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FANUC系统刚性攻丝功能在数控机床中的应用张小军（宝鸡机床集团有限公司，721013）
摘要：本文阐述了刚性攻丝基本原理、硬件配置，梯形图编写，参数设置以及调试中的注意事项，FANUC数控系统在功能扩展和应用方面在生产中实际应用。
关键词：FANUC数控系统；高速；高精度；刚性攻丝
中图分类号：TP273文献标识码：B文章编号：1004-0420(2010)05-0012-03
0引言
如何利用现有加工手段进行高速高精度的加工，是困扰机床使用者最多的问题。刚性攻丝功能能高速高精度攻丝加工，作为数控机床生产厂家如何利用数控系统提供的刚性攻丝功能，使攻丝操作达到高速、高效，是数控机床设计人员追求的目标。本文将以FANUC0i系统为例，对刚性攻丝功能在数控机床中具体控制过程进行阐述。
1刚性攻丝的原理
众所周知，传统的攻丝固定循环是利用程序指令控制主轴转向和速度，给定攻丝轴轴向深度，装在主轴上的主轴编码器实时采集主轴转速，送入数控系统，由数控系统实时计算刀具每分钟进给速率F。由此我们可以看出传统的攻丝固定循环，主轴运行在速度控制方式之下。由于控制方式的局限性，实时主轴速度受切削抗力变化的瞬间影响，很难保证主轴旋转与进给轴的移动严格同步，容易使直径小的丝锥断掉。为克服此缺陷通常采用浮动丝锥工装，但其自身浮动特点造成螺纹加工效率低，且精度不易保证。
为了克服弹性攻丝的以上弊端，数控系统厂家开发出刚性攻丝功能。在刚性攻丝时，主轴旋转1转所对应钻孔轴的进给量必须和攻丝的螺距相等，即必须满足如下的条件：
P=F/S
P：攻丝的螺距(mm)；F：攻丝轴的进给量(mm/min)；S：主轴的速度(r/min)。
在刚性攻丝方式，主轴电机的控制方式与伺服电机相同，进入位置控制方式，沿攻丝轴的运动和主轴的回转运动均有补偿。刚性攻丝时，主轴1转对应于沿主轴轴向一定的进给量（螺纹螺距），主轴加减速时也严格维持这一关系。也就是说，在刚性攻丝时，主轴的旋转不仅要实现速度控制，而且要实行位置的控制。主轴的旋转和攻丝轴的进给要实现直线插补，在孔底加工时的加/减速仍要满足P=F/S的条件时可以实现高速、高精度攻丝。
2刚性攻丝系统配置
刚性攻丝功能一般是使用FANUC的串行主轴控制，同时用一个带1转信号的位置编码器来确定旋转轴和攻丝轴的位置关系来共同实现。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。
使用外装α编码器原理如图1所示：

图1外装α编码器控制原理图
3刚性攻丝PMC程序的实现（图2）

图2梯形图
4刚性攻丝相关参数
4.1主轴参数
4000#0=0主轴与电机的旋转方向一致
4001#4=0主轴传感器的安装方向与旋转方向一致
4002#3，2，1，0=0，0，1，0在主轴传感器上使用α位置编码器
4003#7，6，5，4=0，0，0，0主轴传感器的齿轮设定：1：1
4.2刚性攻丝参数
5101#6=1攻丝到孔底时输出M05再反转
5112=4攻丝时主轴正转的M指令
5113=3攻丝时主轴反转的M指令
5200#0=0刚性攻丝
5204#0=1在诊断上显示刚性攻丝的同步误差
5211=100刚性攻丝退刀时的倍率
5214=2000刚性攻丝同步误差宽幅的设定
5241=2500刚性攻丝时主轴最高转速1
5242=2500刚性攻丝时主轴最高转速1
5261=100主轴和攻丝轴的直线加减速的时间常数1
5262=100主轴和攻丝轴的直线加减速的时间常数1
5300=10刚性攻丝时攻丝轴的到位宽度
5301=50刚性攻丝时主轴的到位宽度
5310=13000刚性攻丝时攻丝轴移动时位置偏差
5311=30000刚性攻丝时主轴移动时位置偏差
5312=200刚性攻丝时攻丝轴停止时位置偏差
5313=500刚性攻丝时主轴停止时位置偏差
5314刚性攻丝时攻丝轴移动时位置偏差（设定值超过5310的设定范围设本参数）
5280刚性攻丝时主轴和攻丝轴的位置控制的环路增益
注：a.机床震动时可把5280改小；b.当有位置偏差报警时可修改上述相应位置偏差参数。
5刚性攻丝指令
刚性攻丝可以通过以下的任何一种指令完成：
（1）_M29S-刚性攻丝指令在G74/G84(Mseries)或G84/G88(Tseries)之前指定；
（2）_M29S-刚性攻丝指令与攻丝指令G74/G84(Mseries)或G84/G88(Tseries)在同一程序段；
（3）_G74/G84(Mseries)或G84/G88(Tseries)作为刚性攻丝指令（使用(G74/G84)(G84/G88)作为刚性攻丝指令还是作为普通的攻丝指令可通过参数5200#0指定)。
其中，对于M系列：
G84X_Y_Z_R_P_F_K_为标准攻丝循环指