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FANUC系统主轴换档功能简明调试

2021-02-25  CNC数控笔...

一、主轴采用减速机构的目的

主轴的工作特性,很多时候需要它在低速时能够提供足够的扭矩,而在高速时能够提供足够的功率,为解决该问题,机械设计时都带有主轴换档机构。

二、换挡方式     

1、M型换挡(适用于M系列)

CNC依据事先在参数NO.3741~NO.3744 中定义的各齿轮档的速度范围来选择齿轮档,并且通过使用齿轮档选择信号(GR30GR20GR10)通知PMC选择相应的齿轮档,同时,CNC 根据选择的齿轮档位输出主轴电机速度。

M型换挡又可区分为A型和B型,参数3705#2=0时,为A型换挡;3705#2=1时,为B型换挡;

1)A型换挡:切换档位的速度点为每一档的最高速度。参数3741-3743设置各档最高速度;

例如:使用αiI22/8000主轴电机,第一档变比为1,第二档变比为0.25,参数NO.3736设定为4095,此时参数N0.3741设定为8000×1=8000,第一档切换档位速度点为8000,第二档参数N0.3742切换档位速度点为8000×0.25=2000,指定的S代码和2000以及8000比较,系统自动发出 GR30、GR20、GR10,结合该信号,在 PMC中处理驱动外围换档机构。


2)B型换挡:切换档位的速度点低于每一档的最高速度。档位1~2切换点速度设定(数字量设定),对应参数 NO.3751;档位 2~3 切换点速度设定(数字量设定),对应参数 NO.3752。

例如:使用α8/8000i主轴电机,第一档变比为1,第二档变比为0.25,参数NO.3735设定为50,NO.3736设定为4095,此时 N0.3741设定为8000×1=8000,NO.3742设定为8000×0.25=2000。参数 N3705#2设定位1,使用B型换档,要求设计档位1~2 的切换速度点为1000,档位2~3切换速度点为2000,按照下面的公式计算:

NO.3751=4095×1000/8000=512

NO.3752=4095×2000/2000=4095

2、T型换挡(适用于TM系列)

由齿轮档选择信号(GR1GR2)确定机床当前使用的齿轮档(共4个齿轮档)。由加工者决定如何使用各齿轮档位,CNC 输出与齿轮档位相对应的速度指令。

三、PMC对换挡的处理

1、S代码/SF信号输出

CNC 的主轴控制功能将 S指令值转换为控制主轴电机转速的输出值。在不使用齿轮换档和恒表面切削速度控制时,S代码/SF信号输出如下:M系列→ 输出 S代码。仅当 CNC 指令 PMC 换档时才输出 SF 信号。T系列→ S代码和SF信号都不输出。(当使用恒表面切削速度控制时,S代码并不总是主轴转速),如果在 PMC 梯形图中使用 S代码/SF信号输出,必须定义参数 No.3705。参数3705#4=1,。


M 系列系统中,往往是利用 SF 信号,结合 GR30、GR20、GR10 在 PMC中实现换档机构的动作。

2、信号说明


F信号(CNC→PMC)

G信号(PMC→CNC)


T/M系列

M系列


齿轮档

GR1(G28.1)

GR2(G28.2)

GR10(F34.0)

GR20(F34.1)

GR30(F34.2)

CTH1A(G70.3)

CTH2A(G70.2)

第一档

0

0

1

0

0

0

0

第二档

1

0

0

1

0

0

1

第三档

0

1

0

0

1

1

0

第四档

1

1

-

-

-

1

1

3、相应参数说明

参数

说明

设定说明

档位

4056

齿轮比(high)

主轴转一圈,电机转动圈数X100(参数4006#1=1,X1000)

第一档

4057

齿轮比(medium high)

第二档

4058

齿轮比(medium low)

第三档

4059

齿轮比(low)

第四档

4171

电机传感器与主轴之间的任意齿轮比 分母(hight)

CTH1A=0

4172

电机传感器与主轴之间的任意齿轮比 分子(hight)

4173

电机传感器与主轴之间的任意齿轮比 分母(low)

CTH1A=1

4174

电机传感器与主轴之间的任意齿轮比 分母(low)

4、主轴换挡信号处理

主轴在切换档位时,往往固定一个比较低的转速,此时可以使用主轴定向信号G29.5SOR),通过参数 NO.3705#11,选择将该信号作为换档使用,同时将主轴停止信号G29.6*SSTP)设定为逻辑 0 状态,则主轴以参数 NO.3732 中设定的速度,以参数 NO.37065 设定的方向旋转,实现高低档位的咬合。更有某些情况下,驱动的液压机构带动的高低档位齿盘,需要提供低速正反转动,主轴才能比较好的实现档位切换,此时可以设计一个周期方波。如图4-1所示:

图4-1 主轴周期摆动PLC程序

四、案例说明

案例:某龙门机床,配发那科αiI 22/8000主轴电机、ZF两档减速箱(11:421:1)要求实现主轴自动换档,即系统可根据输入的转速,自动选择档位,并实现换档,换档无卡顿。

1、依据机床配置,选择M型换挡中的A型换挡方式,控制主轴换档,主要参数设置如下:

参数

说明

设定值

备注

3706 #4

主轴齿轮选择方式

0

M型换档

3705 #2

齿轮切换方式

0

方式A

3705 #1

主轴定向信号G29.5的功能

1

进行齿轮换档

3705 #4

主轴选通功能脉冲信号F7.2

1

予以输出

3741

一档主轴最高转速

2000

8000*0.25(减速比)

3742

二档主轴最高转速

8000

8000*1(减速比)

4006 #1

齿轮比的设定单位

0

1/100,决定4056-4059的值

4056

齿轮比

400

根据PMC中CTHIA/CTH2A决定

4058

齿轮比

100

根据PMC中CTHIA/CTH2A决定

4171

齿数比分母

4

根据PMC中CTHIA决定0

4172

齿数比分子

1

根据PMC中CTHIA决定0

4173

齿数比分母

1

根据PMC中CTHIA决定1

4174

齿数比分子

1

根据PMC中CTHIA决定1

3732

换档时的主轴转速

10

该值=主轴换档速度/主轴最高转速*16383

备注:具体的参数说明详见参数说明书B-64610CM

2、PMC信号说明

CNC PMC

说明

PMC机床侧

说明

G29.5(SOR

主轴定向信号

X1.4

低档确认信号

G29.6(*SSTP

主轴停信号

X1.5

高档确认信号

G70.2(CTH2A

齿轮信号

Y2.0

低档切换输出

G70.3(CTH1A

齿轮信号

Y2.6

高档切换输出

F34.0(GR10

齿轮选择信号



F34.1(GR20

齿轮选择信号



3、换档动作说明:

当输入主轴转速后,系统根据输入的转速与各档最高速度比较,选择相应档位;换档时主轴先以3732中设定的转速摆动,换档机构动作,换档完成后,主轴旋转至指令转速。


齿轮式主轴换档设定手册

内容:

一、具体配置及设计要求

主轴与电机采用二级齿轮箱结构连接,内径55传动比分别为:

一档:主轴:电机=910:4028

二档:主轴:电机=2065:2279

高低档转速设计要求:

一档主轴转速1400rpm

二档主轴转速6000rpm

最低主轴转速10rpm

最高主轴转速6000rpm

主轴电机为α15/7000i,最高转速7000转/分,主轴未装编码器,采用外部接近开关(1转信号)+电机速度传感器做位置反馈。

二、连接示意图:

2.αi/βi放大器外部一转信号设定

3.主轴换挡设定

4.公式计算设定:

5.注意事项:

确认完成设置后,检查高/低档齿轮CTH1ACTH2A对应信号

SYSTEM→PMCMNT→信号→输入G70.3→搜索

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