編碼器在經濟型數控車床剛性攻絲的應用
2016-10-26 來源：沈陽飛機工業（集團）有限公司民機加工分部 作者：王思廣
摘要：在數控系統中，剛性攻絲是一項基本功能，但在經濟型數控車床上一般使用模擬主軸，經濟實用，可是如何實現車床攻絲這種基本功能呢？本文從工作中的實例出發，由位置編碼器的基本原理、模擬主軸實現剛性攻絲的條件、及系統和變頻器接口的連接，初步介紹了在FANUC0i 數控系統中，利用位置編碼器來實現模擬主軸的剛性攻絲。
關鍵詞：位置編碼器；模擬主軸；剛性攻絲；經濟型數控車床
0。引言
模擬主軸通常用于經濟型數控車床，剛性攻絲是車床的一個重要功能。剛性攻絲是指主軸旋轉與進給之間保持同步，也就是說攻絲時株洲的旋轉不僅要實現速度控制，還要實現位置控制，從而實現特定的加工要求。如何實現模擬主軸的剛性攻絲呢？位置編碼器起著至關重要的作用。本文簡要介紹了這種控制實現的一些基本原理和要求，通過兩個實例介紹了位置編碼器在經濟型數控車床的應用。
1.位置編碼器的應用
在數控系統中，位置檢測元件是閉環進給伺服系統中重要的組成部分，它檢測機床工作臺的位移，伺服電機的角位移和速度，將信號反饋給驅動裝置，與給定值比較得到差值再用于位置環閉環控制和速度環控制。檢測元件通常用光或磁的原理制成，精度既分辨率是最小單位，由檢測元件等級品質決定。在數控裝置位置檢測接口電路中常對反饋信號進行倍頻處理，以進一步提高精度。
數控車床的位置編碼器是測量轉速的，反饋的是主軸的實際速度，當車螺紋時要使轉速和進給保持一定關系，如導程1.5 的螺紋，車削時必須保證主軸轉一轉，刀具軸軸向進給1.5。
螺紋切削或每轉進給必須裝有位置編碼器，位置編碼器檢測實際主軸轉速和每轉信號（用于螺紋切削時檢測主軸上固定點）理想編碼器必須與主軸相連（1:1）。如使用齒輪，選擇1：1,1:2,1:4,1:8 的變化以降低位置編碼器的速度。當主軸與位置編碼器之間使用齒輪時，參考NO.3706 的第1 位和0 位定義齒輪比。
2.模擬主軸實現剛性攻絲的條件
2.1 主軸電機帶位置編碼器
通過位置編碼器對主軸實現位置控制。這樣在速度環的基礎上擴大到位置環，在剛性攻絲的過程中主軸與進給都是位置控制，就可以形成互相插補的關系，能夠達到更嚴格的同步。
2.2 數控系統的接口
數控系統必須有模擬主軸接口和模擬主軸編碼器的接口。模擬主軸接口既要要求系統能夠根據主軸速度準確發出0 ～ ±10V 的模擬電壓。為了提高模擬電壓的精度，要求D/A 轉換器至少12 位。模擬主軸編碼器的接口用來接收主軸的編碼器信號及時對主軸實行對主軸位置控制。
2.3 變頻器的接口
主軸變頻器必須具有編碼器接口，±10V 的模擬電壓接口，并且能在速度控制和位置控制提供兩組參數對主軸進行分別調整。此兩組參數來在速度控制時對速度控制參數對主軸進行調整，在位置控制時，有位置控制參數進行調整以適合剛性攻絲時高增益、高系統的配置。
3.故障實例
CKS6163 自動運行進給軸不移動。數控車床CKS6163，系統型號FAUNC-0i-TA，程序在G00 方式下可運行，當執行到G01 時機床進給軸不移動，但在JOG、REF、手輪方式下均可移動車床。因為機床坐標軸可以移動，說明伺服放大器、電機、反饋等硬件都沒問題。
依據梯形圖，如圖1 所示：SF(F7.2)：主軸功能選通信號；MF(F7.0)： 輔助功能選通信號；TF(F7.3)： 刀具功能選通信號；MFIN(R450.1)：輔助功能結束信號；TFIN(R450.2)：刀具功能結束信號；GR：齒輪檔。
SAR(G29.4) 主軸速度到達信號。當主軸速度達到指定速度后（主軸速度反饋裝置將實際主軸速度信息傳送到CNC 中），系統輸出（CNC 至PMC）主軸速度達到信號F45.3=1（SARA），PMC 再根據接收的信號進行邏輯關系處理。參數（PARAM3708#0=1）時，該功能有效。
從PMC 梯圖可以看出，在主軸速度沒有達到指令轉速時限制機床在G01 方式運行，結合速度反饋結構，檢查速度反饋裝置，該車床的速度反饋是依賴于電機編碼器，將編碼器拆開后發現與電機相連接的鍵脫落，這樣就導致主軸正常旋轉，但編碼器反饋的速度值則為0。
圖1 CKS6163 梯形圖
通過工藝角度分析此問題，發現G01 是“進給吃刀”的過程，此時主軸一定是遵循S 指令旋轉的，假設由于主軸驅動環節出了故障，主軸轉速會下降，那么如果吃刀進給，則會給工件及機床造成嚴重損傷。因此系統提供了一個制約功能，當主軸速度設有達到指令轉速時，限制G01 方式進給，但G0，JOG\REF 以及手輪方式不受此限制。
4.結論
剛性攻絲時主軸的旋轉和進給軸進給之間總是保持同步。也就是說，在剛性攻絲時，主軸的旋轉不僅要實現速度控制，而且要實現位置的控制，從而實現高精高效的加工要求。系統發出0 ～ ±10V 模擬電壓到變頻器的模擬接口，控制模擬主軸的旋轉。位置編碼器的使用是經濟型數控車床實現剛性攻絲的必要條件，當然此功能的實現還要對系統參數進行深入了解，及PMC 程序的改編，此文意在對今后此類問題的研究提供借鑒。
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