FS-0iD主要功能详解

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【摘要】：FS-0iD各规格CNC的主要功能见表1.3-1，部分功能需选配相应的硬件支持，功能简要介绍如下。表1.3-1 FS-0iD系列CNC功能简表注：“●”表示可以使用；“×”表示不能使用。图1.3-5所示为FANUC系统用于多通道控制的实例，FS-0iD系列产品中的FS-0iTD具有双通道控制功能，可用于双主轴车床的控制。为此，CNC需要控制主轴电动机按照实际机械传动比，自动改变转速，这一功能称为传动级交换功能。图1.3-8 线速度恒定控制图1.3-9 主轴定向准停分度定位主轴分度定位（Spi

FS-0iD各规格CNC的主要功能见表1.3-1，部分功能需选配相应的硬件支持，功能简要介绍如下。

表1.3-1 FS-0iD系列CNC功能简表

注：“●”表示可以使用；“×”表示不能使用。

1.基本参数

（1）通道控制

通道控制是用于多主轴、多单元数控机床控制的功能，它可将CNC分为若干个可同时运行的通道（子系统），每一通道可配置自己的进给轴和主轴，并可执行独立的加工程序，功能有时又称多系统控制或多路径控制。图1.3-5所示为FANUC系统用于多通道控制的实例，FS-0iD系列产品中的FS-0iTD具有双通道控制功能，可用于双主轴车床的控制。

图1.3-5 CNC的多通道控制

（2）CNC控制轴

CNC控制轴是利用CNC进行闭环位置、速度控制，能参与插补运算的CNC基本坐标轴，CNC控制轴可以是直线轴、也可以是回转轴，但必须有对应的伺服驱动器和伺服电动机。能同时参与插补运算的CNC基本坐标轴的数量称为联动轴数，联动轴数越多、CNC的轮廓加工能力就越强。

（3）PMC控制轴与辅助轴

PMC控制轴与PMC控制的辅助轴是两个完全不同的概念。PMC控制轴是指利用PMC进行控制的CNC基本坐标轴，它可通过PMC程序和内部I/O信号，代替CNC的操作面板和加工程序，进行位置、速度的控制。PMC控制轴可实现CNC基本坐标轴的全部功能，只是其操作控制命令来自于PMC程序而已。PMC控制的辅助轴是完全由PMC控制的辅助运动轴，它和CNC无任何实质性的联系，运动轴的位置、速度控制通过PMC和驱动器实现，所有控制命令均来自PMC。为了能够通过PMC控制驱动器运行，PMC控制的辅助轴需要有I/O-Link总线链接功能，故又称I/O-Link轴，βi系列的I/O-Link驱动器可用作PMC控制的辅助轴，控制机械手、刀库等辅助运动。

（4）Cs轴

Cs轴控制亦称Cs轮廓控制（Cs Contouring Control），这是能够利用CNC控制位置、速度，并参与基本插补运算的主轴。利用Cs轴控制功能，可把机床的主轴转换成CNC控制的数控回转轴，因此，主轴可像数控回转轴一样进行手动、回参考点、定位等操作，也能参与基本坐标轴的插补，实现主轴和其他轴的进给同步。Cs控制的主轴必须配套高精度的位置检测编码器。

2.轴控制

（1）伺服关闭

伺服关闭是一种撤销CNC闭环位置控制、保留位置检测功能的控制方式。在伺服关闭状态下，驱动器的逆变管输出被直接关闭，电动机处于自由状态，故可通过机械手柄等方法移动坐标轴。伺服关闭时，CNC的位置检测仍能够正常进行，因此，坐标轴便成为了一个“数显轴”，当坐标轴恢复控制后，CNC仍能够继续工作。伺服关闭通常用于定位完成后需要机械夹紧的分度工作台等，它可防止机械夹紧引起的驱动器过载。

（2）主从同步控制

主从同步控制一般用于大型立车、龙门机床或如图1.3-6所示的高速、高精度机床的多丝杠同步驱动，它以改善受力、提高精度为主要目的。同步控制的主动轴、从动轴都是CNC的基本坐标轴，主动轴可直接通过CNC操作面板或加工程序进行控制；从动轴只能跟随主动轴同步运动，它不能单独运动，也不能在CNC加工程序中对其编程。

（3）双电动机驱动

双电动机驱动适用于大型、重载机床的单丝杠、双电动机同时驱动，它以提高驱动转矩为目的。双电动机驱动的从动轴只起提供转矩的作用，CNC不对其进行位置、速度控制，但是，由于从动轴的转矩控制需要通过CNC进行，因此，它需占用CNC的基本控制轴数。

图1.3-6 双丝杠驱动

（4）倾斜轴控制

倾斜轴控制功能是用于倾斜布置的坐标轴驱动而开发的功能。倾斜轴的运动将导致笛卡儿坐标系中的两个坐标轴产生移动，因此，需要CNC自动调整坐标轴位置；此外，如需要机床沿笛卡儿坐标系某一轴方向进行直线运动（如Z方向），则需要通过CNC控制倾斜轴和另一轴（如Y轴）的同步移动。

3.主轴控制

（1）传动级交换

在大、中型机床上，为了提高主轴的低速输出转矩、扩大恒功率调速范围，往往需要增加机械变速机构，来满足机床对主轴的要求。例如，对于22kW/140N·m、额定转速1500r/min、最高转速6000r/min的交流主轴电机，如果采用1∶1和1∶4两级机械辅助变速，就可以获得图1.3-7所示的主轴输出转矩和功率曲线，其主轴低速输出转矩可提高4倍、恒功率调速范围由原来的4（1500～6000r/min）扩大到16（375～6000r/min），而主轴最高转速仍可保持6000r/min不变。

图1.3-7 传动级交换的主轴输出特性

a）转矩 b）功率

在使用机械辅助变速后，为了保证加工程序中的S指令和实际主轴相符，就必须自动改变主轴电机的转速，如对于S1200指令，1∶1传动时的电机转速应为1200r/min，1∶4传动时的电动机转速必须提高到4800r/min。为此，CNC需要控制主轴电动机按照实际机械传动比，自动改变转速，这一功能称为传动级交换功能。

（2）线速度恒定控制

线速度恒定控制功能多用于数控车床，为了提高工件表面的加工质量，对于同样的刀具和材料，车削加工时应保证其切削速度不变。因此，车削加工时需要根据工件的实际半径，自动改变主轴转速，使图1.3-8所示的主轴转速与加工半径的乘积——即切削速度保持不变，这一功能称为线速度恒定控制功能。为防止加工半径很小时，主轴转速的无限制提高，线速度恒定控制时，需要通过主轴最高转速限制功能限制最高转速。

（3）定向准停

定向准停（Spindle Orientation）是控制主轴准确地停止在某一固定方向的功能，功能用于自动换刀时的刀具啮合和精密镗孔加工时的自动让刀。为了传递转矩，镗铣刀具与主轴的啮合通常通过图1.3-9所示的“键”进行，故自动换刀时必须保证刀具的键槽和主轴键的相对位置，才能进行刀具装卸。此外，在精密镗孔加工时，为了消除退刀痕，也需要通过定向准停，将镗刀的刀尖定位到固定方向，然后通过反向退出刀具，来消除退刀痕。主轴定向准停也可直接通过主轴驱动器实现。

图1.3-8 线速度恒定控制

图1.3-9 主轴定向准停

（4）分度定位

主轴分度定位（Spindle Positioning）是一种主轴定位控制功能，它可通过CNC加工指令（M或C、H代码），控制主轴在360°范围内的任意位置定位停止。功能多用于车削中心，以便通过动力刀具实现回转体侧面或端面的钻、铣、镗加工。只具有分度定位功能的主轴不能参与坐标轴的插补运算，这是它和Cs轴控制的区别。

（5）刚性攻螺纹

刚性攻螺纹（Rigid tapping）是攻螺纹进给轴（通常为Z轴）与主轴转角保持同步的切削进给控制。刚性攻螺纹可直接使用与刀柄刚性连接的丝锥，实现高速、高精度的螺纹加工。刚性攻螺纹功能生效时，攻螺纹进给轴将跟随主轴的角度同步进给，主轴转速变化时，进给轴自动调整进给速度，严格保证主轴每转所对应的进给量为1个螺距。

[1]由于在实际数控设备的显示中均为“电机”而非“电动机”，为方便读者对照学习，本书中凡涉及实际设备屏幕显示的地方，仍维持“电机”的叫法。

[2]龚仲华.论通用伺服与专用伺服[J].制造技术与机床，2011（5）.

[3]1in=25.4mm，后同。

FS-0iD主要功能详解

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