浅析FANUC Oi-D机床主轴换挡方式及含义

2013 NO.27SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯浅析FANUC 0i-D机床主轴换挡方式及含义①

谢贺年

(西安航空职业技术学院 陕西西安 7100)

摘 要:本文论述了FANUC 0i-D机床FANUC机床主轴换挡方式及含义,主要介绍了主运动实现方式及应用场合、主轴驱动电机与主轴特性的匹配和主轴分段无级变速换挡方式。关键词:机床主轴 换挡方式 主轴特性中图分类号:TG5文献标识码:A文章编号:1672-3791(2013)09(c)-00-02

Analysis of FANUC 0i-D Machine Tool Spindle Gearshift Mode and Meaning in

Xie Henian

(Xi’an Aerotechnical Polytechnic College,Xi’an Shaanxi，7100,China)

Abstract:This paper discusses the FANUC 0 I - D FANUC machine tool spindle shift method and means, this paper introduces the

main movement is implemented and applications, the spindle drive motor and line matching and the characteristic of main subsectionstepless shift mode.

Key Words:Machine Tool Spindle;Shift Mode;Main Characteristics

1 主运动实现方式及应用场合

数控机床在实际生产中,并不需要在整个变速范围内均为恒功率。一般要求:在低速段为恒转矩传动——恒转矩特性,中、高速段为恒功率传动——恒功率特性。1.1主轴齿轮变速

为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能大,有的数控机床在交流电机无级变速的基础上配以齿轮变速,用以解决电机驱动和主轴传

.com.cn. All Rights Reserved.图1

图2

动功率的匹配问题,使之成为分段无级变速。在带有齿轮变速的分段无级变速系统中:主轴的正、反向启动与停止、制动是由伺服电动机来实现;主轴变速由电动机无级变速与齿轮有级变速相配合来实现;这种配置适合于大中型机床,确保主轴低速时输出大扭矩、高速时输出恒功率特性的要求。对于这种配置形式,机械设计时都带有主轴换档机构。1.2主轴带传动

主轴带传动变速主要是将电机的旋转运动通过带传动传递给主轴。这种传动方式多见于数控车床和中、小型加工中心,它可避免齿轮传动时引起的振动与噪声。数控机床主轴带传动变速常用采用多楔带和同步带。多楔带传动综合了Ｖ带和平皮带的优点,运转时振动小,发热少,运转平稳,重量轻,因此，可在40m/s的线速度下使用。多楔带与带轮的接触好,负载分布均匀,即使瞬时超载,也不会产生打滑,而传动功率比Ｖ带大20％～30％。能够满足加工中心主传动要求的转速、大转矩和不打滑的条件。楔带安装时需要较大的张紧力,使得主轴和电机承受较大的径向负载,这是多楔带的一大缺点。1.3主轴无级变速

数控机床采用交流主轴伺服电动机直接驱动主轴实现主轴无级变速。方式一:电机直接驱动:交流主轴电动机及交流变频驱动装置(笼型感应交流电动机配置矢量变换变频调速系统),由于没有电刷不产生火花,所以使用寿命长,且性能已达到直流驱动系统的水平,甚至在噪声方面还有所降低。因此,目前应用较为广泛。方式二:电主轴:主轴直接驱动还有一种方式是内置电动机主轴变速。将调速电动机与主轴合成一体(电动机转子轴即为机床主轴),称

(下转91页)

①作者简介:谢贺年(1982—),男,2006年毕业于陕西理工学院并取得学士学位,现就职于西安航空职业技术学院航空制造工程系数 控设备维修教研室,助教。

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工 业 技 术

总的来说,离国民经济对先进技术的要求还有一定的距离。

家。其中研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元具有非凡的意义;这样,在产品开发设计时,就可以利用这些标准模块化单元迅速的开发出新产品。3.4网络化

20世纪末,网络技术的迅速发展在给科学技术、工业生产、教育、军事、政治及日常生活带来巨大变革的同时也给机电一体化技术以重大影响,各种网络将全球经济、生产连成一片,企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到,质量可靠,很快就会畅销全球。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。3.5智能化

伴随着智能技术的发展,机电一体化技术也呈现智能化发展的趋势。智能化在机电一体化中的应用主要表现在,它要求机电产品具有一定的智能性,具有类似人的逻辑思维、判断推理、自主决策的能力。例如,在CNC数控机床上增加人机对话功能,设置智能I/O接口和智能工艺数据库,会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊数学、灰色理论、神经网络、生理学、心理学和混沌动力学等人工智能技术的发展和应用,使其具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,为机电一体化技术发展开辟了更加广阔的天地。3.6绿色化

科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化,在物质丰富的同时也带来资源减

2013 NO.27SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯3 机电一体化的发展趋势

机电一体化是多学科的交叉融合,综合了机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、光学技术、电力电子技术、接口技术等技术,其发展进步依赖并促进了相关技术的发展。新时期机电一体化呈

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现出新的发展趋势。3.1数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础。不断发展的数控机床和机器以及迅速崛起的计算机网络,为数字化设计与制造提供了保障。计算机集成制和虚拟设计的成功应用正说明了这一点。数字化的实现便于远程操作、诊断和修复。数字化对机电一体化产品的软件具有较高的要求,其必须具有易操作性、高可靠性、可维护性、自诊断能力以及友好的人机界面。3.2微型化

微型化兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS)泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

3.3模块化

研制和开发标准的机械接口、环境接口、动力接口的机电一体化产品单元模块是一项比较复杂的工作,不仅因为机电一体化产品种类繁多而且有众多的生产厂

少、生态环境恶化的后果。机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境,产品寿命结束时,产品可分解和再生利用。

4 结语

机电一体化已成为当今机电领域的新潮流和振兴机电工业的必由之路。推广电子技术对传统产业进行改造,是提高生产和管理技术、促进机电一体化产品的开发、加快产品结构调整的重要措施。随着科学技术的发展,各种技术相互渗透的趋势将越来越明显,以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势。

参考文献

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为电主轴,这是近年来新出现的一种结构。这种变速方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构,有效地提高了主轴部件的刚度,但主轴的输出转矩较小,电动机发热对主轴精度影响较大。

2 主轴驱动电机与主轴特性的匹配

数控机床采用交流主轴伺服电动机驱动主轴实现变速,主轴传递的功率或转矩与转速之间的关系如图1所示。当机床处在连续运转状态时,主轴的转速在437～3500r／min范围内,主轴传递电动机的全部功率为llkW,为主轴的恒功率区域主轴转速在35～437r／min范围内,主轴的输出转矩不变,称为主轴的恒转矩区域。

3 主轴分段无级变速换挡方式

对于分段无级变速主轴,其换档的方式有两种:M型换档,T型换档。M系列系统可以采用M型和T型两种换档方式,通过参数3706#4进行设定;如果系统使用恒表面切削速度控制功能,则不管该参数如何设定,都认为是T型换档。3.1M型换档方式

(1)M型换档方式一。

对于M型换档,如同直接由S指令选择一样,CNC依据事先在参数3741～3744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(GR30,GR20,GR10)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。列系统则只能使用T型换档。

(2)M型换档方式二。

3741～3744参数设定,接受主轴运动信号如“M03S400”;确定主轴运动对应换挡方式,明确档位选择信号GR30,GR20、GR10,找出对应PMC信号位置,液压拨叉换挡。

3.2T型换档方式

对于T型换档,由齿轮档选择信号(GR1,GR2)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。

3.3主轴最大、最小钳制速度确定

根据主轴电机的具体型号,可以确认主轴电机的最大转速;在主轴电机初始化完成后,该值自动设定在参数4020中;对于M系列系统,实际电机输出最大转速和最

低转速和参数3736及参数3735设定有关,这两个参数作为串行主轴数字量输出的钳制条件;主轴电机最大、最小钳制速度与参数设置对应关系如图2所示。一般情况下,我们需要钳制主轴电机速度,都可以通过参数3735、3736实现,而参数4020就使用电机初始化默认设定值。

4 结语

对于数控机床换挡方式需要与对应电机配合设定其参数,了解数控机床换挡方式是后期主轴参数设定的基础,本文主要介绍了数控机床的换挡方式及含义,后期还会向大家介绍数控机床主轴设定参数方法。

参考文献

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