編碼器在經濟型（xíng）數控車床剛性（xìng）攻（gōng）絲的應用
2016-10-26 來源：沈（shěn）陽（yáng）飛機工業（集團）有限公司民機加工分部 作者：王思廣
摘（zhāi）要：在數控係統中，剛性攻（gōng）絲是一項基（jī）本功能，但在經（jīng）濟型數控車床上一般使用模擬主軸，經（jīng）濟實用，可是（shì）如何（hé）實現（xiàn）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（yuán）理、模擬主軸實現剛（gāng）性攻絲的條件、及係統和（hé）變頻器接口的連接，初步介紹（shào）了在FANUC0i 數控係統中，利用位置編碼器來實現（xiàn）模擬主軸的剛性攻絲。
關鍵詞：位置編（biān）碼器；模擬主軸（zhóu）；剛性攻（gōng）絲；經濟型數控車床
0。引言
模擬主軸通常用於經濟型數控車床，剛（gāng）性攻絲（sī）是車床的一個（gè）重要功能。剛性攻絲（sī）是指主軸旋轉與進給之間保持同步，也就是說攻絲時株（zhū）洲的旋轉不僅要實現速度控製，還要實現位置（zhì）控製，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（zhì）編碼器起著至關重要的作用。本文簡要介紹（shào）了這（zhè）種控（kòng）製（zhì）實現（xiàn）的一（yī）些基本原理和要求，通過兩個（gè）實例介紹了位置編碼器在經濟型數（shù）控車床的（de）應用（yòng）。
1.位置編碼器的（de）應用
在數（shù）控係統中，位置檢測元件是閉環進（jìn）給伺服係統中重要的組成部分，它檢測機床工作台（tái）的位移，伺服電（diàn）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於位置環閉環（huán）控製和速度環控製。檢測（cè）元件通常用光或磁的（de）原理製成，精度（dù）既分辨率是（shì）最小單位，由檢測元件等級品質決（jué）定。在數控裝置位置（zhì）檢測接口電（diàn）路中常對反饋信號進行（háng）倍頻處理，以進（jìn）一步提高（gāo）精度。
數控車床的位置（zhì）編碼器是測量轉速的，反饋的是主軸（zhóu）的實際速度，當（dāng）車螺紋（wén）時要使轉速和進給保持一定關係，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（xiàng）進給1.5。
螺紋切削或每轉進給必須裝有位（wèi）置編碼器，位置編碼器檢測實際主軸轉速和每轉信號（用於螺紋切削時檢測主軸上固定點）理想編碼器必須（xū）與主（zhǔ）軸相連（1:1）。如使用齒輪，選擇（zé）1：1,1:2,1:4,1:8 的變化以降低（dī）位置（zhì）編碼器的速度。當主軸與位置編碼（mǎ）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（xiàn）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（zhì）控製。這樣（yàng）在速度環的基礎上擴大到位置環，在剛性攻（gōng）絲的過程中主軸與進給都是位置控製，就可以形成互相插補的關係，能夠達到更嚴（yán）格（gé）的同步。
2.2 數控係（xì）統的接口
數控係統必（bì）須有模擬主軸接口和模擬主軸編碼（mǎ）器的接（jiē）口。模擬主軸接（jiē）口既要要求係統能（néng）夠根據主軸速度準確發出0 ～ ±10V 的模擬電（diàn）壓。為了提高模擬電壓的精度，要求D/A 轉換器至（zhì）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（shí）對主軸實行對主軸位置控製。
2.3 變頻器的接口
主（zhǔ）軸變頻器必須具有（yǒu）編碼器接口，±10V 的模擬電壓接口，並且能在速度控製和（hé）位置控製提供兩組參（cān）數對主軸進行分別調整。此兩組參數來在（zài）速度控製時對（duì）速度控製參數對主軸（zhóu）進（jìn）行調整，在位置控製時，有（yǒu）位置控製參數進行調整以適合（hé）剛性攻絲時高增益、高係統的配置。
3.故障實（shí）例
CKS6163 自動運行進給軸不（bú）移動。數控車床CKS6163，係統型號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（jun1）可移動車（chē）床。因為機床坐標軸可以移動，說（shuō）明伺服放大（dà）器、電機、反饋等（děng）硬件都沒問題。
依據梯形圖，如圖1 所示：SF(F7.2)：主軸功（gōng）能（néng）選通信號；MF(F7.0)： 輔助功能選通信號；TF(F7.3)： 刀具功能（néng）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（lún）檔（dàng）。
SAR(G29.4) 主軸速度到（dào）達信號。當主軸速度達到（dào）指定速度後（主軸速度反饋裝置將實際主軸（zhóu）速（sù）度信息傳（chuán）送（sòng）到CNC 中），係統輸出（CNC 至PMC）主軸速度達到（dào）信號F45.3=1（SARA），PMC 再根據接收的信號進行邏輯關係處理。參數（PARAM3708#0=1）時，該功能有效（xiào）。
從PMC 梯圖可以看出，在（zài）主軸速度沒有達到指令轉速時限製機床在G01 方式運行（háng），結合速度反饋結構，檢查速度反饋裝置，該車床的速（sù）度反饋是依賴於電機編碼器，將編碼器拆開後（hòu）發現與電機相連（lián）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（tú）
通過工藝（yì）角度分析此問（wèn）題，發現G01 是“進給吃刀”的（de）過程，此時主軸一定是遵循S 指令旋轉的，假設由於主軸驅動環節（jiē）出了（le）故障，主軸轉速會（huì）下降，那麽如果吃刀進給，則會給工件及機（jī）床造成嚴重損傷。因此（cǐ）係統（tǒng）提供（gòng）了一個製約功能，當主軸速度設有達到指（zhǐ）令轉速時，限製G01 方式進給（gěi），但G0，JOG\REF 以及手輪方式不受此限製。
4.結論（lùn）
剛性攻絲時主軸的旋轉和進給軸進給之間總（zǒng）是保持（chí）同步。也就（jiù）是說，在（zài）剛性攻絲時，主軸的旋（xuán）轉不僅要（yào）實現速度控（kòng）製，而且要實現位置的（de）控製，從而實現高精高效的加工要求（qiú）。係統發出0 ～ ±10V 模擬電壓到變頻器的模（mó）擬接（jiē）口（kǒu），控製模（mó）擬主軸的旋轉。位置編碼（mǎ）器的（de）使用（yòng）是經濟（jì）型數控車床（chuáng）實（shí）現剛性攻絲的必要條件，當然此功能（néng）的實（shí）現還要對係統參（cān）數進行（háng）深入了解，及PMC 程（chéng）序的改（gǎi）編，此文意在對今後此類問題（tí）的研究（jiū）提供借鑒（jiàn）。
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