基于FANUC的数控镂铣床控制系统的设计

0 引言

       在机械加工行业中，数控镂铣床有着十分重要的应用，市场需求量很大。由于数控镂铣床具有切割精度要求高、移动速度快、切割工艺过程复杂以及加工要求高等特点，目前大多依赖于进口。然而进口设备针对全球销售，很难考虑到我国用户的特殊要求，如切割台尺寸过大，且价格比较昂贵，维修费用高、周期长。鉴于上述原因，设计开发一种数控镂铣床控制系统，替代同类进口设备变得十分迫切。

       日本FANUC有限公司是世界上最大的数控系统生产商，被公认为CNC技术的领导者，在世界范围内已被广泛采用。它目前生产的数控系统有FANUC Power Mate—MoDEL A/B/C，FANUCSeries 0(MODEL C)，FANUC Series 15/16/18/20/21和FANUC Series 15i/16i/18i/20i/21i等。FANUC数控系统的型号不同，其软件功能和控制的最大伺服轴数就不同。用户可以根据具体应用情况选择适合自己的数控系统。

1 系统功能

       基于FANUC的数控镂铣床控制系统以3轴(X轴、Y轴、Z轴)运动为中心，使主轴电机实现加工平面内任意曲线的轨迹运动，完成切割加工任务。X轴(台面)是通过预载的高精度螺母式丝杆来实现，Y轴(龙门)的运动通过双向高精度的齿条来实现，Z轴移动式由预载的高精度滚珠丝杆来实现，3轴的移动都由FANUC ai伺服电机驱动。同时它还具备一些辅助功能，如自动换取刀具、自动泵润滑油，使设备能够不问断地加工材料。控制方式为：FANUC系统+工控机。整个控制系统提供以下功能：
       a．定位气缸定位加工件。
       b．真空锁定加工件。
       c．主轴自动更换刀具。
       d．切割过程中，自动喷射冷却液。
       e．自动泵润滑油。
       f．切割结束自动升起滚轮。

2 系统硬件设计

       基于FANUC的数控镂铣床的硬件控制部分由FANUC控制系统、工控机、ai伺服电机(3台)、pi伺服电机(1台)、I/O分线块(3个)及相关电路组成。通过光缆和I/O LINK线连接成一个完整的通讯网络，实时传输各运行参数、控制命令。基于FANUC的数控镂铣床控制系统结构如图1所示。

       2.1 工控机

       工控机主要提供用户在线切割图形、设定相关性能参数和故障诊断等功能，考虑到处理机速度、可靠性和性能价格，选用华工空机。

       2.2 运动控制器

       根据国内市场的需求，本文所设计的是3轴（X,Y,Z）联动的数控镂铣床控制系统，选用FUCUC Mate-MODEL 0i-MB系统。它是可靠性、高性能价格比的CNC，最的控制轴数为4轴，在配置上重视与实现功能更全、效率更高的机床特性。它提供伺服HRV3控制：高速、高精度的伺服控制通过极其平滑旋转的伺服电机、高精度的电流检测、高响应和高分辨率的脉冲编码器等硬件以及伺服HRV3有机结合，可以实现高速、高精度的进给控制。此外，通过自动跟踪的HRV3滤波器，可以避免因频率辩护而造成的机床共振AI提前预读控制AI轮廓控制，AI提前预测多个加工程序段，实现了切削速度的最佳的加/减速控制。从而有效减少了工件形状拐角处，或小半径圆弧的伺服跟踪误差，并有效地提高了加工速度和加工精度。AI轮廓控制可实现更高速、高精度的加工。0i-MB系统NC控制器具有光缆通讯接口，能与上位机实时通讯，快速传输各运行参数、控制命令，HSBB通讯子板安装与工控机内。

       2.3 输入输出模块

       由于数控镂铣床的输入输出信号较多，分布比较分散，因此需要爱扩充I/O模块，才能满足控制要求。I/O模块选用FANUC公司的I/O分线米快（24个输入段，16输出点），共需3个I/O。一个用于操作台上的按钮信号输入及指示灯和继电器、接触器控制信号输出；一个用于手摇轮信号输入及主轴状态信号、定位块电磁阀控制信号输出；一个用于3轴(X轴、y轴、Z轴)正负限位信号输入及润滑油电磁阀、滚轮升起电磁阀控制信号输出。