用FANUC数控系统实现主轴任意位置的定向功能

1 问题的提出

　　一台XH714D机床(配FANUC 0i—MC系统)在正常使用一段时间后，用户提出机床必须增加任意位置定向功能才能满足新零件的加工需要。通过和该用户的沟通，了解到该用户在加工该零件的过程中必须进行两个孔精镗循环工序，其中一个孔在另一个孔的下面(这两个孔轴线不重合)，为了能正确进刀和退刀，必须使主轴进行定向。由于两个孔的轴线不重合，因此加工这两个孔时主轴定向的位置是不同的。因该机床是一台加工中心，本身具有定向功能。该定向的位置为自动换刀时的定向停止位置，该位置与镗孔时的定向位置不同，并且该位置不能随意更改，否则不能正常进行自动换刀。通过以上分析要达到用户要求该机床至少需要3个定向位。

2 控制方案的制定

　　2.1 主轴定向的基本原理

　　主轴的定向功能是使主轴停止在某一个固定的位置(该位置一般由设在机床参数中的值确定，FANUC0i—MC系统的参数号为：NO．4077)，位置一般在自动换刀时应用。其基本原理为：数控系统接到定向指令，产生主轴定向命令ORCMA。一方面，经顺序控制电路启动定向时间检测电路；另一方面，切断主轴原来的速度指令，速度调节器输入接地，主轴降速。当主轴转速接近零时，零速检测信号给出高电平1，精确定位开始，编码器发出信号，并经电路处理，产生慢速蠕动信号。当位置误差小于设定值时，CPU发出主轴“停”信号，同时切断定向时间检测电路，完成定向并发出定向完成信号。若在预定的时间内，主轴定向未完成，则定向时间检测电路会发出定向失败报警。

　　2.2 主轴定向控制的条件

　　由上面的原理可以知道，主轴在定向时，实际上是在主轴速度控制的基础上增加了一个位置环，因此位置编码器或磁性传感器等检测元件是主轴定向的必要条件。图1为运用位置编码器进行主轴定向的连接框图。

图1位置编码器进行主轴定向的连接框图

　　2.3 方案的确定

　　根据上面的定向原理和零件加工的实际情况，初步确定两种控制方案供用户选择。

　　方案一：确定用M20定向到自动换刀时的定向位置；用M19、M21分别指定在镗孔时的定向位置。在编制PLC控制程序时，应用窗口功能指令结合M19、M20、M21代码自动更改存储定向位置的机床参数(FANUC 0i—MC系统为NO．4077号参数)。在编制加工程序时，根据需要选择正确的M代码即可。该方案优点是加工程序编制简单；缺点是这种控制方案只能确定3个定向位置，并且必须将这3个位置值预先编制在PLC程序中，一旦定向位置发生改变，必须更改PLC控制程序。

　　方案二：自动换刀时采用参数设置的定向方式用M19来指定，除此之外用主轴定向停止位置外部设定功能的定向方式用M24来指定。在编制PLC控制程序过程中，在自动换刀定向时将主轴定向停止位置外部设定信号(G78、G79)自动设置为0，在其他方式定向时将要停止位置的脉冲数值赋给主轴定向停止位置外部设定信号中即可完成。该种控制方案的优点是可以任意位置定向，使用比较灵活，并且具有通用性；缺点是加工程序编程较方案一麻烦一些，主要原因是定向的角度必须用脉冲来指定(G78、G79指定的值应为脉冲指定方式)。该控制方案的难点是怎样将加工程序中的定向位置脉冲值输入到678、G79中。

　　经过和用户的进一步协商，用户最终选用了方案二。