基于FANUC 0i-TF數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)無心磨床砂輪恒線速控制
2019-10-25 來源: 無錫機床股份有限公司 作者: 李 毅
摘要:本文敘述了在MK1050A-CHL無心磨床上應用日本最新FANUC 0i-TF數(shù)控系統(tǒng)實施砂輪恒線速的精確控制方法,實現(xiàn)了產(chǎn)品加工尺寸的進一步穩(wěn)定,加工零件表面粗糙度的一致性明顯提高。
無心磨床在磨削加工過程中,砂輪恒線速的精確控制對穩(wěn)定工件的加工精度和表面粗糙度有著至關重要的影響,為了充分發(fā)揮并提升無心磨床的加工控制能力,必須探求最新數(shù)控系統(tǒng)在磨床中的實施。FANUC 0i-TF數(shù)控系統(tǒng)是日本FANUC公司的新一代先進數(shù)控系統(tǒng),擁有能夠進行納米單位精密運算的伺服技術。本文以MK1050A-CHL無心磨床為例,介紹了應用FANUC 0i-TF數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)無心磨床砂輪恒線速控制的3種方法。
1.機械傳動結構及電氣部件設計
無心磨床MK1050A-CHL的砂輪安裝在砂輪主軸上,如圖1所示。砂輪主軸的一端裝有直徑為DA的皮帶輪A。砂輪電動機端裝有另一個皮帶輪B,直徑為DB。砂輪主軸由砂輪電動機通過皮帶驅(qū)動。皮帶輪B為驅(qū)動輪,皮帶輪A為從動輪,兩個皮帶輪的線速度一致。
砂輪電動機設計選用國產(chǎn)YX3-160L-4-B3型,功率P=15kW,額定轉(zhuǎn)速nD=1 470r/min,380V/50Hz的電動機。該電動機由變頻器驅(qū)動,變頻器選用施耐德ATV312型變頻器,電路圖如
圖2所示。AI1和COM端子間輸入0~10V的模擬量電壓,由此對砂輪電動機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。LI1和+24V端子用來控制砂輪電動機的起停。

圖1 砂輪傳動結構
1.皮帶輪A 2.皮帶 3.皮帶輪B 4.砂輪電動機
2.實現(xiàn)無心磨床砂輪恒線速控制的三種方法
(1)方法一:利用FANUC系統(tǒng)自帶的模擬主軸控制功能,通過NC程序賦值,并將接口JA40的模擬量電壓信號接入變頻器,實現(xiàn)對砂輪電動機的變頻調(diào)速,從而實現(xiàn)砂輪的恒線速控制。
首先設定相關參數(shù)。由于砂輪電動機選用的是額定轉(zhuǎn)速為nD,380V/50Hz的電動機。將變頻器ATV312中的參數(shù)“最高頻率”設置成100Hz,當輸入到變頻器中的模擬量電壓為+10V時,砂輪電動機將以100H z頻率運行,即以轉(zhuǎn)速2nD運轉(zhuǎn)。考慮到砂輪主軸與砂輪電動機間存在DB:DA的減速比,將FANUC系統(tǒng)中參數(shù)No.3741、No.4020設置成nm。(主軸電動機最高轉(zhuǎn)速nm=2nDDB/DA)。
No.3741=n m,指令電壓為10V時的低速齒輪的主軸轉(zhuǎn)速。No.4020=nm,主軸電動機最高轉(zhuǎn)速。No.8133#5=1,參數(shù)SSN,設1表示模擬主軸,不使用主軸串行輸出。
No.3717=1,參數(shù)ISI,設1表示使用連接1號放大器上的主軸。No.3716#0=0,參數(shù)A/Ss,設0表示主軸電動機的種類為模擬主軸。No.3735=0, 最小鉗制速度。

圖2 砂輪電動機控制電路
No.3736=n m,最大鉗制速度。No.4056=100,傳動比,100表示1∶1。No.3706#6=1,No.3706#7=1,確定主軸速度指令輸出極性。NC程序編寫如下:

宏變量#702表示砂輪恒線速速度,由用戶根據(jù)加工工藝要求設定。宏變量#638表示砂輪當前直徑,隨著砂輪修整動作的執(zhí)行,砂輪當前直徑會隨修整量變化。宏變量#520表示當前砂輪主軸轉(zhuǎn)速,運算得出。PMC程序編寫如圖3所示。

圖 3
在PMC程序中,R9091.1是長通信號,G30表示主軸倍率。將G30設置成100,表示主軸倍率固定為100%。若主軸倍率可調(diào),極易造成砂輪線速度超速,引發(fā)砂輪炸裂, 那是非常危險的。G29.6設1表示主軸運行。
設置完成后, 接通變頻器的啟動端,砂輪即按設計運算要求的速度運轉(zhuǎn)。此種方法利用系統(tǒng)自帶端口,無需增加成本,程序編寫方便。但每次機床開機運行,都必須先加載運行一遍NC程序中的模擬主軸轉(zhuǎn)速賦值程序,不然砂輪無法運轉(zhuǎn)。
(2)方法二:利用FANUC系統(tǒng)自帶的模擬主軸控制功能,通過PMC程序賦值,實現(xiàn)砂輪的恒線速控制。
針對方法一的不足之處,改進控制方法。仍然使用接口JA40引模擬量電壓信號接入變頻器,實現(xiàn)對砂輪電動機的變頻調(diào)速,但采用PMC控制主軸旋轉(zhuǎn)。這種方法不需要通過NC程序賦值,直接通過PMC程序賦值,從而實現(xiàn)砂輪的恒線速控制。機床開機運行,不必先運行一遍NC程序中的模擬主軸轉(zhuǎn)速賦值程序,砂輪即可運轉(zhuǎn)。所有恒線速的運算都將在PMC程序中執(zhí)行。用戶對砂輪線速度的設定要求通過宏變量參數(shù)#702輸入,砂輪當前直徑也存放在宏變量參數(shù)#638中。我們首先要將相關宏變量參數(shù)讀入PMC程序地址中。編寫如圖4所示PMC程序。

圖 4
將宏變量參數(shù)#702和#638中的數(shù)據(jù)分別讀入D470和D360中。查閱PMC模擬主軸控制的相關手冊得知,主軸接口JA40模擬量輸出地址中的數(shù)值與模擬量模塊輸出到變頻器ATV312中的電壓成正比,且模擬量輸出地址中的最大數(shù)值Km設定為4095。故當定義的模擬量輸出地址為4095時,模擬量模塊輸出到變頻器ATV312中的電壓為+10V。與方法一相同,將變頻器ATV312中的參數(shù)“最高頻率”設置成100Hz,該變頻器收到來自JA40口的輸出電壓+10V時,砂輪電動機將以100Hz頻率運行。此時模擬量定義輸出地址D565中的數(shù)值KD565可由以下公式運算得出:

式中:VA為砂輪線速度,單位為m/s。該參數(shù)由用戶根據(jù)實際加工工藝需要,自行設置;dA為當前砂輪的直徑,單位為mm;DA為砂輪主軸端皮帶輪直徑,單位為mm;DB為砂輪電動機端皮帶輪直徑,單位為mm;Km為模擬量輸出地址最大值。從上可知,當用戶根據(jù)生產(chǎn)工藝需要確定了砂輪線速度以后,若能及時準確地確認當前砂輪的實際半徑,即能確認模擬量定義輸出地址D565中的數(shù)值,從而才能實現(xiàn)砂輪磨削線速度的恒定。要特別注意的是PMC控制主軸旋轉(zhuǎn)方式時,倍率G30是無效的。如圖5 所示, 主軸電動機速度指令選擇信號是G33.7:置0表示CNC控制;置1表示PMC控制。主軸電動機速度指令極性指令信號是G33.6,置0表示控制方向是NC指定;置1表示PMC指定(即G33.6=1時,G33.5才生效)。G33.5可以切換旋轉(zhuǎn)方向。G32.0~G33.3一共12位,在其中賦值PMC值D565。當G33.7、G33.6和G33.5都為1時,值為57344。在PMC程序中執(zhí)行雙字節(jié)運算,將D565與57344相加再賦值給G32。
由此編寫PMC程序如圖6所示,同樣需要設定相關參數(shù)。No.8133#5=1,參數(shù)SSN,設1表示模擬主軸,不使用主軸串行輸出。
No.3717=1,參數(shù)ISI,設1表示使用連接1號放大器上的主軸。No.3716#0=0,參數(shù)A/Ss,設0表示主軸電動機的種類為模擬主軸。No.3735=0, 最小鉗制速度。No.3736=Km,最大鉗制速度。No.4056=100,傳動比,100表示1∶1。
此種方法也是利用系統(tǒng)自帶端口,無需增加成本。系統(tǒng)自動運行相關PMC程序,砂輪隨時可以恒線速運轉(zhuǎn),使用方便。
(3)方法三:利用FANUC系統(tǒng)的模擬量模塊,實現(xiàn)砂輪的恒線速控制。當機床需要多個模擬量輸出時, 系統(tǒng)自帶的唯一一個模擬主軸口肯定是不夠用的, 這就需要增加一個模擬
量模塊。此處設計選用12位模擬量輸出模塊ADA02A(A03B-0826-J052)。
在使用前需要在系統(tǒng)中分配地址。該模擬量輸出模塊是一塊雙通道輸出模塊,雖然每個通道均是12位的,但仍需要為其分配四個字節(jié)的地址。地址從Y40開始,如圖7所示。

圖 5

圖 6

圖7 模擬量輸出模塊ADA02A地址分配
查閱模擬量輸出模塊ADA02A手冊得知,當設定模擬量最大輸出值為+10V時,模塊內(nèi)部定義的模擬量輸出值為Km=2000。同理可用方法二中KD565的公式求得模擬量定義輸出地址D565中的數(shù)值。應用PMC程序同樣需要先將宏變量參數(shù)#702(砂輪線速度)和#638(砂輪當前直徑)中的數(shù)據(jù)分別讀入D360和D470中,并在PMC程序中按以上公式進行運算(編程方法已經(jīng)在方法二中具體描述過了,不再復述)。將D565中的運算值KD565傳入Y40。即可通過模擬量輸出模塊ADA02A的第一通道,對砂輪進行恒線速控制。編寫如圖8所示PMC程序。
此種方法需要增加一個模擬量模塊,成本較高。但需要使用多路模擬量控制時,就必須使用此方法。同樣,系統(tǒng)會自動運行相關PMC程序,砂輪隨時可以恒線速運轉(zhuǎn),使用方便。
3.結語
(1)實際使用表明,使用這三種砂輪線速度控制方法的砂輪的跟隨性均非常好,產(chǎn)品加工尺寸穩(wěn)定,能保證加工工件表面的粗糙度一致性且效果明顯。

圖 8
(2)根據(jù)機床的結構和功能的需求,可以從上述方法中選取相應的方法。方法二,也就是PMC控制模擬主軸恒線速控制法,目前已在無心磨床MK1050A-CHL、MK1050A-ETJ6的設計制造中運用。實踐表明使用很方便,成本低,精度高,值得推廣使用。
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