（机械工程专业论文）fanuc多通道多主轴系统在组合机床中的应用.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 本文研究f a n u c 多通道多主轴系统在d k 0 7 5 三轴镗组合机床中的应用问题。该 组合机床为双面卧式半精镗曲轴孔及钻缸体前后端面销孔的；0 n - r 机床，其右侧加工缸体 的曲轴孔和平衡轴孔。为了达到曲轴孔和平衡轴孔的加工精度要求，采用了双伺服主轴 驱动，以分别调整实现加工要求。输送料装置采用机械手结构。该机床采用单c p u 双 通道的控制方式，通道l 完成工件的加工，通道2 完成工件的输送，输送料时不占用加 工时间。 为了完成d k 0 7 5 组合机床的控制，论文选用了日本f a n u c 公司的新一代n g c ( n e x tg e n e r a t i o nc o n t r o l l e r s ) 数控系统18 i t b 的单c p u 双通道系统，最多 可带6 个伺服轴和三个串行主轴，完全满足组合机床对多通道和多主轴的加工要求。 论文以f a n u c1 8 i t b 数控系统为核心，设计了d k 0 7 5 组合机床的电气控制系统， 完成了机床电气系统硬件设计及n c 程序控制流程设计，探讨了f a n u c1 8 i t b 多通道 系统伺服参数整定及优化方法，分析了多主轴的控制方法。最后，对所设计的系统进行 了安装及调试，并讨论了调试过程中的问题及其解决方法。 论文所研制的d k 0 7 5 组合机床已经交付汽车制造业用户使用，表明论文的研究开 发工作是成功的。 关键词：f a n u c1 8 i t b ；单c p u 双通道；多主轴；n c 程序控制流程图；伺服调整 f a n u c 多通道多主轴数控系统在组合机床中的应用 d e v e l o p 匝n to fm 嘎，n p a l ha n dm u l t s p i n d l es y s t e m o ff a n u cf o rm o d u l a rm a c h i n et o o l s a b s t r a c t t i l i sp a p e rh a ss t u d i e dt h ea p p l i c a t i o no fm u l t i - p a t ha n dm u l t i - s p i n d l es y s t e mo ff a n u c f o rd k 0 7 5 at h r e e a x i sb o r i n gm o d u l a rm a c h i n et o o l s d k 0 7 5i sad o u b l e s i d eh o r i z o n t a l m a c h i n et o o ld e s i g n e df o rh a l f - f i n i s hb o r i n gh o l e so fc r a n k s h a f ta n dd r i l l i n gp i n h o l e so nt h e f r o n ta n db a c ks u r f a c e so fe n g i n ec y l i n d e r s t h er i g h ts i d eo fd k 0 7 5i su s e df o rm a c h i n i n g t h ec r a n k s h a f th o l e so ft h ec y l i n d e ra n dh o l e si nb a l a n c es h a f t t om e e tt h er e q u i r e m e n t sf o r h o l e s p r e c i s i o n ad o u b l e s e r v os p i n d l ed r i v ep a c ki ss e l e c t e da d j u s t m e n t a ni n d u s t r i a lr o b o t i sa d o p t e df o rw o r k p i e c et r a n s p o r t a t i o n 。i na d d i t i o n ，d k 0 7 5a d o p t so n e c p u - t w o - p a t h c o n t r o lm e t h o d i nw h i c ht h ef i r s tp a t hi st m e df o rm a c h i n i n ga n dt h es e c o n df o rw o r k p i e e e t r a n s p o r t a t i o ns ot h a tb o t hp a t h sc a nw o r ks i m u l t a n e o u s l y t oc a r r yo u tt h ec o n t r o lo fd k 0 7 5 ，t h ep a p e rc h o o s e s18 i t bc n cs y s t e m ，an e x t g e n e r a t i o nc o n t r o l l e rd e v e l o p e db yf a n u c ，t om e e tt h em a c h i n i n gd e m a n d sf o rm u l t i - p a t h a n dm u l t i s p i n d l e 18 i 1 1 3h a so n e c p u - t w o p a t hc a p a b i l i t ya n dc a l lc o n t r o lu pt 06s e r v o a x e sa n d3s e r i a ls p i n d l e ss i m u l t a n e o u s l y b ya d o p t i n gf a n u c18 i 一1 1 3c n cs y s t e m ，t h ep a p e rh a sd e s i g n e dt h ee l e c t r i c a lc o n t r o l s y s t e mf o rd k 0 7 5 ，a n dd e t a i lh a r d w a r es c h e m e s ，n cp r o g r a l nf l o w c h a r ta sw e l l m o r e o v e r ， t h es e l op a r a m e t e r s t u n i n ga n do p t i m i z a t i o nm e t h o d sh a v eb e e nd i s c u s s e da n dt h ec o n t r o l m e t h o df o rm u l t i s p i n d l eh a sb e e na n a l y z e d f i n a l l yt h ee l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e mh a sb e e n m o u n t e da n dv a l i d a t e d s o m ep r o b l e m so c c u r r e di nv a l i d a t i o np r o c e s sh a v eb e e na n a l y z e d a n de v e n t u a l l ys o l v e d t h em o d u l a r m a c h i n ed k 0 7 5d e v e l o p e di nt h ep a p e rh a sb e e ns h i p p e dt oac a r m a k e ri n m i d d l ec h i n aa n db e e np u ti n t ou s es u c c e s s f u l l y t l l i sa p p l i c a t i o nd e m o n s t r a t e st h a tt h e e l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e mf o rd k 0 7 5d e v e l o p e di nt h ep a p e ri sp r a c t i c a la n df e a s i b l e k e yw o r d s ：f a n u c18 i - t b ；o n e - - c p u - t w o - p a t h ；m u l t i - - s p i n d l e ；c o n t r o ld i a g r a mo fn c p r o g r a m ；s e r v ot u n i n g i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：旦坐竺呈垒鱼鲎丝垂独丕缢建塑孟起篮圭鱼刍垒国 作者签名：匿：堑：兰=日期：显2 年上月i 上日 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：邀垒鱼堇丕童物盔。趁盔碰盔蓝圭垒j 垒盈 作者签名：堕：堑：兰二日期：兰2 年上月上旦日 导师签名：j 型乏乙主l 日期：4 年j 月三z _ 日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1 组合机床的国内外发展概况 组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工 艺装备【l 】。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能 源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、 气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件( 近年 研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额) ，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种 螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。 组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧 式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步， 一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可 换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器( p l c ) 、数字控制( n c ) 等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合 机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机( 清洗机、装配机、 综合测量机、试验机、输送线) 等在组合机床行业中所占份额也越来越大。我国组合机 床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合 机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使 产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过 去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动 化装备【2 】。 纵观国际市场，数控系统产品基本上被日本发那科和德国西门子两大跨国集团占据 了绝对垄断地位。前者是专业化的数控系统生产厂商，占有国际市场份额的5 0 左右。 对于数控系统的通道( c h a n n e l ) 控制技术，其实质就是并行处理【3 】。它使系统可以同时处 理多个程序，提高了系统的性能与可靠性，降低了成本。运用这一先进技术，可以较好 地解决多单元复合、多轴机床的控制问题 4 1 。但是，在国内机床生产厂商的应用中很少 运用到多通道、多主轴功能。 1 2 组合机床的发展趋势 组合机床自动线和专用机床自动线成本低，应优先发展。我国现阶段，在产品数量 较大的同类产品连续流水作业的切削加工生产中，自动化设备仍然是半自动机床、自动 机床、组合机床及其组成的自动线、回转体零件加工自动线等。而在大批量的铸造、锻 f a n u c 多通道多主轴数控系统在组合机床中的应用 造、冲压、焊接、热处理和装配等生产中，采用刚性自动化( 自动单机或自动线) 则是合 理可行的，能取得较好的经济效益；对于品种稍多的成批生产，应采用由快速重新调整 的设备组合加工机床或流水线、可更换主轴箱组合机床自动线、短自动线和复合制造单 元，实现成组自动化；而单件小批量生产，应从推广成组技术入手，适当发展采用数控 机床或加工中心，有针对性地建立一些柔性制造单元f m c ( f l e x i b l em a n u f a c t u r i n g c e i l ) ，可取得较好的经济效果。 为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更 高的要求，当前，世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 高速、高效、高精度、高可靠性要提高加工效率，首先必须提高切削和进给速 度，同时，还要缩短加工时间；要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度， 而可靠性则是上述目标的基本保证。为此，必须要有高性能的数控装置作保证【5 】。 ( 2 ) 模块化、智能化、柔性化和集成化 ( 3 ) 柔性化和集成化 数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点( 数控单机、加工中心和数控复合 加工机床) 、线( f m c 、f m s 、f t l 、f m l ) 向面( 工段车间独立制造岛、f a ) 、体( c l m s 、 分布式网络集成制造系统) 的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展 6 1 。柔 性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发 展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为 前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；c n c 单机向高精 度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与c a d 、c a m 、 c a p p 、m t s v i 联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。 ( 4 ) 开放性 1 3 本课题提出的意义 组合加工可以大幅提高多品种单件和中小批量加工的功效，减少在不同数控机床间 进行工序的转换而引起的待工以及多次上下料等时间。从机床的制造成本分析，可以节 省两倍以上的钢铁原材料成本；从机床的设备投资分析，可以节省两倍以上的生产场地 面积；从机床的生产成本分析，可以大幅度节省人力资源、电力资源，提高加工功效两 倍以上；从机床的加工精度分析，工件的一次性装卡可减少安装误差，大幅度提高加工 精度。多通道数控系统是组合加工数控机床的核心，没有多通道数控系统就无法实现组 合加工。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 当前，数控系统【4 j 向智能化、开放式、网络化方向发展，能够实现多轴、多通道、 高速和高精度切削、复合化加工【8 】。为了满足用户的需求，各著名数控系统厂纷纷将多 轴( 包括多主轴) 多通道控制、轴同步控制、轴叠加控制、轴混合控制、信道协同等功能 列为新的研究点。同步控制可以令不同通道的运动轴按照某种时序关系或某种条件达到 同步，混合控制可让一个轴的混合命令在各通道之间进行交换，叠加控制能把一个轴的 移动命令叠加到属于另一通道的另一个轴上去。这些功能的实现都是建立在数控多通 道多主轴的基础之上的。 本文采用了近年来f a n u c 公司推出的适合于各种数控机床的高速、高精、纳米技 术【5 j 的f s l 6 i 1 8 i 2 1 i m o d e l b 系列数控系统。就其f s l 6 i 1 8 i 系列多主轴、多通道功能 进行系统参数设定、伺服参数的计算及设定、多主轴参数设定、并编写了多通道n c 控 制程序。针对f a n u c 1 8 i 单c p u 双通道系统的特殊性，进行控制分析和参数调整。多 通道模块化数控系统【6 】的研制成功以及在数控机床上的应用成功，具有极为深远的意义， 将会促进和加速组合加工机床的发展进程，整体提高装备制造业的技术水平，从根本上 降低机床制造的资源消耗。 1 4 本文主要研究的内容和论文结构 本文主要介绍在组合机床d k 0 7 5 的电气设计中双通道、双主轴的应用。针对f a n u c 1 8 i - t b 的单c p u 双通道系统，其f s s b 设定同1 通道的f s s b 设定有着很大的差别，本文 从两种设定方法入手形成鲜明对比，更加直观的体现了f a n u c1 8 i - t b 的单c p u 双通道 系统的特别之处在于的1 个子c p u 系统。本文对其主要的伺服参数的计算和设定给予分 析，同时也对其双主轴的控制方法和参数设定给予详细介绍和分析。此外，该机床共有 4 个伺服轴，其输送装置共有3 个伺服轴，输送带和其上的两个机械手都是伺服轴控制， 加工单元中有1 个伺服轴。因为f a n u c1 8 i - t b 系统每个通道最少要有两个控制轴，从 经济性和性能两方面考虑，将其中的用于下料功能的机械手分配到同加工单元中的伺服 轴在一个通道中进行控制，针对这一特殊性，本文也对n c 控制流程图和n c 程序给予详 细介绍和分析。同时，文中也简单的介绍了系统的硬件连接部分，见附录。 f a n u c 多通道多主轴数控系统在组合机床中的应用 2 电气控制方案制定和数控系统的选择 2 1电气控制方案制定 该机床为双面卧式半精镗曲轴孔、平衡轴孔及钻缸体前后端面销孔的组合机床。该 机床由专用镗削头，专用数控滑台，专用夹具及通用滑台组成。刀杆同时采用国产、进 口两种刀杆，机床采用自行设计制造的桁架机械手自动上下料。 虽然本机床为半精加工机床，但是机床加工精度可以达到：平衡轴孔与曲轴孔平行 度为0 0 4 5 ，孔的同轴度巾o 0 4 5 ，孔圆柱度0 0 3 ，孔径公差士o 1 ，孔与前端面垂直度0 0 4 5 ， 被加工各孔之间的位置度为士o 0 5 。 为达到以上精度，本机床在刀具的选用和使用方面采取了一些必要的措施，如：采 用带导向的钻头，对细长镗杆采用自动扶刀等特殊方法。 全线湿式加工，切屑液经过滤，自动将铁屑排到车间集中处理，全封闭防护，配备 高效除油雾装置，上下料采用进口桁架机械手，全伺服驱动，位置测量反馈，传动部件 采用消隙机构，传动中机械误差微小，动作准确可靠，安全性高。 根据以上机械性能描述可知，该机床共有5 个进给轴和3 个主轴需要驱动。进给轴 包括：左侧驱动轴( 以下称为左头) 、右侧驱动轴( 以下称为右头) 、机械手输送带轴、两 个用于上下料的轴；主轴包括：左头用于加工销孔的主轴、右头用于2 j n - r - 益轴孔和平衡 轴孔的两个伺服主轴。根据加工时序和加工精度的要求，该组合机床的右头、机械手输 送带轴和上下料机械手均为伺服驱动轴；而左头和其对应的主轴采用普通三相异步电动 机驱动。同时，为了满足曲轴孔和平衡轴孔的精度要求，配合右头使用的两个主轴采用 了双伺服主轴驱动。从理论上讲，最优的系统选择应该是带有三个通道和两个伺服主轴 的数控系统。其中加工单元的左头和右头应被分配在第一个通道内，机械手输送带和其 中的一个机械手( 暂定为上料机械手1 样) 被分配在一个通道内，另外的一个机械手( 暂定为 下料机械手2 撑) 被分配在一个通道内，但是从性能和经济方面综合考虑，加之该机床的 下一道工序的机床加工时间要快于该机床，所以可以把下料机械手2 j 6 和加工单元放在同 一个通道内，这样即不会影响加工节拍又降低了机床的成本。 纵观国际市场，数控系统产品基本上被日本发那科和德国西门子两大跨国集团占据 了绝对垄断地位。西门子的8 4 0 d 和发那科的f a n u c1 8 i 两种数控系统都能够满足该机 床的性能要求，而发那科公司f a n u c1 8 i t b 系统在价格上占有绝对优势，又应最终用 户要求采用f a n u c 系统，f a n u c1 8 i t b 系统自然成为该机床的最佳选择。f a n u c 1 8 i t b 系统带有两个通道，他分两种：一种是双c p u 双通道，一种是单c p u 双通道。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 前者每个通道最多可以有6 个伺服轴，共1 2 个伺服轴；后者每个通道最多可以有3 个 伺服轴，共6 个伺服轴，每个通道必须至少有2 个伺服轴。f a n u c1 8 i t b 可以带3 个 串行主轴【7 1 。这样，f a n u c1 8 i t b 的单c p u 双通道就可以满足该机床的要求。系统 硬件连接图见附录。 2 2 数控系统的选择 按照以上的控制要求，经过反复论证和比较，论文选择了f a n u c 的新一代 n g c ( n e x tg e n e r a t i o nc o n t r o l l e r s ) 数控系统。f a n u c 的n g c 包括3 个系列： ( 1 ) 0 i 系列：高可靠性和高性能价格比的c n c ，该系列包括f s 0 i 0 im a t e m o d e ld ； ( 2 ) 1 6 i 系列：适合于各种数控机床的高速、高精、纳米c n c ，该系列包括 f s l 6 i 18 i 2 l i m o d e lb ： ( 3 ) 3 0 i 系列：适合于先进、复合、多轴、多通道、纳米c n c ，该系列包括 f s 3 0 i 3li 3 2 i m o d e la 。 这三个系列的c n c 数控系统是f a n u c 公司新近开发的数控系统。涵盖低端到高 端，并配合开发各种规格的高性能、高精度的旋转和直线移动的伺服电机( 包括传感器) 、 伺服放大器和作为维修、调试的应用工具软件的“操作指南”、“伺服指南”、“t u r nm a t e i ”等，构成了完整的系列。 1 8 i 系列性能具体如下： f a n u cs e r i e s1 8 i m b 最大控制轴数8 轴、最大同时控制轴数4 轴；f a n u cs e r i e s 1 8 i t b 最大控制轴数6 轴、最大同时控制轴数4 轴；f a n u c1 8 i t b 可以有两个通道， 他分两种：一种是双c p u s 双通道，一种是单c p u 双通道。 ( 1 ) 先进的硬件技术 小型、省接线 高速、高精度、高效率 丰富的网络功能 优异的操作性 ( 2 ) 纳米c n c 系统 纳米插补平滑的位置指令，与高速、高精度的伺服控制配合实现了高精度的加工 s o g l o a i 纳米高精度轮廓控制 加减速控制 n u r b s 插补 f a n u c 多通道多主轴数控系统在组合机床中的应用 纳米精加工 ( 3 ) 高性能p m c 使用专用p m c 处理器的高性能p m c 顺序程序由专用的p m c 处理器执行。这样可以高速处理大规模的顺序控制。 c n c 和p m c 之间的高速窗口 可以高速传输数据的f a n u ci ol i n k 充实的p m c 诊断功能 用以太网的p m c 程序的开发环境 便于个性化的程序设计手法 ( 4 ) 最新的伺服数字技术 实现了纳米c n c 系统的高速、高精度的伺服控制 极平滑的回转 主轴h r v 控制 节能 双检安全性 ( 5 ) 丰富的网络功能 以太网 以太网控制板 数据服务器 ( 6 ) 现场总线 f l n e t ( 爹p r o f i b u s d p d e v i e e n e t ( 7 ) 个性化功能 c 语言执行程序。 支持多窗口显示。 宏执行程序 从以上的介绍来看，在同样的分辨率下，n g c 系列具有更快的快速进给率，也就 是它具有更快的处理能力，因而可以获得更高的速度，更高的精度。即使在n g c 系列 的最低端产品o i c 也具有更快的处理能力。n g c 系列最高端产品3 0 i 在系统分辨率为 l n m 时，最高速度可达到l m m i n 。当今数控系统软硬件技术的最新成果，以及向高速、 高精、网络化、开放性等方面的发展动向。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 3 多通道系统调试问题的分析 31 轴参数的分析与优化 该机床使用f a n u ci g i - t b 的单c p u 双通道系统，通道切换通过接口信号g 6 30 实现。c n c 与p m c ( 可编程顺序逻辑控制器) 的接口信号是：通道1 中的输入信号从g 0 开始，输出信号从f 0 开始 通道2 中的输入信号从o 1 0 0 0 开始，输出信号从f 1 0 0 0 开 始i l 。两个通道共用1 个p m c ，n c 是各自独立的。系统参数需要在各自通道下分别设 定。 设定方法如下：多次按 s y s t e m 功能键直到出现参数设定支持画面如图3 1 ( 软键 【p r m t u n 】) 进入参数设定支持画面( 按软键p r m n l n 】) i l ”。画面中的项目：轴设定、f s s b 设定( 放大器) 、f s s b 设定( 轴) 、伺服设定，这些项目就是参数设定的基本调试步骤。在 具体的参数下面，系统会列出各个参数的详细信息，便于用户设定。下面我们将具体的 需要注意的主要参数列出，并对其进行分析。 瞳疆隧强盈_ 菜单 轴设定 f s s b c 放大器) ：调整 躺孺 望嚣罐 型竺! 塑鲤塑：墅羔【8 妄喾 ，。l ，。，。( 操作14 l 图3 1 参数调整 f i g 3 1p a r a m e t e r t u n i n g f a n u c 多通道多主轴数控系统在组合机床中的应用 3 1 1 基本参数的设定与分析 a x i ss e t t i n g ( 轴设定) ，轴设定里面有以下几个组，对每一组参数进行必要的设 定。 b a s i c ( 基本) 组：有关需要注意的基本设定的参数是n o 1 0 0 6 # 3 、n o 1 0 2 2 、 n o 1 0 2 3 、n o 1 8 2 5 。详细分析如下： ( 1 ) 参数1 0 0 6 # 3 ：在车床上，工件的径向移动一般用直径指定。用参数选择直径 值编程时，轴只移动编程值的一半距离。按半径编程时，轴按指令值移动。通常把x 设 成1 ，把z 设成0 。 ( 2 ) 参数1 0 2 2 ：设定错误时，圆弧插补、刀具长度直径补偿、刀尖圆弧补偿就不能 正常进行。通常钻孔的轴设定为z 轴。 数值含义如下： o ：3 个基本轴中没有平行轴 1 ：3 个基本轴中的x 轴 2 ：3 个基本轴中的y 轴 3 ：3 个基本轴中的z 轴 5 ：x 轴的平行轴 6 ：y 轴的平行轴 7 ：z 轴的平行轴 ( 3 ) 参数1 0 2 3 ：该机床一共有四个伺服轴，每个通道分配了两个伺服轴，它们公用 一个伺服轴卡。伺服轴卡上有两个伺服系统接口，分别有两根光缆连接到各自通道的放 大器上，在该机床中，按照光缆连接顺序和放大器的排列顺序，将轴- 黼( d s p t l 2 】编号) 设定在参数1 0 2 3 中就可得到：通道1 设定：z 1 ：1 ，x l ：2 ，通道2 设定：x 2 ：3 ，y 2 - 4 。 ( 4 ) 参数1 8 2 5 ：对于进行直线及圆弧等的插补( 切削加工) 的机床，所有轴请设定相 同数值。只定位即可的机床，可按每个轴设定不同数值。环路增益的数值越大，位置控 制的响应越高，但如果太大，伺服系统会不稳定。位置偏差值1 3 】( 错误计数器中积存的 脉冲量) 与进给速度的关系如下： 位置偏差值= 丽淼 ( 3 1 ) 单位：位置偏差值： i i l l t i ，i n c h 或d e g ；进给速度：m m m i n ，i n c h m i n 或d e g m i n ； 环路增益：1 s 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 3 1 2 坐标系参数的设定 c o o r d i n a t e ( 坐标系) 组：有关坐标系的参数如表3 1 。 表3 1坐标系参数的设定 t a b 3 1c o o r d i n a t ep a r a m e t e rs e t t i n g 参数号设定值 1 2 4 0 1 3 2 0 1 3 2 1 在机械坐标系上的各轴第1 参考点的坐标值 各轴存储式行程检测l 的正方向边界的坐标值 各轴存储式行程检测1 的负方向边界的坐标值 3 1 3 进给参数的设定与分析 f e e dr a t e ( 进给速度) 组：有关需要注意的进给速度设定的参数是n o 1 4 0 1 # 6 、 n o 1 4 2 1 、n o 1 4 2 5 。详细分析如下： ( 1 ) 参数1 4 0 1 # 6 ：根据实验分析可得伺服轴的进给速度可根据p m c n c 的接口 信号空运行：g 4 6 7 、快速进给信号g 1 9 7 及参数1 4 0 1 # 6 进行选择如下表3 2 表3 2 快速进给速度的选择 t a b 3 2t h es e l e c t i o no f r a p i ds p e e d 空运行指令信号 快速进给指令信号程序指令 g 4 6 7 ( d r n )g 1 9 7 ( r t ) 快速进给( g 0 0 )切削进给( g 0 1 ) 等 程序进给指令x o 快速进给速度( 参数1 4 2 0 ) 切削进给倍率 参数快速迸给速度( 参数 1 4 0 1 # 6 = 0 1 4 2 0 )快速进给速度 o 1 参数试车速度( 参数 ( 参数1 4 2 0 ) 1 4 0 1 # 6 = 11 4 1 0 ) x 手动进给倍率 最大且削速度 1 快速进给速度( 参数1 4 2 0 ) ( 参数1 4 3 0 ) ( 2 ) 参数1 4 2 1 ：每个轴快速移动时的倍率选择如下表所示。1 0 0 时的速度在参数 1 4 2 0 中设定，表3 3 中的f 0 速度在参数1 4 2 1 中设定。 f a n u c 多通道多主轴数控系统在组合机床中的应用 表3 3 快速倍率选择 t a b 3 3t h es e l e c t i o no fr a p i ds p e e do v e r r i d e 堡望望銎堡兰堡兰： 倍率值 r o v 2 ( g 1 4 1 )r o v i ( g 1 4 0 ) ( 3 ) 参数1 4 2 5 ：这个速度是指在手动参考点返回时减速信号变为0 时的进给速度。 3 1 4 加减速参数的设定与分析 a c c d e c ( a n 减速) 组：有关需要注意的a n 减速设定的参数是n o 1 6 1 0 # 0 、 n o 1 6 2 0 、n o 1 6 2 2 。详细分析如下： ( 1 ) 1 6 1 0 # 0 此参数只在带“切削进给插补后直线型a n 减速功能选项时有效，不带此 功能时，与此参数的设定无关。1 6 1 0 # 1 此参数只在带“切削进给插补后钟型a n 减速功 能选项时有效，不带此功能时，与此参数的设定无关。具体如表3 4 表3 4 加减速类型选择 t a b 3 4s e l e c t i o nf o rt h et y p eo fa c c e l e r a t i o na n dd e c e l e r a t i o n ( 2 ) 参数1 6 2 0 ：设定达到快速进给速度的时间常数。在把快速进给速度提高到2 倍 时，要保持相同的加速度，就需要把快速进给加减速时间常数也提高到2 倍。 ( 3 ) 参数1 6 2 2 ：在切削进给加减速时，为不使机床产生冲击振动而设定加减速时间 常数。如图3 2 ： 大连理工大学专业学位硕士学位论文 切削进给的加减速 切肖i j 进给指数函数形加减速 速度 图3 2 切削进给指数函数型加减速 f i g 3 2e x p o n e n t i a la c c e l e r a t i o n d e c e l e r a t i o nc u r v ef o rf e e d 3 2 单c p u 双通道f s s b 最优设定方法的讨论 薨寸嬲 3 2 1 单c p u 双通道f s s b 的介绍与分析 f a n u c 的伺服控制系统是全数字的伺服控制系统，系统中的轴卡是一个子c p u 系 统b 4 ，由它完成用于伺服控制的位置、速度、电流三环的运算控制，并将p w m 控制信 号指令给伺服放大器，用于控制伺服的变频【1 5 。2 0 】。 f s s b 是指f a l w c 系统伺服总线，c n c 的轴卡通过光缆环与系统的从动装置通讯。 从动装置f 2 1 1 ：在利用f s s b 的系统中，通过光缆将c n c 与伺服放大器和分离式检测器 接口装置连接起来。我们将这些放大器和脉冲模块叫做从动装置。如图3 3 ，但是，假 定2 轴放大器由2 个从动装置组成，3 轴放大器由3 个从动装置组成。从动装置按照靠 近c n c 的顺序，赋予l ，2 ，1 0 这样的编号。 f a n u c 多通道多士轴数控系统在组台机床中的鹿片 幽3 3 从动装置连接 f i g33 c o n n e c t i o no f s l a v e r y d r i v e r s f a n u c 的单c p u 双通道系统有两组f a n u c 系统伺服总线。并且在轴卡上有两 个光缆接口，每个通道内的从动装置分别连接到相应的光缆接口上。f a n u c 的单c p u 双通道系统的f s s b 设定只能采用手动方式。如图3 6 和图37 ，它体现了通道i 和通道 2 的伺服轴公用一个伺服轴卡即共用一个c p u ，所以通道2 的伺服轴是包含在通道1 的 轴卡上的。通道2 的从动装嚣不是从1 开始的。这一点很重要，关系到手动设定f s s b 时相关参数如何设定，否则，f s s b 设定不能完成。为了更好的理解这层含义，下面介 绍2 种手动设定方法。 3 22 f s s b 手动设定方法1 当设定了如下参数时即可于动设定每个轴。1 9 0 2 # 0 = 1 ，1 9 0 2 # i = 1 ) ，参数1 9 3 1 ， 1 9 3 6 和1 9 3 7 只有在使用了分离型检测接口才设定。 圈匝 互瞿! 匝卫丑里堕巫囹 大连理工大学专业学位硕士学位论文 群0 ( f m d ) f s s b 设定模式为： 0 ：自动设定模式。( 在f s s b 设定画面，设定了与放大器和轴相关联的参数后，参 数n o 1 0 2 3 ，1 9 0 5 ，1 9 1 0 到1 9 1 9 ，1 9 3 6 和1 9 3 7 被自动设定) 1 ：手动设定模式。( 参数n o 。1 0 2 3 ，1 9 0 5 ，1 9 1 0 到1 9 1 9 ，1 9 3 6 和1 9 3 7 被自动设定) 群1 ( a s e ) 当f s s b 设定模式为自动模式时，自动设定： o ：未完成；l ：完成( 自动完成后，此位自动设到1 ) 圈匝亟互匝亟互卫亚墨互瞿卫堕亘囫 # 0 ( f s l ) 伺服放大器和伺服软件的接口类型 0 ：快速型；l ：慢速型 注：( 1 ) 当使用1 轴放大器时，快速型和慢速型都可以使用 ( 2 ) 当使用2 轴放大器时，快速型不能用于两个轴，慢速型可用于两个轴 ( 3 ) 当使用3 轴放大器时，第一和第二轴必须满足使用2 轴放大器时的条件，第三 轴必须满足使用1 轴放大器时的条件 ( 4 ) 在参数1 0 2 3 中设定为奇数的轴必须使用快速型，但是，使用慢速性也可以。 ( 5 ) 在参数1 0 2 3 中设定为偶数的轴只能使用慢速型 # 6 ( p m l ) 第一个分离型检测器接口单元： 0 ：没使用；1 ：使用了 # 7 ( p m 2 ) 第二个分离型检测器接口单元： o ：没使用；1 ：使用了 匣囹 二婴至亚堕雯堕巫至 当从动装置为放大器时： 设定从分配放大器的轴的参数1 0 2 3 的设定值中减1 的值。 当从动装置为分离式检测器接口装置时： 将第一台( 设置在c n c 附近) 的分离式检测器接口装置设为1 6 将第二台( 设置在远离c n c 的位置) 的分离式检测器接e l 装置设为4 8 当不存在从动装置时t设为4 0 ，但是，当使用简单电子齿轮箱( e g b ) 功能时， e g b 轴( 设定在参数n o 7 7 7 1 中的轴) 实际上并不需要放大器，但是，设定时请假定其与 虚设的放大器连接。即作为实际上并不存在的用于一个从动装置的地址转换表值，设定 从e g b 轴的参数n o 1 0 2 3 的设定值中减去1 的值，而不是4 0 。 f a n u c 多通道多主轴数控系统在组合机床中的应用 匝囹匿翌堕塑翌亘堕塑墅塑堕圃 匦囹匿至堕婴翌堕堕堡变堕堕堕墅囹 对于第一种手动设定方式如图3 4 中。参数n o 1 0 2 3 中设定轴卡编号，使n c 受控 轴与电机互相连接起来。轴卡编号l 、2 分配给通道1 ，轴卡编号3 、4 分配给通道2 ， 此种设定方法是通过通道1 中的参数n o 1 9 7 0 一1 9 7 9 和参数n o 1 9 8 0 一1 9 8 9 将轴卡编号 3 、4 分配给通道2 的。通道2 中的参数n o 1 9 1 0 一1 9 1 9 和参数n o 1 9 2 0 一1 9 2 9 与通道1 中的参数n o 1 9 7 0 1 9 7 9 和参数n o 1 9 8 0 一1 9 8 9 相对应。设定完成后关闭电源，然后开 机，设定成功后f s s b 画面如图3 6 和图3 7 ，设定如下： 通道1 中的参数设定如下： n o 1 0 2 3z ：1 ，x - 2 n o 1 9 0 5z ：0 ，x ：1 n o 1 9 1 0 ：0 n o 1 9 1 1 ：1 n o 1 9 2 0 ：1 n o 1 9 2 1 ：2 n o 1 9 7 0 ：2 将通道1 中的从动装置编号3 的地址变换表数值分配给通道2 的第 一轴 n o 1 9 7 1 ：3 将通道1 中的从动装置编号4 的地址变换表数值分配给通道2 的第 二轴 n o 1 9 8 0 ：3 将通道1 中的从动装置编号3 分配给通道2 的第一轴 n o 1 9 8 1 ：4 将通道1 中的从动装置编号4 分配给通道2 的第二轴 通道2 中的参数设定如下： n o 1 0 2 3x ：3 ，y ：4 n o 1 9 0 5x ：0 ，y ：1 n o 1 9 1 0 ：2 对应通道1 中的参数1 9 7 0 n o 1 9 1 1 ：3 对应通道l 中的参数1 9 7 1 n o 1 9 2 0 ：3 对应通道1 中的参数1 9 8 0 n o 1 9 2 1 ：4 对应通道1 中的参数1 9 8 1 大连理工大学专业学位硕士学位论文 p a t h1 圈图曰 i l l 图3 4f s s b 参数设定 f i g 3 4p a r a m e t e rs e t t i n gf o rf s s b 0 1 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 p a t h2 图n o1 9 1 0 日a x i s i1li l 塑! lii 2 3 4 0 3 2 3f s s b 手动设定方法2 当设定了如下参数时，即可手动设定每个轴。1 9 0 2 # 0 = 1 ，1 9 0 2 # 1 = 0 1 m l 。 第二种手动设定方式如图3 5 。通道1 中的设定与单通道的设定相同，通道2 中的 参数n o 1 9 1 0 和n o 1 9 11 设成0 ，以此表示通道2 内的从动装置是被分配在通道l 中的， 然后，通道2 中的参数n o 1 0 2 3 设成3 、4 。通道2 与通道1 共享1 个轴卡( 子c p u ) 。设 定完成后关闭电源，然后开机，设定成功后f s s b 画面如图3 6 和图3 7 。 乙 迄h 1 2 3 4 5 6 7 8 f a n i i c 多通道多主轴数控系统在组合机床中的应用 手动设定方式2 更加直观的体现了f a n u c 系统单c p u 双通道中2 个通道公用一 个轴卡的特性。所以在f a n u c 系统单c p u 双通道中我们推荐用这种方法设定。简单 明了。 p a t h1 图3 5f s s b 参数设定 f i g 3 5p a r a m e t e rs e t t i n gf o rf s s b - 1 6 - 圈圆圈 1o 21 32 43 5 4 0 64 0 7 4 0 8 4 0 p a t h2 圈圆圈 乙 地乙 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 z i r jx i e ix 2 匝y 2 h o 其它型式p c b i dn o 其它型式p c l t l d 图3 6 放大器设定画面 f i g3 6 m e n u o f a m p l i f i e rs e t t i n g 轴名称n h p h 1 h 2i - d s pc st n d h 轴名称