FANUC系统在齿轮机上的应用探讨（硬件+功能+方案）.docx

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1、FANUC系统在齿轮机上的应用探讨(硬件+功能+方案)齿轮是传动领域中不可替代的元件，齿轮工业已经成为中国机械基础件中规模最大的行业，而对齿轮精度的要求也越来越高，可想而知齿轮加工机床的重要性。FANUC对齿轮加工始终十分关注，不管在功能上还是硬件上，都充分考虑并推出了适用于齿轮机床的配置。目前国际国内主流齿轮机生产厂家都与FANUC有十分密切的联系。国际合作伙伴中，格里森、三菱重工在齿轮机床、生产线、齿轮加工整体解决方案上都占有领导地位，以上两个厂家的齿轮机床上配置FANUC系统的占比很高。国内合作伙伴中，重庆机床、南京二机齿轮机床、宁江机床、秦川发展等在齿轮机制造商与FANUC联系紧密,因

2、此FANUC系统在齿轮机床行业的应用，是具有非常成熟的解决方案的。下面将详细介绍FANCU在齿轮机上的应用与解决方案，分别为FANUC系统应用于齿轮机硬件配置介绍，FANUC系统与齿轮机相关功能详解与FANUC应用于齿轮机床解决方案。FANUC齿轮机的硬件配置介绍1系统配置FANUC的CNC目前在市场上销售的，主要可以划分为两大系列，Oi系列和30i系列。Oi系列：高可靠性，高性价比，适用于中国市场的系统，过去分为Oimate和Oi两大规格，目前全新的OiF系列已经上市，分为1包系统与5包系统，T系列一般用于车床，M一般用于铳床或加工中心。5包系列适用于经济型的车床、加工重型，1包在可配置轴数

3、、功能选项，运算性能都比5包有所提升。另外，Oi-F系列还推出了专门针对滚齿机的Oi-MFZH系统，全面集成了滚齿机常用的系统及二次开发功能，大大提升了系统的操作和实用性能。31i系列：高精度的纳米级CNC,其中31i最为常用，除了在控制轴数、功能选项上比Oi更丰富以外，硬件上也更加先进，主轴放大器可使用光缆连接(与最新的Oi-F系列相同)，极大的提高了主轴的响应性，尤其对于电子齿轮箱功能，进一步降低同步误差。这里还要单独提一下FANUC的Paneli,经常有客户咨询FANUC是否支持诸如Windows一类的开放性的平台，其实只要使用Paneli就可以很好的满足大家对开放性的要求了，Panel

4、i类似于工业PC设备，可以和CNC完美集成，便于客户集成PC软件，集成专用的软件模块。如果有和系统做数据交互的需求，也可以使用FANUC提供的FOCAS函数库，在PC机上使用VC、C#等软件自行开发专用软件。2伺服配置FANUC通用的驱动和电机分为ai和bi两大系列，各个系列里都有主轴、伺服非常完整的规格序列。其中bi系列一般搭配0i-F(5)系统使用，在通常的经济型数控机床上使用，ai则与Oi-F(l)31i系列的CNC搭配使用，堵转扭矩从INm到500Nm都可以选择。随着风电、汽车业强势发展，齿轮作为其重要零部件，其对精度的追求也越来越高，精度的提升对与降低噪声、提高传动效率有十分显著的效

5、果。从制造的角度来看，提高机床的精度，降低传动误差，是提高齿轮加工精度的重要措施。如果使用直驱电机，取消了传统的滚珠丝杠等伺服执行机构，电机与负载得以直接相连，实现了理论上的零传动，可以显著提升机床精度，进而保证齿轮加工的高精度。除此之外，绿色制造逐步成为制造业的发展趋势，对于齿轮机床而言，减少切削液的使用，既可以减少污染，更重要的是降低了成本，因此，干切工艺目前备受关注，而实现干切的基本条件就是高速切削，FANUC的直驱电机在高速性能上表现优越，契合了绿色制造、干切工艺对齿轮机床的要求。基于以上两方面的观点，我们说直驱电机的应用无论是从精度上还是机床发展趋势上都有巨大意义。而FANUC在直驱

6、电机方面也倾入了极大的心血，推出了两类四款直驱电机。其实LiS直线电机一般不会被使用于齿轮机中。对于齿轮机，直驱电机中的DiS电机应用最为广泛，也就是大家俗称的力矩电机，在FANUC中也称为DD电机，一般是作为伺服电机使用，DiS电机的规格种类多样，最高连续扭矩可达4500Nm,最高转速可达2000转，尤其适合作为齿轮机中的工件轴。Bi系列内装电机，都属于FANUC的主轴电机系列，Bil异步内装主轴，最大的特点是可以通过切换绕组，实现宽幅的恒功率切削区间。保证低速大扭矩、高速大功率的加工需求。在齿轮加工机中，推荐作为砂轮轴或者滚刀轴使用。BiS同步内装主轴，具有低速大扭矩的特点，十分适合作为齿

7、轮机床的工件轴使用。齿轮机中的刀具轴，例如滚齿机、弧齿锥齿轮铳齿机，断续切削方式，所以要求驱动能够做到大输出、低振动。所以这种场合下，使用Bil系列的内装主轴电机最为适合。而工件轴一般要求响应快，大扭矩输出，那么对于小模数齿轮机,一般切削速度会更快，目前干切时，小模数齿轮机工件轴转速能达到上千转甚至更高。因此推荐采用BiS规格电机，它能够很好的满足需求。3后备电源后备电源是一套组件，根据实现的需求不一样，组件里各个模块的选择也不同。如下图所示，其中电容组件储存强弱电能量，控制模块监视电源状况，一旦发生断电，（提前准备后备电源监控断电的三种情况），能迅速通知NC,并触发刀具回退的动作，而电容组件

8、提供回退时的能量，尤其对于齿轮机床，如果此时电子齿轮箱或者柔性同步控制正在使用，那么回退的同时能够继续保持这种同步关系所以无需担心刀具或者工件发生损坏。后备电源组件意外断电时，继续保持同步关系，井退回刀具轴FANUC系统在齿轮机上的应用（中）功能篇FANUC齿轮机相关功能详解首先介绍一下实现齿轮加工的基本功能，再逐步扩展到更高端的需求。齿轮加工的方法无外乎两种，成形法和展成法。对于展成法，需要在加工时,强制保持工件和刀具的传动比。在数控机床上，如何实现软件上的展成传动链呢？在FANUC系统上有电子齿轮箱和柔性同步控制两种实现方式，我们下面为大家分别说明。1电子齿轮箱FANUC的电子齿轮箱是专用

9、于齿轮加工的功能，其基本原理是，从动轴的移动指令，是在主动轴位置反馈的基础上，叠加比例关系后，再控制从动轴进行移动，这种方式能够实现主、从轴的定比传动，使从动轴，一般就是工件轴跟随主动轴就是刀具轴进行定比旋转。我们一般也称为EGB,FANUC的EGB特别适合实现齿轮加工中刀具和工件的展成关系，为什么这么说呢，因为他有以下两个特点：鲁先，主从式的控制结构，也就是我们常说的基于反馈同步，从流程图上可以看出，从动轴的指令来源是主动轴的反馈，那么基于这种控制方式，实际上主动轴并不是整个流程中的控制对象，控制对象只有从动轴，影响传动精度的因素得以减小，容易获得更高的传动精度。因此，在滚齿等展成法加工的齿

10、轮机上，推荐使用电子齿轮箱功能来实现滚刀轴和工件轴的定比传动。主从式控制结构，简化了控制对条，可获得更高的传动精度FANUC的EGB可以有两种方案，如图所示，区别就在于如何获取主动轴的反馈。对于精度要求较高的场合，可以选择B方案，在主轴侧安装位置编码器,将主轴的位置反馈传送给从动轴作为位置指令。如果希望控制成本，在精度符合要求的条件下，可以采用A方案，即省去位置编码器，直接从主轴放大器上获取主轴的位置反馈。无论刀具轴是否使用位置编码器，都可使用EGB功能除电子齿轮箱EGB功能以外，FANUC还提供诸多与电子齿轮箱相关的功能，如表所示，EGB自动相位同步可以自动对合工件轴与刀具轴的加工起始点,即

11、便中途断电，也可直接再加工，无需重新对齿。而如果刀具轴和工件轴全部使用主轴电机，则可以使用主轴EGB功能实现两轴间的比例同步。Oi-MD311-B功能名称说明女女EGB实现工件轴与刀具轴的比例同步女女EGB自动相位同步自动对合工件轴与刀具轴的加工始萼点-女EGB两组实现两组比例同步关系，用于磨雷等多组同步需求-女主轴EGB实现两个主轴间的比例同步关系-女EGB跳过存储府信号触发时工件轴坐标，可用于测星雷距为了实现主从式同步，除了电子齿轮箱功能外，还有一种方案就是柔性同步制2柔性同步控制柔性同步控制，也能够实现两轴间的比例同步关系，对比电子齿轮箱和柔性同步的控制流程图，可以看出是有所不同的。柔性

12、同步控制的特点是平行式同步,并且可以实现多达4组的同步关系，适合复杂齿轮的加工需求。柔性同步控制功能也有两大特点：适用于多组比例同步、复杂齿轮的加工需求从控制框图上来看，柔性同步和EGB的区别是，EGB是反馈同步，从动轴跟随主动轴的反馈信号，而FSC是指令同步，从动轴跟随主动轴的指令信号，所以说从同步的机制上是根本不同的。采用平行式的控制方式，两轴间的指令同步发出，不存在指令前后的问题，这样避免了从动轴指令滞后造成的误差。平行式控制结构，避免了指令滞后造成的误差柔性同步控制下的同步关系十分灵活，叠加式的同步关系，可以将两个主动轴的指令叠加到一个从动轴上。而迭代式的同步关系，可以将一组内的从动轴

13、作为另一组的主动轴，实现一环套一环的同步关系。其中叠加式的同步关系在齿轮机中使用的较多，例如蜗杆砂轮磨齿加工，工件轴除了需要和砂轮轴同步，有时还需要和其他进给轴保持定比传动关系，这种情况下，就可以采用柔性同步控制功能，满足加工需求。迭代式OK那么刚才介绍了用于实现定比传动两大功能：电子齿轮箱和柔性同步控制，电子齿轮箱是反馈同步，从动轴跟随主动的反馈，柔性同步控制则是指令同步，主、从动轴的同时接收指令。那么结合两个功能的特点和实际加工需要，通常情况下，推荐大家使用电子齿轮箱功能实现刀具轴和工件轴的同步，而其他附加轴的同步关系，可以考虑使用柔性同步控制实现。EGB和柔性同步控制满足了定比传动的要求

14、，但齿轮加工中的误差（非直驱时，有减速比就会存在累计螺距误差、减速机构本身的误差，直驱下电机转动时磁极间的扭矩变化造成的累计误差）如何消除呢？对此，可以使用FANUC的学习控制功能。3学习功能学习控制功能是指在重复同一动作的指令中，将“上一次的位置偏差”反映在下一次的补偿中，通过对误差补偿量在每个循环中进行修改（称为学习），使得伺服延迟误差极小化的技术。如图所示,对于20HZ的周期性误差,应用学习控制后,位置偏差改善了 90%。学习后，位置偏领若为原确VlO以下齿轮加工中，由于大多数齿轮加工中都会出现周期性误差，所以说学习控制就非常适合在这种场合下使用，并有效消除这些周期性干扰。在齿轮加工中，

15、诸如滚齿、磨齿等周期性加工，刀具轴切削力以及工件轴的累计误差造成的扰动扭矩，将会随齿轮旋转而周期性出现，此时学习控制可以有效的收敛这类误差，避免周期性干扰。为了配合学习控制发挥最佳的性能，推荐组合直驱电机来使用，因为学习控制对驱动的安装精度要求较高，采用传统的伺服电机和传动机构，一方面不太容易发挥出学习控制的效果，另一方面，在学习控制方式下，如果传动环节过多甚至有可能损坏机械。举例，在某个机床厂家在凸轮磨上使用学习控制，C轴也就是旋转轴，没有采用直驱电机，而是使用的电机-联轴器-轴的方式，由于联轴器的安装精度不理想，但是为了保证工作，使用的是弹性联轴器，结果在使用了一段时间后，联轴器里面的弹簧

16、片便损坏，因为使用学习控制功能后误差会不断收敛，但是如果机械没有能力达到，这样系统侧就会一直调整，导致机械上出现振动，由于使用的是弹性联轴节，所以振动基本就被吸收了，但是超过极限后，联轴节就会损坏。而直驱电机，因为减少了机械传动环节，那么机械上影响精度的环节就减少了，学习控制就能够发挥最大的效果。推荐组合：学习控制+电子齿轮箱/柔性同步控制+直驱电机在上期中介绍过，FANUC有三种常用于齿轮加工的直驱电机，BikBiS系列都属于主轴电机，切削功率满足的情况下，相对比较简单，而对于DiS伺服电机，相应的机床轴改为直驱之后，切削特性、负载特性等相关的问题也会随之而来，其实以上两个问题在机床上一直存在，只不过之前采用的是蜗轮蜗杆、丝杆