关键字：Fanuc 主轴；参数设定；恒表面速度
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。
1 Fanuc主轴伺服系统简介
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。
对主轴伺服系统的过程简述如下（如图1）：
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图1
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变换器，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。
2 主轴的一般设定
为保证主轴电机能正常工作，能提供良好的旋转力矩，因而对主轴电机的转速有上、下限的制约。如图2。参数 NO.3735设定主轴电机最低箝制速度，参数 NO.3736设定主轴电机最高箝制速度，设定数据的范围为：0～4095。设定值由以下公式求得：
图2
但是，主轴电机箝制速度的设定并不是一直有效的，如果指定了恒表面速度控制功能或GTT（NO.3706.＃4），这两个参数无效。在这种情况下，不能指定主轴电机的最大箝制速度。但是可以由参数NO.3772（第一轴）、NO.3802（第二轴）、NO.3822（第三轴）设定主轴最大速度。
现在的数控机床一般采用手动换档和自动换档两种方式，前一种方式是在主轴停止后，根据所需要的主轴速度人工拨动机械档位至相应的速度范围；后者，首先执行S功能，检查所设定的主轴转速，然后根据所在的速度范围发出信号，一般采用液压方式换到相应的档位。
所以在程序当中或使用MDI方式，S功能应该写在M3（M4）之前，在某些严格要求的场合，S指令要写在M3（M4）的前一行，使机床能够先判断、切换档位后启动主轴。对手动换档机床，当S功能设定的主轴速度和所在档位不一致时，M3（M4）若写在S功能前，可以看到主轴首先转动，然后立即停止，再报警的情况，这对机床有一定的伤害。因此，应注意书写格式。
对每一个档位，都需要设置它的主轴最高转速，这是由参数 NO.3741 、NO.3742、NO.3743和NO.3744（齿轮档1、2、3和4的主轴最高转速）所设定的，它们的数据单位是min-1，数据范围：0～32767。显然，参数的设置是和实际机床的齿轮变比有关系，当选定了齿轮组后，相应的参数也就能够设定了。如果M系选择了T型齿轮换档（恒表面速度控制或参数GTT（NO.3706#4）设定为1），还必须设定参数NO.3744。即使如此，刚性攻丝也只能用3档速度。如图3。
图3
档位的选择，由参数 NO.3751（档1～档2切换点的主轴电机速度）、参数 NO.3752（档2～档3切换点的主轴电机速度）决定，其数据范围：0～4095，其设定值为：
这两个参数的设定要考虑到主轴电机转速和扭矩。
另外，要注意在攻丝循环时的档位切换有专用的参数：参数 NO.3761（攻丝循环时档1～档2切换点的主轴电机速度）、参数 NO.3762（攻丝循环时档1～档2切换点的主轴电机速度），其数据单位：rpm，数据范围：0～32767。而不由参数 NO.3751、 NO.3752决定。
3 恒表面速度的相关参数设定
恒表面速度指令G96是模态G代码，在指令G96指令后，程序进入恒表面速度控制方式且以指定S值为表面速度。G96指令必须指定恒表面切削速度控制应用哪个轴。参数 NO.3770可设定恒表面速度控制时作为计算基准的轴（数据范围：1，2，3……控制的轴号，如设定为0时，认为X轴进行恒表面速度控制）。此时G96程序段中指令的P值对恒表面速度控制没有意义。直至G97取消G96方式。
主轴转速（角速度）和表面速度之间存在如下关系：
其中v：线速度；ω：角速度；r：半径；n：转速。
由上式可知，随着半径的变化，表面速度几乎可以为从0至无穷大的值，这在实际加工是不允许出现的。因此在用恒表面切削速度控制时，主轴速度若高于G50S_____中规定的值，就被箝在最大主轴速度；若通电时尚未指定最大主轴速度，则主轴速度不被箝制。在G96程序段的S（表面速度）指令被当作S=0，直到程序中出现M3或M4。
而在实际加工中，我们通常要对恒表面速度的上下都要设限，参数 NO.3771和 NO.3772分别对在恒表面速度控制时主轴最低、最高转速进行设定（数据单位：rpm。数据范围：0～32767）。而如果在多主轴控制时（T系），用下列参数NO.3781（设定第1主轴的上下转速）、NO. 3782（设定第2主轴的上下转速）、NO. 3783（设定第3主轴的上下转速）的上限转速。
在利用恒表面速度进行实际加工时，很多操作者反映加工后的表面效果并不理想，远不及预期的，甚至有些还比一般加工的效果还要差。
这其实是由机床操作者对主轴的一些参数设定值和恒表面速度加工特性不甚了解所造成的。一定进入了恒表面加工状态，即使对自动换档的机床来说档位也被锁定。也就是说，即使主轴的转速值跨越了档位切换点，系统也不会进行换档。而一旦设定不合理，主轴处于不合适的档位，无法提供足够的切削旋转扭矩，便会明显地影响加工效果。因此，在进行恒表面速度加工之前，应对被加工表面进行分析，求出在所需的表面速度下各处相对应的主轴转速的相对集中段，以确定合适的档位。然后再设定恒表面速度的上下限，保证主轴转速在最佳的范围内。
而对自动换档系统，在编制加工程序时应注意，在进入恒表面速度加工前，应使用S指令将主轴切换到所需的档位，然后再进行恒表面速度加工。
4 结束语
数控加工过程中所涉及的知识面很广，不仅包含着一般的加工工艺、金属切削等方面的知识，还需要对数控机床本身有一定的了解，只有将机床参数设置为最佳状态值，才能够达到预期的、满足的加工效果。
参考文献
[1] 吴国经.数控机床故障诊断与维修.电子工业出版社,2004.5.
[2] 数控机床系统维修技术与实例.机械工业出版社,2004.6.
[3]《Beijing-FANUC 0i-B/0i Mate-B 参数说明书》.
[4]《Beijing-FANUC 0i-MB 系列操作说明书》.