浅析FANUC Oi-D机床主轴换挡方式及含义

工业技术　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　浅析ＦＡＮＵＣ　０ｉ－Ｄ机床主轴换挡方式及含义①　谢贺年　萋湖　。ｌ　Ｉ　．Ⅲ姆孔　　５　（西安航空职业技术学院　陕西西安　７１　００８９）　摘要：本文论述了ＦＡＮＵＣ　Ｏｉ—Ｄ机￣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：１　６７　２－－３　７９１（２０１　３）０９（ｃ）一００８９—０　２　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＦＡＮＵＣ　０ｉ－Ｄ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｏｏｌ　Ｓｐｉｎｄｌｅ　Ｇｅａｒｓｈｉｆｔ　Ｍｏｄｅ　ａｎｄ　Ｍｅａｎｉｎｇ　ｉｎ　Ｘｉｅ　Ｈｅｎｉａｎ　（Ｘｉ’ａｎ　Ａｅｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉ’ａｎ　Ｓｈａａｎｘｉ，７１００８９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉ　ｓｃｕｓｓｃｓ　ｔｈｅ　ＦＡＮＵＣ　０　１一Ｄ　ＦＡＮＵＣ　ｍａｃｈｉ　ｎｃ　ｔｏｏｌ　ｓｐｉ　ｎｄｌｅ　ｓｈｉ　ｆｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｍｅａｎｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉ　ｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｄｒｉｖｅ　ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　ｌｉｎｅ　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｍａｉｎ　ｓｕｂｓｅｃｔｉｏｎ　ｓｔｅｐｌｅｓｓ　ｓｈｉｆｔ　ｍｏｄｅ．　Ｋａｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｏｏｌ　ＳｐｉｎｄｌｅｌＳｈｉｆｔ　Ｍｏｄｅ；Ｍａｉｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　１主运动实现方式及应用场合　１．１主轴齿轮变速　动功率的匹配问题，使之成为分段无级变　数控机床在实际生产中，并不需要在　为了确保数控机床主轴低速时有较大　速。在带有齿轮变速的分段无级变速系统　整个变速范围内均为恒功率。一般要求：在　的转矩和主轴的变速范围尽可能大，有的　中：主轴的正、反向启动与停止、制动是由　低速段为恒转矩传动——恒转矩特性，中、　数控机床在交流电机无级变速的基础上配　伺服电动机来实现；主轴变速由电动机无　高速段为恒功率传动——恒功率特性。　以齿轮变速，用以解决电机驱动和主轴传　级变速与齿轮有级变速相配合来实现；这　曲　种配置适合于大中型机床，确保主轴低速　…－３ｏｍｉ￣载　ｌＳ　时输出大扭矩、高速时输出恒功率特性的　ｌ｜　１Ｏ　ｌ４　要求。对于这种配置形式，机械设计时都带　．露　篓　ｒ　＇绣　有主轴换档机构。　舷　１．２主轴带传动　硼　主轴带传动变速主要是将电机的旋转　ｌ∞Ｏ　Ｉ　３￣。８２８０　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　４１．７　３Ｏ。６　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　０　１０　ｔＯ０　１０００　２０００　３ＯＯＯ　４０００　辘遮ｒ・群ｉａ　的优点，运转时振动小，发热少，运转平稳，　３５　恒转矩４３＇／憾功搴３５００　蓐量轻，因此，可在４０　ｍ／ｓ的线速度下使　图１　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　主辘奄瓣涟壤　动功率比Ｖ带大２Ｏ％～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。冈此，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　芏疆涟壤　合成一体（电动机转子轴即为机床主轴），称　图２　（下转９１页）　①作者简介：谢贺年（１９　８２一），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。　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　６９　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。　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮｏＬ０ＧＹ　，　匝圆　家。其中研制具有集减速、变频调速电机一　少、生态环境恶化的后果　机电一体化产品　体的动力驱动元，具有视觉、图像处理、识　的绿色化主要是指在其使用时不污染生态　别和测距等功能的电机一体控制单元具有　环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生　　非凡的意义；这样，在产品开发设计时，就　利用。可以利用这些标准模块化单元迅速的开发　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　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　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　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　以及迅速崛起的计算机网络，为数字化设　功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。　机结合为主体的机电一体化技术是机械工　计与制造提供了保障。计算机集成制和虚　由于网络的普及，基于网络的各种远程控　业发展的必然趋势。　拟设计的成功应用正说明了这一点。数字　制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终　化的实现便于远程操作、诊断和修复。数字　端设备本身就是机电一体化产品。　参考文献　化对机电一体化产品的软件具有较高的要　３．５智能化。　［１］殷际英．机电一体化实用技术［Ｍ】．北　求，其必须具有易操作性、高可靠性、可维　伴随着智能技术的发展，机电一体化　京：化学工业出版社，２ｏ０３．　护性、自诊断能力以及友好的人机界面。　技术也呈现智能化发展的趋势。智能化在　［２】邱士安，胥宏．机电一体化技术［Ｍ】．西　３．２微型化　机电一体化中的应用主要表现在，它要求　安：西安电子科技大学出版社，２００４．　微型化兴起于２０世纪８０年代末，指的是　机电产品具有一定的智能性，具有类似人　［３】张春良，陈子辰．机械制造业与新技术　机电一体化向微型机器和微观领域发展的　的逻辑思维、判断推理、自主决策的能力。　革命［Ｊ】．机床与液压，２００１（５）：１０一ｌ６．　趋势。国外称其为微电子机械系统（ＭＥＭＳ）　例如，在ＣＮＣ数控机床上增加人机对话功　［４］郑刚，费仁元，张慧慧，等．机电接口技　泛指几何尺寸不超过１　ｃｍ　的机电一体化产　能，设置智能Ｉ／Ｏ接口和智能工艺数据库，　术的内涵与机电一体化发展【Ｊ］．制造业　品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化　会给使用、操作和维护带来极大的方便。随　自动化，２００３，２５（６）：１—１２．　产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医　着模糊数学、灰色理论、神经网络、生理学、　［５］杨春光．我国机电一体化技术的现状和　疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优　心理学和混沌动力学等人工智能技术的发　发展趋势［Ｊ］．科技促进发展，２００７，３　势。　展和应用，使其具有判断推理、逻辑思维及　（２８）：６—８．　３．３模块化　自主决策等能力，为机电一体化技术发展　［６】张兰芳．我国计算机集成制造系统　研制和开发标准的机械接口、环境接　开辟了更加广阔的天地。　ＣＩＭＳ的发展［Ｊ］．计算机与信息技术，　口、动力接口的机电一体化产品单元模块　３．６绿色化　２００７（２）：４２．　是一项比较复杂的工作，不仅因为机电一　科学技术的发展给人们的生活带来巨　［７］徐方．工业机器人产业现状与发展【Ｊ］．　体化产品种类繁多而且有众多的生产厂　大变化，在物质丰富的同时也带来资源减　机器人技术与应用，２００７（９）：２—４．　（上接８９页）　（１）Ｍ型换档方式一。　低转速和参数３７３６及参数３７３５设定有关，　为电主轴，这是近年来新出现的一种结构。　对于Ｍ型换档，如同直接由Ｓ指令选择　这两个参数作为串行主轴数字量输出的钳　这种变速方式大大简化了主轴箱体与主轴　一样，ＣＮＣ依据事先在参数３７４１～３７４４中　制条件；主轴电机最大、最小钳制速度与参　的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但　定义的各齿轮档的速度范围来选择齿轮　数设置对应关系如图２所示。一般情况下，　主轴的输出转矩较小，电动机发热对主轴　档，并且通过使用齿轮档选择信号（ＧＲ３０，　我们需要钳制主轴电机速度，都可以通过　精度影响较大。　ＧＲ２０，ＧＲ１Ｏ）通知ＰＭＣ选择相应的齿轮档，　参数３７３５、３７３６实现，而参数４０２０就使用电　同时，ＣＮＣ根据选择的齿轮档位输出主轴　机初始化默认设定值。　２主轴驱动电机与主轴特性的匹配　电机速度。列系统则只能使用Ｔ型换档。　数控机床采用交流主轴伺服电动机驱　（２）Ｍ型换档方式二。　４结语　动主轴实现变速，主轴传递的功率或转矩　３７４１～３７４４参数设定，接受主轴运动　对于数控机床换挡方式需要与对应电　与转速之间的关系如图１所示。当机床处在　信号如“Ｍ０３Ｓ４００”；确定主轴运动对应换挡　机配合设定其参数，了解数控机床换挡方　连续运转状态时，主轴的转速在４　３　７～　方式，明确档位选择信号ＧＲ　３０，ＧＲ２０、　式是后期主轴参数设定的基础，本文主要　３５Ｏ０　ｒ／ｍｉｎ范围内，主轴传递电动机的全　ＧＲｌ０，找出对应ＰＭＣ信号位置，液压拨叉换　介绍了数控机床的换挡方式及含义，后期　部功率为１１　ｋＷ，为主轴的恒功率区域主轴　挡。　还会向大家介绍数控机床主轴设定参数方　转速在３５～４３７　ｒ／ｒａｉｎ范围内，主轴的输出　３．２　Ｔ型换档方式　法。　转矩不变，称为主轴的恒转矩区域。　对于Ｔ型换档，由齿轮档选择信号（ＧＲ　ｌ，　ＧＲ２）确定机床当前使用的齿轮档（共４个　参考文献　３主轴分段无级变速换挡方式　齿轮档）。由加工者决定如何使用各齿轮　［１］邹方．ＰＬＣ实现机床主轴自动换挡［Ｊ］．　对于分段无级变速主轴，其换档的方　档位，ＣＮＣ输出与齿轮档位相对应的速度　航空制造技术，１９９９（５）：２５－２６．　式有两种：Ｍ型换档，Ｔ型换档。Ｍ系列系统　指令。　［２］左阳春．三菱ＣＮＣ实现主轴自动换档的　可以采用Ｍ型和Ｔ型两种换档方式，通过参　３．３主轴最大、最小钳制速度确定　方法［Ｊ］．机械工程师，２００８（７）：ｌ０２—１０３．　数３７０６＃４进行设定Ｉ如果系统使用恒表面　根据主轴电机的具体型号，可以确认　切削速度控制功能，则不管该参数如何设　主轴电机的最大转速；在主轴电机初始化　定，都认为是Ｔ型换档。　完成后，该值自动设定在参数４０２０中；对于　３．１　Ｍ型换档方式　Ｍ系列系统，实际电机输出最大转速和最　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥｃＨＮｐＬ００Ｙ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　９