指令，输出保持10 V不变。

图1 T型换挡的输出特性

在FANUC-0iC/D，参数PRM3741～PRM3744的意义为1～4档主轴的最高转速。

当数控机床变速机构的传动比确定后，PRM3741～PRM3744设定值为：电动机的最高转速×不同档位的传动比，即不同档位时，10 V所对应的主轴速度。

T换挡传动级GR1/GR2信号与主轴的转速有关系，如表1，参数PRM3741～PRM3744的设定应依次增加[3]。

表1 GR1/GR2信号与主轴的转速关系

2.2 实例

例：某数控车床有主轴伺服电机（27 kW，4000 r/min），经过3级变速装置，传动比分别1:1.03，1:2.177，1:7.617，CNC的最大S模拟量输出为10 V，试计算不同档位时指令S400所对应S模拟量输出的电压值。

参数设定：

1档（M41）主轴的最高转速PRM3741

=4 000×(1:7.617)=525.14 r/min

2档（M42）主轴的最高转速PRM3742

=4 000 r/min

3档（M43）主轴的最高转速PRM3743

=4 000×(1:1.03)=3 883.49 r/min

PRM3744（M44）：由于档位不足 4 档，该参数可设定为最大输入值99 999

由于各档位最高转速所对应的模拟电压均为10 V，故1～3档执行S400指令的S模拟量输出电压值计算为:

说明：采用T换挡时，上例中数控机床的三档变速范围分别为 0～525.14 r/min、0～1837.39 r/min 、0～3883.49 r/min；S400指令在三个档位范围内都可实现，具体选择的档位由编程者M41～M44控制决定，并输出相应的电压值。

3 M换挡控制与实例

3.1 M换挡控制

M换挡控制是CNC根据S指令自动切换传动级的强制换挡方式，档位选择信号可通过CNC→PMC的内部信号GR10～GR30输出，两档时为GR10、GR20,三档时为 GR10、GR20、GR30。CNC 输出选档信号时，同时输出”SF”(F150.2)信号。PMC根据要求控制主轴换挡。M换挡动作完成后，PMC程序利用实际传动级信号GR1/GR2，将当前的传动级告诉CNC，如果实际传动级和CNC要求一致，CNC便输出于实际传动级对应的S模拟电压。任意一个S编程转速只能有一个传动级，或者说一个档位只能在指定S指令区间有效。

如果不同档位的切换在主轴转速达到某一值时（一般为最大转速）进行，这样换挡称为A型换挡，如果不同档位的切换可在不同的转速下进行，这样的换挡称为B换挡。

3.1.1 A型换挡的设定

A型换挡的输出特性如图2[2].

图2 A型换挡的输出特性

主轴换档时的主轴电机上限速度由PRM3736参数决定，主轴换档时的主轴电机下限速度由PRM3735参数决定，设定值可按下式计算：

式中：4095是CNC的12位D/A转换器的最大数字量输入。

如果额定转速6 000 r/min的电动机，在60 r/min以上、5 000 r/min以下运转时，有：

A型换挡参数PRM3741～PRM3744定义方法与T换挡相同。

由此可以确定：

实例：某加工中心控制系统采用FANUC-0IMC，机床主轴为交流伺服电动机FANUCα22/7000i，功率22 kW；主轴变速箱有三档齿轮，高档传动比1：1.002，中档传动比 1：3.012，低档传动比为 1:7.043,主轴电机最低箝制转速0 r/min，最高箝制转速5000 r/min，试确定主轴速度配置参数，并计算S400所对应S模拟量输出的电压值。

确定参数如下：

该数控机床 0～710 r/min 为低档（GR10），711r/min～1 660 r/min 为中档（GR20），1 661 r/min～4 990 r/min（GR30）为高档。

由编程人员给定的 S400，400 r/min在 0～710 r/min范围内为低档。CNC根据设定的参数进行自动变档。

3.1.2 B型换挡的设定

B型换挡的输出特性如图3[2].

图3 B型换挡的输出特性

B型换挡与A型换挡基本相同，只是不同档位的切换可在不同的转速下进行，并由参数PRM3751、PRM3752确定。

4 结束语

在FANUC-0iC/D主轴速度控制分为T换挡和M换挡。两者都是通过参数PRM3741～PRM3744把机床侧变速机构的传动比通知CNC。在T换挡中，不同档位的变速范围有重叠，因此同一S指令可对应不同档位。M换挡则通过参数PRM3735、PRM3736、PRM3751、PRM3752使各档位的变速范围无重叠，任意一个S编程转速只能有一个传动级。

[1]罗 敏.典型数控系统用用技术（FANUC篇）[M].北京：机械工业出版社，2009:226-234.

[2]北京发那科机电有限公司.FANUC Series 0-MODEL D/FANUC Series 0 Mate-MODEL D参数说明书[BE/OL].北京：北京发那科机电有限公司，2004.http://www.bj-fanuc.com.cn/tech/81.html.

[3]宋 松.FANUC 0i数控系统连接调试与维修诊断 [M].北京：化学工业出版社，2010:52-58.