基于Fanuc Servo Guide软件的刚性攻丝参数设定与调整

张 丽 朱 强

(芜湖职业技术学院机械工程学院，安徽 芜湖 241006)

在零件加工中，螺纹加工应用十分广泛。数控机床的刚性攻丝功能具有高速、高效的特点，特别是其能够加工深孔螺纹的优势越来越得到用户的认可［1-2］。但在常规的螺纹加工中，用户按照机床说明去设置对应的系统参数时，却往往难以达到预期效果，经常会出现螺纹乱牙现象。为了解决零件加工中心在刚性攻丝时的螺纹乱牙问题，通过Fanuc Servo Guide软件调试，分析z轴的进给速度及其同步误差，对系统参数进行优化与调整，以求实现高速高精螺纹加工。

1 刚性攻丝原理

理论上，在进行螺纹加工时，当主轴旋转1转后，z轴的进给总量应该等于丝锥的螺距［3］:

式中:P—丝锥的螺距，mm;

F— z轴的进给量，mm/min;

S— 主轴转速，r/min。

由式(1)可以看出，加工时P要保持恒定，F和S的比值要保持不变才能达到攻丝的要求，z的进给要和主轴转速保持同步;如果控制主轴的转速与z轴的进给量总是保持同步，那么螺纹加工的精度就可以得到保证，这种方法称为“刚性攻丝”［4］。

刚性攻丝就是针对上述要求在机床主轴上加装位置编码器，将主轴旋转的角度位置信息反馈给数控系统形成位置闭环，同时与z轴进给建立同步关系，保证主轴旋转角度和z轴进给位移的线性比例关系［5］。

2 实施案例

2.1 故障现象

校实训车间有一台数控加工中心机床，在进行刚性攻丝时，主轴转速设定在300 r/min以下时加工正常，当转速调整到300 r/min以上时就会出现螺纹乱牙现象。经检查，其刚性攻丝系统配置和梯形图处于正常状态。

2.2 故障解决方案

由于刚性攻丝系统配置和梯形图设定正常，故拟用Fanau Servo Guide软件对机床进行联机测试，针对测试结果，对系统参数进行调整。

2.2.1 参数设定及目标调整

在调整前首先设定好以下参数:

参数“3700#5”=1，显示输出 z轴同步误差SYNC;

参数“5204#0”=1，显示DGN453，表示主轴和z轴最大误差;

参数“5204#0”=0，显示DGN450，表示主轴和z轴瞬时误差;

参数“5210—5312”=32 767，攻丝时位置偏差极限值，攻丝前放到最大值 32 767，否则会出现ALM 740报警;

参数“5241—5244”=2 000，攻丝主轴最高转速，调试程序默认为2 000 r/min，数值太小则会出现ALM 200报警。

接着调整目标:“DGN453”=1，“DGN450”＜200，当然数值越小越好。

2.2.2 调整过程

(1)Fanuc Servo Guide图形画面的通道设定。对于通道1(CH1)和通道2(CH2)分别对轴(Axis)和种类(kind)作出设定。图1所示为通道设定界面。

图1 通道设定界面

其中通道1设定的种类为SYNC，表示z轴同步偏差，其默认物理数值为1脉冲，同步偏差4 096脉冲等同于主轴旋转1转。

(2)Fanuc Servo Guide联机测试。调整前，刚性攻丝在主轴转速200 r/min以下时正常，当主轴转速在200 r/min以上就会出现螺纹乱牙现象。通过Fanuc Servo Guide联机测试发现z轴的SYNC达到13 000左右，同步误差过大。图2所示为Fanuc Servo Guide联机测试界面。

图2 Fanuc Servo Guide联机测试界面

(3)调整位置增益。检查位置增益设置，发现攻丝时主轴和z轴的公共位置环增益5 280与主轴位置环增益4 065～4 068不一致，此处2个增益设置应一致。从原理上分析，位置增益越大越好;但是当调整到5 000时，攻丝当中主轴会出现异常响声，而增益太小则同步误差较大。经反复测试最后调整到1 000时改善效果最佳，如图3所示。

图3 调整位置增益后SYNC图

(4)调整攻丝时加减速时间常数。分别调整为:参数“5261—5 264”，进刀时加减速时间常数;参数“5271—5274”，退刀时加减速时间常数;参数“5201#2”=0，进刀和退刀都用“5261—5264”;参数“5201#2”=1，进刀和退刀分别用各自的时间常数。

现场发现系统原来的参数存在问题:参数“5201#2”=1，但是“5261— 5264”和“5271 — 5274”不同，原来的值为50，数值太小。

式(1)中，F和S都不能加速到设定的速度，因此P很难保持恒定。将时间常数调整一致后发现，设定在3 000的效果较好，同步误差已经低于20，同时DGN453已经达到理想值，如图4所示。但是DGN450瞬间值在500左右，并未达到小于200的理想值。

图4 调整攻丝加减速时间常数后的SYNC图

(5)修改到位宽度。修改2个参数:参数“5300”，z轴的到位宽度;参数“5301”，主轴的到位宽度。机床到位宽度原来设定为12，原理上应该是到位宽度越小精度越高。但是经过调整，发现取标准值20时，“DGN450”最小，效果最理想，至此调整空运行结束(主轴转速在2 000 r/min时)。

2.2.3 试加工调整

试加工发现，主轴转速在2 000 r/min时可以正常进行刚性攻丝，但冷却液用量对深孔攻丝的影响较大。当冷却液用量较大时攻出的螺纹较松，冷却液量较小时攻出的螺纹较紧。需要注意的是，如果攻出的螺纹较松，产品可能会报废，螺纹如果较紧可以手工修复。

3 结语

本次研究采用Fanuc Servo Guide软件作为调试工具，以数控机床的刚性攻丝功能作为调试对象，结合刚性攻丝的相关理论，对数控系统的相关参数进行设定与调整。研究结果表明，该方案能很好地实现高速高精的螺纹加工，适合在工程实践中使用。

［1］程启森.基于Fanuc加工中心刚性攻丝应用研究［J］.机械制造与自动化，2009，38(3):60-62.

［2］丁海萍，杨晶.Fanuc系统数控加工中心刚性攻丝时的参数设定［J］.广西轻工业，2010(9):41-42.

［3］Fanuc公司.Fanuc 0i-MD连接说明书B-64303CM-1/01［G］.2008.

［4］Fanuc公司.Fanuc系统参数说明书B-65270CM/06［G］.2006.

［5］何红欣.数控机床伺服系统的调整［J］.制造技术与机床，2006(8):120-122.