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[摘 要]本文重点介绍了FANUC 18T数控系统的原理、应用及效果。
[关键词]数控系统 车床
中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）41-0065-01
数控机床是近代发展起来的采用了数字控制技术的机床，它所显示的效益巨大潜力，早已引起世界各国科技界和工业界的重视。发展数控机床是当前企业技术改造、技术更新的必由之路，是工厂自动化程度的重要标志。采用数控系统，可以提高产品质量，降低生产成本，满足用户的需要，获得很好的经济效益。随着莱钢最大的数控车床CK84160-64在中型厂的落户，标志着该厂的自动化水平又上了一个台阶。
一、FANUC数控系统特点
FANUC是对我国数控系统用户较有影响的国内外几个主要生产厂家之一。目前它已生产的CNC（计算计数控系统，Compute Numerical control）有F0，F10/11/12，F15，F16等系列，基本上都是CNC，PMC；MMC三位一体的CNC系统，FANCC公司为了使CNC的功能，在更高层次上满足现代加工的高精度、高速度及高效率的要求，在推出的FANCT 18系列中，在插补、加减速、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制及诊断方面增加了新的功能。FANUC 18T系列是紧接着FANUC 16系列后，推出的最新32位CNC。在数控的车削加工中，为保证加工表面精度和粗糙度，常常要使用恒表面度加工方式，而这种加工方式与数控机床的参数设定有着密切的关系。而操作者却往往并不十分了解数控机床在这方面的特性，以致在编程加工过程中常常达不到预期的理想效果，甚至出现"莫名"的错误，其实这是由于对数控机床在这些方面的参数设定不了解而造成的。通过对FANUC-0iB主轴相关参数设定的说明，这一问题有进一步的了解，使操作者能正确地编制程序，提高加工质量。
二、工作原理
1、系统功能
FANUC 18T采用了数块专用LSI（大规模集成电路），包括BAC（总线仲裁控制器）、SSU（系统支持单元）、IOC（输出输入控制器）、OPC（操作面板控制）、MB87103等。以此实现对I/O接口、位置控制、速度控制、检测等功能。在加工数据输入后，经过译码变换成计算机能够接受的数据形式，经过刀具与间隙等补偿功能对主轴给出指令，并对进给驱动指令，完成插补和速度处理，在位置控制上不断监控、检测和反馈。PLC和CNC的交接通过I/O接口进行通信，并不断在CRT上显示。在不正常时，或不满足机床约束条件时，给出报警或显示，调出自诊断系统的指示，便于故障处理。
要正确地进行横速变成和操作，首要弄清数控车床的主轴工作原理和结构。
Fanuc公司的主轴伺服系统可分为直流和交流两大类，由于现在大多数机床采用交流主轴伺服系统，在这里也仅介绍交流系统。交流主轴伺服系统由模拟式和数字式两种产品，它有以下特点：
①由于采用了微处理器和最新的电气技术，在全部速度范围内能平滑的运行以及很少的振动和噪声；
②具有再生制动控制，可将电动机能量反馈回电网。
而数字式伺服系统较之模拟伺服系统由具有二个特点：
①由于采用数字直接控制，数控系统输出不要经过A/D转换，所以控制精度高；
②取消全部电位器，采用参数设定方法，其优点是设定灵活，范围广，而且可以无级设定，所以较电位器调整准确。
三、系统应用
1、现状分析
随着产量的不断提升，轧辊车削量越来越大，特别是原先BD轧辊车床，加工速度慢，无法保证车削精度，已经满足不了生产节奏的需要，每月总有数对BD轧辊外委，既影响了生产，又增加了成本。新上一套数控车床已势在必行。
2、分析决策
现在国外FANUC、SIMATIC、美国A—B公司的数控系统最为先进，而且国外车床性能好，精度高，质量可靠.但整台车床进口价格昂贵。我们决定采用当今技术较成熟的日本FANUC 18T CNC系统，和青海重型机床厂一起开发研制CK84160*6/40—R数控轧辊车床。
3、研究应用
我们和车床操作人员对数控车床应有的功能和操作习惯进行了了解，对反馈、显示、自诊断、插补、通信及控制等功能和厂方一道进行了开发，在制造过程中，除采用FANUC 18T外，进给系统用FANUC a40/2000伺服电机，双位置反馈用德国海登汉LS106及LS302光栅尺，主轴及床体采用国产件。采用进口核心和国产部件结合的方式，既降低了成本，又保证了控制精度。
4、功能实现
（1）作为成熟的数控系统和机床设备，为了进一步提高其精确度，消除拖板移动及丝杠传动带来的间隙误差，我们采用了德国海登汉光栅尺，并成功地运用到控制系统中去。
（2）我们充分发挥工程技术人员的优势，对整个车床的布置、配置、反馈控制进行了全面的设计。
交流主轴伺服系统有数控系统来的速度指令在比较起中与检测器来的信号相与之后，经比例积分回路将速度误差信号放大作为转矩指令电压输出，再经绝对值回路使转矩指令电压永远为正。然后经函数发生器（起作用位当电动机低速时提高转矩指令电压）到达V/F变换器，变成误差脉冲。误差脉冲送到微处理器并与四倍回路出来的速度反馈脉冲进行运算。同时，将预先写在微处理器部件中的ROM中的信息独处分别送出振幅和相位信号，送到DA振幅器和DA强励磁。DA振幅其用于产生于转矩指令相对应的电动机定子电流的振幅，DA励磁强化回路用于控制增加定子电流的振幅。它们的输出值经乘法器后形成定子电流的振幅。
另一方面，从微处理器输出的U、V两相的相位（即sinθ、 sin（θ-120°））被分别送到U、V相的电流指令回路（实际为一乘法器），通过它形成U、V相的电流指令。这个指令与电流反馈信号相与之后的误差， 经过放大之后送PWM控制回路，变成频率为3kHz的脉宽信号。而W相的信号则是由Iu、Iv两信号合成产生。上述脉宽信号经PWM變换器，用脉宽调制信 号控制电动机的三相交流电流。脉冲发生器是一个速度监测器，用来产生每转256个脉冲的正弦、余弦信号波形，经过4倍回路变成每转1024个脉冲。它一方 面送到微处理器，另一方面经F/V变换器作为速度反馈送到比较起与速度指令去进行比较。但在低速时，由于F/V变换器的线性度较差，所以此时的速度反馈信 号时由微分电路和同步电路产生的。
通过对系统参数的设置，在车床的应用中取得了良好的效果。
（3）定位精度检查
车床调试结束后，我们请山东省测量中心利用双频激光干涉仪对该车床进行检测验收，数据表明各项完全合格。某些项目检验精度甚至超过设计水平。
四、结束语
山东省质量监测中心对该车床进行了检验，所有指标都达到合格，有的甚至超过国内外其它同类产品。试车削以来，车削量和车削精度都达到理想水平。实践证明，采用FANUC 18T的CK84160数控车床减少了故障时间，也降低了维护费用和维护量。同时大大提高了车削速度，其经济效益、社会效益是非常可观的。
[关键词]数控系统 车床
中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）41-0065-01
数控机床是近代发展起来的采用了数字控制技术的机床，它所显示的效益巨大潜力，早已引起世界各国科技界和工业界的重视。发展数控机床是当前企业技术改造、技术更新的必由之路，是工厂自动化程度的重要标志。采用数控系统，可以提高产品质量，降低生产成本，满足用户的需要，获得很好的经济效益。随着莱钢最大的数控车床CK84160-64在中型厂的落户，标志着该厂的自动化水平又上了一个台阶。
一、FANUC数控系统特点
FANUC是对我国数控系统用户较有影响的国内外几个主要生产厂家之一。目前它已生产的CNC（计算计数控系统，Compute Numerical control）有F0，F10/11/12，F15，F16等系列，基本上都是CNC，PMC；MMC三位一体的CNC系统，FANCC公司为了使CNC的功能，在更高层次上满足现代加工的高精度、高速度及高效率的要求，在推出的FANCT 18系列中，在插补、加减速、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制及诊断方面增加了新的功能。FANUC 18T系列是紧接着FANUC 16系列后，推出的最新32位CNC。在数控的车削加工中，为保证加工表面精度和粗糙度，常常要使用恒表面度加工方式，而这种加工方式与数控机床的参数设定有着密切的关系。而操作者却往往并不十分了解数控机床在这方面的特性，以致在编程加工过程中常常达不到预期的理想效果，甚至出现"莫名"的错误，其实这是由于对数控机床在这些方面的参数设定不了解而造成的。通过对FANUC-0iB主轴相关参数设定的说明，这一问题有进一步的了解，使操作者能正确地编制程序，提高加工质量。
二、工作原理
1、系统功能
FANUC 18T采用了数块专用LSI（大规模集成电路），包括BAC（总线仲裁控制器）、SSU（系统支持单元）、IOC（输出输入控制器）、OPC（操作面板控制）、MB87103等。以此实现对I/O接口、位置控制、速度控制、检测等功能。在加工数据输入后，经过译码变换成计算机能够接受的数据形式，经过刀具与间隙等补偿功能对主轴给出指令，并对进给驱动指令，完成插补和速度处理，在位置控制上不断监控、检测和反馈。PLC和CNC的交接通过I/O接口进行通信，并不断在CRT上显示。在不正常时，或不满足机床约束条件时，给出报警或显示，调出自诊断系统的指示，便于故障处理。
要正确地进行横速变成和操作，首要弄清数控车床的主轴工作原理和结构。
Fanuc公司的主轴伺服系统可分为直流和交流两大类，由于现在大多数机床采用交流主轴伺服系统，在这里也仅介绍交流系统。交流主轴伺服系统由模拟式和数字式两种产品，它有以下特点：
①由于采用了微处理器和最新的电气技术，在全部速度范围内能平滑的运行以及很少的振动和噪声；
②具有再生制动控制，可将电动机能量反馈回电网。
而数字式伺服系统较之模拟伺服系统由具有二个特点：
①由于采用数字直接控制，数控系统输出不要经过A/D转换，所以控制精度高；
②取消全部电位器，采用参数设定方法，其优点是设定灵活，范围广，而且可以无级设定，所以较电位器调整准确。
三、系统应用
1、现状分析
随着产量的不断提升，轧辊车削量越来越大，特别是原先BD轧辊车床，加工速度慢，无法保证车削精度，已经满足不了生产节奏的需要，每月总有数对BD轧辊外委，既影响了生产，又增加了成本。新上一套数控车床已势在必行。
2、分析决策
现在国外FANUC、SIMATIC、美国A—B公司的数控系统最为先进，而且国外车床性能好，精度高，质量可靠.但整台车床进口价格昂贵。我们决定采用当今技术较成熟的日本FANUC 18T CNC系统，和青海重型机床厂一起开发研制CK84160*6/40—R数控轧辊车床。
3、研究应用
我们和车床操作人员对数控车床应有的功能和操作习惯进行了了解，对反馈、显示、自诊断、插补、通信及控制等功能和厂方一道进行了开发，在制造过程中，除采用FANUC 18T外，进给系统用FANUC a40/2000伺服电机，双位置反馈用德国海登汉LS106及LS302光栅尺，主轴及床体采用国产件。采用进口核心和国产部件结合的方式，既降低了成本，又保证了控制精度。
4、功能实现
（1）作为成熟的数控系统和机床设备，为了进一步提高其精确度，消除拖板移动及丝杠传动带来的间隙误差，我们采用了德国海登汉光栅尺，并成功地运用到控制系统中去。
（2）我们充分发挥工程技术人员的优势，对整个车床的布置、配置、反馈控制进行了全面的设计。
交流主轴伺服系统有数控系统来的速度指令在比较起中与检测器来的信号相与之后，经比例积分回路将速度误差信号放大作为转矩指令电压输出，再经绝对值回路使转矩指令电压永远为正。然后经函数发生器（起作用位当电动机低速时提高转矩指令电压）到达V/F变换器，变成误差脉冲。误差脉冲送到微处理器并与四倍回路出来的速度反馈脉冲进行运算。同时，将预先写在微处理器部件中的ROM中的信息独处分别送出振幅和相位信号，送到DA振幅器和DA强励磁。DA振幅其用于产生于转矩指令相对应的电动机定子电流的振幅，DA励磁强化回路用于控制增加定子电流的振幅。它们的输出值经乘法器后形成定子电流的振幅。
另一方面，从微处理器输出的U、V两相的相位（即sinθ、 sin（θ-120°））被分别送到U、V相的电流指令回路（实际为一乘法器），通过它形成U、V相的电流指令。这个指令与电流反馈信号相与之后的误差， 经过放大之后送PWM控制回路，变成频率为3kHz的脉宽信号。而W相的信号则是由Iu、Iv两信号合成产生。上述脉宽信号经PWM變换器，用脉宽调制信 号控制电动机的三相交流电流。脉冲发生器是一个速度监测器，用来产生每转256个脉冲的正弦、余弦信号波形，经过4倍回路变成每转1024个脉冲。它一方 面送到微处理器，另一方面经F/V变换器作为速度反馈送到比较起与速度指令去进行比较。但在低速时，由于F/V变换器的线性度较差，所以此时的速度反馈信 号时由微分电路和同步电路产生的。
通过对系统参数的设置，在车床的应用中取得了良好的效果。
（3）定位精度检查
车床调试结束后，我们请山东省测量中心利用双频激光干涉仪对该车床进行检测验收，数据表明各项完全合格。某些项目检验精度甚至超过设计水平。
四、结束语
山东省质量监测中心对该车床进行了检验，所有指标都达到合格，有的甚至超过国内外其它同类产品。试车削以来，车削量和车削精度都达到理想水平。实践证明，采用FANUC 18T的CK84160数控车床减少了故障时间，也降低了维护费用和维护量。同时大大提高了车削速度，其经济效益、社会效益是非常可观的。