摘要：自从将普通机床更换为数控机床，对数控机床的完善就成为了从业人员主要研究的课题，只有不断完善机床的硬件设计和软件设计，才能提高机床的生产效率。基于此，本文先是研究了主轴定向相关内容，其次研究了主轴定向换挡的控制，通过优化程序设计，有序执行指令，让主轴定向换挡可以和刀库换刀主轴同时进行，从而有效的提高了机床作业的效率，进一步提高了企业的生产效率。
关键词：FANUC系统；主轴定向换挡；换挡控制
引言：在数控机床应用中，FANUC系统通常只存在一种定向位置，要想让刀库换刀主轴和主轴定向换挡同时存在，还需要不断完善系统和程序，才能实现同时工作。因此，通过研究FANUC系统对于主轴定向换挡的控制，有助于完善机床系统的应用，让主轴定向换挡可以和刀库换刀主轴同时进行，两者同时进行，有助于提高机床作业的效率，提高数控机床生产效率，进而提高企业的经济收益。由此可见研究主轴定向换挡的控制对于企业有着重要的作用和价值。
一、主轴定向
主轴定向是FANUC 0I系统的标配功能，全系列都能实现主轴定向。系统参数设置有一固定特征，使用控制单元，可以让主轴定向得以实现，但是需要在串行主轴按照1:1安装，或者主轴外编码器得到安装的情况下，才可以实现。在FANUC系统中，完成主轴定向，程序形成了闭环锁住。主轴在这时有使能在固定位置上停留，该位置则根据主轴定向位置的指令信号得出，主轴需要抱紧锁住，紧急停止以及正反转主轴都能将定向自锁断开[1]。在执行主轴定向之后如果不在需要主轴自锁，只需要使用M92将定向自锁断开即可，这样也能保证下一次的定向角度正确。
对系统参数进行调整。在定向之前需要根据硬件配置的参数对主轴定量出现偏移量参数#4077进行调整，也就是可以执行的M19需要定向在指定的角度上，在修改PMC参数D300数值让M91的角度得到改变。由于主轴定向速度不会根据设定参数给出，将速度设定在10rmp~25rpmp之间，由于定向没有和夹具互锁，综合考虑安全和效率的同时，可以让定向速度尽量降低，避免出现危险。
二、FANUC系统实现对主轴定向换挡控制
（一）主轴定向换挡的作用
使用FANUC系统进行加工的数控机床一般情况下只具有一个定向位置，但是需要同时使用刀库以及主轴定向换挡，两者都需要使用主轴定向，但是两者主轴定向的位置完全不一致，将会造成使用其中一项时，另一项没有办法正常工作。在实际使用过程中，同时发出主轴定向换挡的要求，在第一次没能成功时，需要在主轴定向位置上增加或者减少1°，再次进行换挡操作。例如天津钢管集团股份有限公司在加工机床中使用Licat型减速机。由于换挡结构的工作原理时，在24V直流电源被输入进2脚和3脚时，换挡机构会做出动作。在正负极电源被不断输入时，换挡电机开始工作，也带动了增力丝杠的转动，让高低挡位实现齿轮的啮合。在换挡过程中，打开感应开关，算作换挡工作的完成。
（二）PLC编程
1.高低挡位切换
在系统中利用M代码进行高低挡齿轮的转换，进入换挡使用M44，退出换挡使用M47，高挡使用M40，复位高挡换挡使用M41，低挡推挡使用M42，复位低挡推挡使用M43.使用G55.4以及G55.5作为记录程序中正转以及反转，当G55.2=1时，已经处于高挡，G55.3=1时则处于低挡。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在ASCII代码之中的#6091添加83，也就是说运行程序过程，一旦遇到S代码，程序自动会调用编号为9005的程序。
换挡程序为：在主轴电动机停止后，使用M19功能，完成主轴的定位，启动并执行电动机的换挡。换挡的时间长达0.5s，在系统接收换挡信号之后，输出复位换挡结构，算作是成功换挡。在0.5s之后正式启动主轴旋转。如果启动换挡后的0.3s内，出现立刻退回，则需要执行机构回到原始的位置，在增加0.5s之后，主轴的角度需要增加1°。在结束主轴定位之后，要立刻启动电动机换挡。换挡时间可以持续0.5s，接受换挡信号之后，输出复位换挡机构，完成换挡，在0.5s之后可以启动主轴的旋转。
同样地，如果启动换挡之后的0.3s内，要立刻回退，执行机构需要恢复到原始位置，在0.5s的等待之后，主轴的角度可以增加1°。在完成主轴定位之后，可以启动电动机的执行换挡。换挡时间持续0.5s，收到换挡信号要输出复位换挡机构，算作成功换挡，在0.5s之后可以自动启动主轴的旋转。如果换挡失败，那么需要禁止主轴旋转，对系统展开全面检查。
2.执行子程序
在进行到换挡子程序之后，需要读主轴所在位置进行判断。如果不处于低挡位也不处于高挡位，那么子程序还需要跳转到N60，系统需要提示报警信息。如果转速可以和挡位保持一致，那么子程序要跳转到N99的位置，从子程序中跳出来。如果输入转速和挡位并不一致，子程序还需要跳到N10或者是N30，在子程序进入到换挡区域之中，系统可以执行推挡。完成推挡之后，子程序会跳转到N90,进行S指令的执行。如果没能成功推挡，将主轴定向位置增加或者减少1°。如果完成五次循环依然没能成果，那么子程序需要跳转到上报区域。
本研究使用编程参数输入对参数4077进行赋值，使得1°=4095/360=11，从而进行主轴的定向，在主轴定向位置上增加或者减少1°。只有主轴先准停，再接触准停，手动方式将主轴拔出，才能让减速机的换挡更加顺畅，这样可以让455中的值得到诊断，在变量#503中填入，这样换挡时主轴可以在该位置准停。令#101=#503，#102=#101，开始换挡，依次执行G10L52、N4077P1#101以及G11，这样变量中#503的值被填入进4077中。如果首次换挡没能成功，那么#102=#101+11、N4077P1R#102、G10L52以及G11，让准停位置增加1°。若#102=#101-11、N4077P1R#102、G10L52以及G11，这样可以实现准停位置-1°。
三、主轴外部定向的实际应用
在SUC8114S/1的数控机床上，由于存在双刀库，主轴需要停在不同角度定向获得刀具，因此主轴需要具备在两个角度定向的作用。为了达到这样的需求，要使用主轴定向控制。在实际应用中第一刀库在更换刀的时候，主轴角度需要按照主轴定向M代码M19来执行，使用#4077进行角度的调整，第二刀库则根据主轴定向M代码M91执行，使用PMC参数D300进行角度的调整，这样很容易让第二刀库增加的问题就迎刃而解[2]。
结论：综上所述，本文通过研究主轴定向，对主轴定向换挡的控制展开了系统的研究。通过使用PLC编程对程序进行优化，同时利用子程序，让减速器实现准停式换挡，让主轴定向换挡和刀库换刀主轴同时实现。这样的设计有效的提高了数控机床的生产效率，为企业创造了更大的利益。
参考文献：
[1]严瑞强,毛羽,洪涛,肖善华,楚功,周为.基于FANUC系统的模拟主轴速度误差控制方法[J/OL].机电工程技术,2018(12):10-11[2019-03-01].
[2]高罗卿,庄源昌.基于OPC技术实现WINCC与FANUC数控机床的监控系统设计[J].制造技术与机床,2019(01):169-172.
论文作者:郭玮,张雪瑞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/5
标签：主轴论文; 换挡论文; 子程序论文; 位置论文; 系统论文; 角度论文; 数控机床论文; 《电力设备》2018年第31期论文;