浅析FANUC系统Cs轮廓轴控制

摘要：本文阐述了fanuc系统cs轮廓控制功能基本原理、硬件配置，梯形图编写，参数设置以及调试中的注意事项。对FANUC数控系统在扩展功能方面进行介绍，对其他数控系统在数控机床应用有指导作用。

关键词：FANUC系统、Cs轮廓轴控制功能、分度头

中图分类号：O434文献标识码： A

前言：

如何尽最大可能有效地利用现有数控系统功能进行高效率、高精度的加工，是困扰机床使用者最多的问题。随着数控系统功能日臻完善，某些在过去相当长一段时间单一设备无法实现的功能，现在已比较容易实现。数控铣床的Cs轮廓控制功能在主轴定位、铣床端面铣削、异形加工等方面的优势日益凸显，一些大型机床设备如龙门式机床、卧式加工中心及落地镗铣等，为了实现五面体加工，大多配有各种功能的铣头，例如：卧式铣头、立卧复合式铣头及45°角度头等，这些铣头加工中都需要转动变换角度，所以又被统称为分度头。而以前用Fanuc 系统来实现分度头的定位功能时，一般使用主轴的外部多点定位功能，这种功能是通过主轴的位置编码器返回的一转定位信号来确定位置，实现分度的。这样的话就必须在PMC 程序中处理主轴的旋转，这时主轴就相当于PMC控制轴，定位的精度不会太高。所以现在Cs轮廓控制功能这一技术被越来越多的数控机床用户认可，作为数控机床生产厂家如何利用数控系统提供的Cs轮廓控制功能，使机械加工变得简单，是数控机床设计人员追求的目标。本文将以FANUC 0i系统为例，对Cs轮廓控制功能在数控机床中具体实现过程进行阐述。

1 、 Cs轮廓控制功能的描述

Cs轮廓控制是在串行主轴上组合专用的检测器，通过主轴电机进行定位的一种功能。其与主轴定位相比精度更高，也可以进行与其他伺服轴之间的插补。对串行主轴的主轴速度进行控制称为主轴旋转控制(通过速度指令来使主轴旋转)，对主轴的位置进行控制的情形叫做主轴轮廓控制(通过移动指令来使主轴旋转)。对该主轴进行轮廓控制的功能就是Cs轮廓控制功能。主轴旋转控制和Cs轮廓控制的切换随PMC发出的DI信号面定。Cs轮廓控制轴的手动以及自动运行在Cs轮廓控制方式中与通常的伺服轴相同。

2 、 Cs轮廓控制功能系统配置

FANUC的Cs轮廓控制功能是使用串行主轴控制，同时用一个带一转信号的位置编码器来确定主轴的位置关系来实现的。这个位置编码器可以是外装的，也可以是主轴电机内装的。由于机床结构以及检测精度不同，反馈系统的配置也就不同。

使用主轴电机内装编码器配置如图1所示。

图1主轴电机内装编码器配置图

3 、 Cs轮廓控制功能PMC程序的实现

本文假设机床只有一个主轴或者实现Cs轮廓控制的为第一主轴的情况，FANUC系统主轴由速度控制方式向Cs轮廓控制方式切换，只要在条件满足的情况下，接通CON (G27. 7)Cs轮廓控制切换信号即可。

图2中，在自动运行方式下，M18 ( 8501. 7 )启动Cs轮廓控制功能，M17 (R501. 6)为退出Cs轮廓控制功能。在手动方式下，X1.7开启和关闭Cs轮廓控制功能。

图2Cs轮廓控制梯形图

4 、 Cs轮廓控制功能相关参数

本文中参数设定值仅供参考，请勿直接取用！

4. 1功能参数

8133#2 = 1主轴Cs轮廓控制功能有效

8130 = 4系统控制轴数

3704#7=0 是否通过路径内第2主轴中进行Cs轮廓控制

3900=1 第1组与Cs轮廓控制轴进行插补的伺服轴号

3904=3000第1组与Cs轮廓控制轴进行插补时的伺服轴用环路增益

3910=2 第2组与Cs轮廓控制轴进行插补的伺服轴号

3914=3000第2组与Cs轮廓控制轴进行插补时的伺服轴用环路增益

4002#3,2,1,0=0,0,0,1使用主轴电机编码器

4010#2,1,0=0,0,1 主轴电机编码器种类

4021=300 Cs轮廓控制时最高转速

4046=30Cs轮廓控制时的速度环路比例增益

4054=50Cs轮廓控制时的速度环路积分增益

4056=100 主轴与电机之间的齿轮比

4069=3000Cs轮廓控制时位置增益

4. 2轴名称和显示参数

1005#0=1 开机后没有返回参考点不报警

1006#0 =1 C轴为旋转轴

1020=67轴名

1022 = 0 轴属性

1023=4伺服轴轴号

1020 = 360. 0 旋转轴转移动量

4. 3速度和加减速时间

1420 = 3000快速移动速度

1421 = 500 F0速度

1425 = 300 手动返回参考点的FL数度

1620 = 120 快速移动时间常数

1621 =70 快速移动时间常数'I2

1820 = 2 指令倍乘比(1)

1825 = 3000各轴的伺服环路增益

1826 = 20到位宽度

1828 = 10000 运动时位置误差限制

1829 = 200 停止时位置误差限制

4074 = 100 伺服方式时原点返回速度

5 、 Cs轮廓控制功能调试注意事项

要实现上述情形下的Cs轮廓控制功能，必须具备以下4个基本条件:

a. FANUC系统必须带Cs轮廓控制功能:

b. FANUC系统所带主轴必须为串行主轴且主轴电机编码器必须带一转信号:

c..编制相应的PMC程序:主轴速度控制方式的PMC程序以前已经调整正常，只需在此基础上添加Cs轮廓控制PMC程序即可。要想将Cs轮廓控制功能激活，只需接通系统提供的Cs轮廓控制信号CON ( G27.7)即可，这时我们可以从主轴伺服监控画面看到主轴由速度控制模式进入到Cs轮廓控制模式:

d.参数设定:Cs轮廓控制的最终实现，控制精度，伺服的动态响应性能与系统参数的设定息息相关。

在以上4个基本条件满足的情况下，就可以完成Cs轮廓控制功能。

6、 90°功能头举例

XH2316-30龙门式数控铣床，配FANUC 0i-MD系统，主轴电动机。i22 /7000，主轴位置编码器aīBZ sensor128，用户选配90°万能铣头。功能头如图3所示。

图390°万能铣头

这个90°万能铣头有C轴和A轴，其中C轴可以360°任意旋转，A轴在180°范围内进行旋转。定位角度为2.5°的整数倍，即每2.5°的整数倍可进行A,C轴的夹紧和放松操作。A,C轴的旋转定位都是通过主轴电动机的旋转定位来实现的。任意一个轴需要旋转时另一个轴都必须处于夹紧状态，且A轴的旋转必须在C轴处于机械零位时。

首先，在系统参数里对主轴进行Cs轮廓控制的设定，并在PMC中进行处理，将信号G27.7置1，主轴由速度控制切换到Cs轮廓控制，CNC返回切换完成信号F44.1。这时，主轴就像其他伺服轴一样可以进行插补，为了与功能头的A,C轴区别开来，我们把这个Cs轴命名为CM轴，通过参数3115#0，#1的设定可以在位置画面看到CM轴的坐标位置。由于现在是CNC控制的伺服轴，CM轴的移动通过插补来完成，在PMC中无需处理，只需处理A,C轴的夹紧放松及一系列的检测信号。这样，当A轴夹紧，C轴的端齿盘松开，CM轴的旋转即是C轴的旋转;当C轴夹紧，A轴的端齿盘松开，CM轴的旋转即是A轴的旋转。通过1个伺服轴的插补就可以实现2个机械轴的定位。A,C轴的插补定位和其他逻辑利用宏程序和变量来实现。

这个程序考虑了转头时的各种情况:(1)A,C轴都不需要定位，(2) A轴需要定位:①C轴刚好在机械零位;②C轴不在机械零位;(3) A轴不需要定位，C轴需要定位。如有需要，还可以加入功能头的反向及定位误差补偿,C轴的就近旋转方向等。然后，可以用G代码或者M代码调用宏程序。例如：设定参数6080为200，就可以使用指令M200来调用O9020这个宏程序。格式如下，定位A,C轴:M200 Cx Ay，只定位C轴: M200 Cx，只定位A轴: M200 Ay。根据机械的情况及功能头的定位精度要求，可考虑在定位时一将信号G71#4,#5置1，使软启动/停止有效，速度积分控制无效，这样在转头过程中更平滑，机械冲击更小。

结束语：

Cs轮廓控制较以前的主轴定位精度大幅提高，可以达到0.001°，且可以和其它轴进行插补，检测器根据控制精度的不同可以是主轴电机侧Mzi编码器,as位置编码器Bzi或Czi编码器，控制简单灵活。合理开发利用数控系统的Cs轮廓控制可以使加工效率和机床性能得到提升，满足机床用户的多样化加工需求。

参考文献:

[1]FANUC Series 0i一MODEL D连接说明书(功能篇)[Z].B- 64303 CM-1 /01

[2]FANUC Series 0i一MODEL D参数说明书[Z].B- 64310 CM / 01

[3]FANUC Series 0i一MODEL D PMC编程说明书[Z] . B- 64303 CM /01