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FANUC Oi-B系统的主轴的参数设定
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FANUC Oi-B系统的主轴的参数设定
官方公共微信FANUC系统主轴切换和速度输出切换控制同时在卧式加工中心的应用
&本文研究的是日本生产的卧式数控坐标镗，这是 一台FANUC 16M系统的，既可以实现大扭 矩加工，又可以实现高速高精加工。在精加工时主轴 最高转速可以达到6 000 r/min。国内同类机床，主轴 直径在&100 mm以上正挂箱的卧式中，由于 主轴箱机械结构的限制，主轴最高转速一般在3 000 r/min,在目前的结构上突破4 500 r/min是非常困难 的，即便如此，在高转速区加工也可能带来噪声、震动， 精度差等影响加工质量的一系列问题。相比之下，这 台卧式数控坐标镗机床的主轴转速在高速高精加工方 面更具有优势，从而使这台机床的加工范围更宽。那 么制造商是如何实现这一优势的呢？本文重点讨论电气方面的控制原理。
1机床主轴传动结构
主传动采用了两套传动机构，并使用了两台交流 主轴伺服电动机进行控制。在使用大扭矩加工时, MAIN主轴电动机和主轴是通过一套齿轮传动机构连 接的，通过一系列的齿轮啮合将主轴电动机的动力传 到主运动,增大主运动的扭矩。
实例:MAIN电动机选择的是以增大机床的切削 能力为前提的，选择的是aL 15/6000型主轴电动机, 15 kW。在需要高精加、主轴转速达到530 r/min以上 时,切换到SUB主轴电动机。SUB电动机和主轴是1:1直连的，选用的是双绕组aL 26 /10000型电动机, 18.5 kW(如图 1)。
2主轴运动的机械特性
主轴转速在20?530 r/min以下,MAIN主轴电动机通过一系列齿轮传递将动力传递到主运动,531?6 000 r/min切换到SUB主轴电动机,和主轴1:1连接。其中在530?2 000 r/min范围,SUB主轴电动机的低速绕组工作;2 001?6 000 r/min范围,SUB主轴电动机的高速绕组区工作。主运动的机械特性如图2所示。
3电气控制原理
(1) 该机床电气控制系统采用FANUC 16M数控 系统。
(2) 主传动的主轴电动机分别采用aL15/6000和 aL26 /10000两种型号主伺服电动机，其中后者为双 绕组主轴电机。
(3) 采用一台主轴伺服放大器控制两台主轴电动 机。硬件线路进行互锁，保证两台电动机不能同时工作。
⑷利用FANUC系统主轴切换控制功能，控制切 换aL15/6000和aL 26 /10000两台主电动机的工作。 通过两台主电动机在不同转速区的工作时段，获得不 同的电动机特性，来提高机床的加工能力。进行主轴 切换时，需要使电动机停下来。
(1) 利用FANUC系统主轴输出切换控制功能，控 制切换双绕组aL 26 /10000电动机的转速区，实现在 高转速下的扭矩切换。此功能应用时要切换离合/齿 轮信号（CTH1A、CTH2A),以便在低速特性和高速特 性下分别进行速度环路增益等的设定。
4主轴控制电气系统框图
主轴控制电气系统框图如图3所示。
5电气控制中需要解决的关键问题
(1) 实现两台主电动机最优化运行，在主电动机 切换控制中，应考虑避免两台主电机同时得电,在电气 硬件和软件控制中要进行互锁保护。
(2) 主轴高档转速控制中，在SUB主电动机双绕 组切换控制中，应考虑避免双绕组同时得电，在电气硬 件和软件控制中要进行互锁保护。
(3) 两台主轴电动机分别驱动主轴时，M19的定 向位置要一致。
(4) 主轴3个档位变速的控制。
6主电动机连接图
SPM主轴放大器，使用与两台电动机对应的放大 器中容量较大者。通过来自PMC的切换指令,切换控 制MAIN主轴电动机和SUB主轴电动机。为了更加 切实地检测动力线的状态，输入MAIN主轴电动机和 SUB主轴电动机的电磁接触器的状态，在输出动力线 切换信号（CHPA)后,如果在1 s内没有输入电磁接触 器状态信号（MCFNA、MFNHGA),则会有主轴报警15 发出（如图4、5、6所示）。
7主轴切换控制相关的PLC接口信号
主轴切换控制是利用1台主轴放大器来切换并驱 动2台主轴电动机的一种功能。此功能可适用于使用 不同时驱动的2台主轴电动机。
7.1 G71.2主轴切换请求信号（SPSLA)
(1) 本信号作为选择主轴电动机的指令信号 使用。
0:选择MAIN主轴电动机。
1:选择SUB主轴电动机。
(2) 在停止主轴电动机后，改变本信号。作为用 来确认主轴电动机停止的输出信号，备有速度零信号
(3) 在进行切换操作时，需要断开电动机的动力， 因此，请将旋转指令（SFRA、SRVA)和定向指令 (ORMCA)设为 0。
7.2 G71.3 SUB主轴电动机用电磁接触器状态信号 (MCFNA)
⑴输入SUB主轴电机用电磁接触器（MCC)的开闭 状态信号。
0:SUB主轴电动机用的电磁接触器处在断开
1:SUB主轴电动机用的电磁接触器处在接通 (ON)状态
(1) 通常，原封不动地输入SUB主轴电动机用电 磁接触器的辅助接点（A接点）状态。
(2) 参数No. 时,本信号作为动力线状 态确认信号使用，输入用来切换主轴电动机的动力线 切换的电磁接触器选择状态。
0:选择MAIN主轴电动机 1:选择SUB主轴电动机
7.3 F46.0动力线切换信号（CHPA)
(1) 此系用来选择主轴电动机的动力线切换的电 磁接触器的指令信号。
0:选择MAIN主轴电动机用的电磁接触器 1:选择SUB主轴电动机用的电磁接触器
(2) 在确认输入主轴切换请求信号（SPSLA)时, 电动机停止，动力被切断之后，本信号即被输出。请根 据本信号进行电磁接触器的切换。
(3) 在从SUB电动机切换至MAIN电动机时，当 SUB电动机停止，动力被断开时，本信号在接到主轴 切换请求信号（SPSLA)后，由1变为0。由此,首先关 闭SUB电动机用的电磁接触器。接着,在确认SUB电 机用的电磁接触器已经关闭后，打开MAIN电动机用 电磁接触器。
(4)在MAIN电动机切换到SUB电动机时，当 MAIN电动机停止,动力被切断时，本信号在接到主轴 切换请求信号（SPSLA)后，由0变为1。由此,首先关 闭MAIN电动机用的电磁接触器。接着，在确认已经 关闭MAIN电动机用的电磁接触器后，打开SUB电机 用电磁接触器。
7.4 F46.1主轴切换结束信号（CFINA)
(1) 主轴切换操作结束，输出控制哪个主轴电机 的信息。
0:控制MAIN主轴电机 1:控制SUB主轴电机
(2) 主轴切换请求信号（SPSLA)发生变化，在确 认本信号与主轴切换请求信号一致之后，转入下一步 操作。
(3) 在切换操作中，需要断开电机的动力，因此， 请事先切断旋转指令（SFRA、SRVA)以及定向指令 (ORCMA)。
7.5 F45.1速度零信号（SSTA)
(1) 输出主轴电机速度是否大于等于或者小于等 于速度零检测。
0:电动机在^速度检测水平下旋转 1:电动机在^速度检测水平下停止
(2) 进行主轴切换时，需要使电动机停下来。请 在确认电动机是否已经停止时使用本信号。
7.6控制时序
实例中仅通过与动力线状态确认信号（MCFNA) 之间的确认来进行主轴切换操作（参数No. 4014#2 = 0),如图7所示。
7.7 PLC程序
主轴切换部分PLC程序如图8所示。
7.8主轴切换相关参数设置（表1)
8速度切换控制的PLC接口信号
速度切换控制的使用方法有根据速度指令切换和 根据实际电动机速度切换的两种方法。实例中采用根 据速度指令切换绕组的方法。
8.1 G71.6输出切换请求信号（RSLA)
(1) 本信号作为选择输出特性的指令信号使用。
0:选择高速特性。
1:选择低速特性。
(2) 根据速度指令（S指令）设定的方法，输入本 指令信号，以便在速度指令小于等于切换速度时切换 至低速特性，速度指令大于等于切换速度时切换至高速特性。在大于等于切换速度的旋转区域，当本信号 由0变为1时，会马上切换至低速特性。
8.2 G71.7低速特性用电磁接触器状态信号(RCHA)
(1)输入主轴电动机的低速特性用电磁接触器(MCC)的开闭状态信号。
0:低速特性用的电磁接触器在断开（OFF)状态 1:低速特性用的电磁接触器在接通（ON)状态
(2) 通常，原封不动地输入低速特性用电磁接触 器的辅助接点（A接点）状态。
(3) 参数No.时,本信号作为动力线状 态确认信号使用，输入用来切换主轴电动机的输出特 性的电磁接触器的选择状态。
0:选择高速特性
1:选择低速特性
8.3 F46.2动力线切换信号（RCHPA)
(1)此系用来选择主轴电动机的输出特性切换用 的电磁接触器的指令信号。
表1实例中的相关系数设置
0:选择高速特性用的电磁接触器
1:选择低速特性用的电磁接触器
(2) 本信号在接到输出切换请求信号（RSLA)的 输入被输出。请根据本信号进行电磁接触器的切换。
(3) 在从低速特性切换至高速特性时，本信号在 接到输出切换请求信号（RSLA)后，由1变为0。此 时，电动机的动力会自动断开，因此，首先断开低速特 性用的电磁接触器。接着，在确认低速特性用的电磁 接触器已经断开之后，接通高速特性用电磁接触器。
(4) 在从高速特性切换至低速特性时，本信号在 接到输出切换请求信号（RSLA)之后，由0变为1。此时，电动机的动力会自动断开，因此，首先断开高速特 性用的电磁接触器。接着，在确认高速特性用的电磁 接触器已经断开之后，接通低速特性用电磁接触器。 8.4 F46.3动力线切换结束信号（RCFNA)
(1) 主轴电动机的输出切换操作结束，输出受哪 个输出特性控制的信息。
0:受高速特性控制 1:受低速特性控制
(2) 输出切换请求信号（RSLA)发生变化,在确认 本信号与输出切换请求信号一致之后，转入下一步 操作。
8.5控制时序
实例中仅确认动力线状态确认信号（RCHA)后进 行输出切换操作（参数N〇.)。
(1)低速特性&高速特性的切换操作，如图9 所示。
(2)高速特性&低速特性的切换操作，如图10所示。
8.6实例中的PLC程序
速度切换部分PLC程序如图11所示。 8.7实例中相关参数设置
实例中相关参数设置见表2。
表2实例中相关参数设置
有主轴定向功能
有输出切换控制功能
进行基于动力线状态确认信号)的确认
与速度检测信号)无关地切换
FANUC数控系统中有很多特殊的功能，其中主轴 切换控制功能和速度切换控制功能是不太常用的两个 功能,但也是应用比较复杂的功能。在国内的机床中 这两个功能同时应用的比较少，甚至没有。
通过&主轴切换控制功能和速度切换控制功能& 在卧式上同时应用的实际案例，说明了充分 合理应用数控系统的功能可以大大提高机床的加工精 度和加工范围，有效地改善机床的加工切削性能。在 数控机床设计中，如果能够充分将数控系统功能与机 械结构完美组合，将会大大提高数控机床的应用性能。
[l] FANUC a series AC servo amplifer descriptions manual 65162E/03 Z .
2] FANUC 16/160/18/180 -Modelb parameter manual 62450E/02 [Z].
3] FANUC AC spindle motor a series parameter manual 65160EN/02 Z].
4] YBM900N卧式坐标镗床使用说明书[Z].
第一作者:李惠贤，女，1964年生，高级工程师，长 期从事数控机床电气设计、调试等工作,具有丰富的实 践经验，已发表论文5篇。
(编辑刘文元）
(收稿日期:)
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