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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
17、在，只不过之前采用的是蜗轮蜗杆、丝杆、减速等的中间传动环节。这些影响因素经过中间传动环节后对电机的影响已经能够很小，而现在机床轴由电机直接驱动，那么切削抗力、负载特性的影响也就成指数级增加，那么如何解决这两方面问题呢？下面就为大家介绍FANUC的几项核心技术。4采用直驱电机驱动的核心技术首先，为了消除切削抗力或其他进给轴移动产生的干扰，可以使用涉力补偿功能，该功能能够事先预估干涉力，并进行补偿。其次解决工件轴特性随工件重量变化带来的问题有两大技术。解决负载特性变化的方法之一:跟随共振滤波器,介绍传统滤波器的作用（一般用滤波器消除高频时的振动），工件变化后，共振频率发生变化，所以普通的减振滤波器
18、不适用了。必须使得滤波器频率随惯量一起变化。而使用此功能时系统会根据扭矩指令的变化，调整滤波器频率，相当于是有一个可以自动调整的滤波器，这个滤波器的频率能够跟着负载特性自动变化。信基软件4.波器二率IIe巨色DO电机圜千位WI变更理至n11-遗波器掾率 跟随要求信号解决负载特性变化的方法之二：惯量推定功能。当工件发生变化后，负载特性发生变化，相应的系统参数也可能需要调整，如果手动调整将非常繁琐。而使用惯量推定功能自动完成这些步骤，即可轻松应对不同工件的质量变化。直驱电机能够减少传动环节，降低传动误差，配合FANUe以上三个关键技术，可以有效的解决直驱电机下切削抗力的干扰以及负载特性变化的问题，
19、最大程度的发挥直驱电机高速高精度的优势。5FANUC齿轮机工艺界面一台好的齿轮机，除了能加工出高精度的齿轮以外，操作便利、监控直观也是必不可少的。目前来看，通用数控系统的操作界面一般只适用于加工中心和车床，虽然说齿轮加工程序也是由G代码组成，但是在数据修改、机床监控上，都与通用机床有所区别，所以通常需要针对齿轮机床开发专用的工艺操作界面。开发齿轮机专用的工艺界面具有以下优势：其一，齿轮加工的G代码程序是根据工艺流程分解而来，模数、螺旋角等工艺参数在加工程序中体现的并不直观，因此输入和修改工艺参数时，出错的概率也会提高，管理也不方便。而编写专用的工艺界面，可以配合图形、流程，引导操作人员修改和确
20、认，提高机床操作的便利和直观性。其二，部分齿轮机比如弧齿锥齿轮铳齿机，数据运算量相对较大，如果全部转换为G代码，不仅转换比较繁琐，而且实际执行时也可能会降低机床效率，开发工艺界面时，可以方便的将这些数据运算嵌入到NC内部，形式上仍基于通用运算格式，由于是在NC的FRoM上进行运算处理，因此也不会降低程序的执行效率。其三，部分机床厂家制造的齿轮机，其工艺算法和数据可能具有排他性，同时也避免客户错误的修改程序，因此希望能够将加工程序、关键算法进行隐藏。其四，强化监控，如果能够在系统侧直观的观察机床的运行状况，比如各轴的移动状况，加工进度数据等等，那么机床管理、安全生产的便利性便能有极大提高开发工具
21、方面，FANUC提供以下三种开发软件以满足不同机床生产商制作工艺界面的需求：FANUCPICTURE,这一工具可以让厂家在PC机上快速设计和制作出机床操作画面，而且图形化操作的方式简便易用，可以在较短的时间内掌握并运用。此外，为了进一步满足客户的需求，北京发那科还设有成熟的培训课程，可以免去您独自看书探索的时间，更快掌握工具并制作出个性化、美观的界面。宏执行器，是一种采用宏语句的格式进行开发的工具，除了可以进行界面开发以外，还可以由用户自定义加工循环或指令，并封装在NC内部，不向用户开放。C语言执行器，最大的特点是可以实现复杂、大规模的数据运算要求。FANUC系统在齿轮机上的应用（下）方案篇1
22、滚齿机方案滚齿机是基于展成法进行加工的，通常都需要实现软件展成链，因此配置电子齿轮箱功能是必要的，在轴数、功能可以满足的情况下，推荐使用Oi-MF/H滚齿机专用系统。如果再有进一步的需求，那么也可以视情况选配其他软硬件，例如需要对齿轮进行二次加工，那么可以选择EGB自动相位同步，而如果在窜刀、加工特殊齿形时，需要追加同步关系，则可以在EGB的基础上再增加FSC,如果希望进一步提高精度，那么可以考虑应用学习控制，当然此时使用DiS.BiI等直驱电机就很有必要了。另外，二次开发上，推荐使用PlCTURE开发界面，使用C执行器进行机床监控和封装工艺数据。BiIl例后备电甚PICTURE2插齿机方案插
23、齿机方案相对简单，正常的使用Oi-MF+ai驱动即可，当然，从实际的加工要求来看，也完全可以考虑Oi-MF(5)+Bi的组合，在加工精度上满足需求的同时也能更好的控制成本。插齿机中值得一提的是斜齿插齿机，大家知道斜齿插齿机的关键是如何利用电子螺旋导轨取代机械上的螺旋导轨，这样就可以加工出任意螺旋角的斜齿轮。那么FANUC的解决方案是，使用柔性同步控制+学习控制功能实现。柔性同步控制用来实现工件轴、刀具轴和轴向进给轴之间的同步，而使用学习控制来收敛加工误差。经济型配备,别名称说明系统Ot MF (5)湾S经强s齿礼需求Ot-MF (1 )sst311-B斜齿插齿机,与安瓦电孑琴旋等轨-功能FSC
24、 学习控制斜齿,实视工WB.刁擒主轴时同步制齿，极小化误差 旗HQI和度B米列1=,刀具S睬用。源歹海联电机驱动Ch系列工棒、刀具S踩用史系歹得嵌电机65系列工样、刀具轴升谖为煦力短落机其他后备电源访止机床意外印?发生g高掂配查3成型磨齿机方案成形磨齿机对于NC的功能要求相对简单，关键技术在于砂轮修形上，修形数据的处理和生成，需要专用的软件，因此推荐大家采用此前提到过的PANELi,这样既方便使用砂轮修形软件，也可以保证整体的集成性。驱动RIS系列工件辅可升气为四力走电机其他后备电源访止机内以外i发生N开发PICTURE快i干发实用的工4蜗杆砂轮磨齿机方案蜗杆砂轮磨齿机也是展成法加工中的一种，
25、由于需要砂轮修形，或者磨削特殊齿形，所以同步关系相对复杂一些，这种情况下，推荐大家组合EGB和柔性同步控制功能共同实现同步关系，同样，采用学习控制功能和直驱电机可以很好实现机床高速度高精度的指标。f系列刀具粗枭甬枣条列倨版省机驱动S3系列大瑚造工曰可升毁力滕力廷电巩聪系列小现碱工5可采用更皇检电机系列眇轮珀可采用Ba主硝与机其他后备电源访止机床尊外新电时发空型5弧齿锥齿轮铳齿机方案根据所加工的弧齿锥齿轮的规格不同，配置的系统也不同，常规的格里森制弧齿轮，没有特殊的功能要求，使用Oi-MF(5)系统完全可以满足需求；如果是加工奥制弧齿锥齿轮，那么这其中就需要保证相对复杂的同步关系，使用Oi-MF
26、(1)或31i-B系统，就可以组合EGB和FSC以满足加工需求了。俣遮开发买房吃工N8的畀面PICTURE6剃齿机解决方案剃齿机相对简单，展成链不需要软件功能来保证，因此推荐使用Oi-MF(5),因为剃齿机的工艺参数相对较多，为了便于操作和管理，建议使用PICTURE或者宏执行器开发工艺界面，实际上工作量不大，但是对于提升机床的操作便利性帮助较大。7倒角机解决方案倒角机属于齿轮机中的辅机类机床，功能上也相对简单，因此推荐使用Oi-MF(5)系列组合bi电机就能很好的满足需求。如果是旋分倒角机，因为两个刀轴和工件轴需要保持固定的速比关系，所以使用Oi-MF(I)并组合EGB功能即可。以上就是FANUC应对七种典型齿轮机的配置方案，总的来看，对于各种类型的齿轮机，无论基本的软件功能实现，还是进一步提升加工精度，差异化系统配置，配置自定义工艺界面等需求，FANUC系统都可以十分灵活的满足加工需求，而且从目前国内外MTB的实际应用来看，在各个机型上FANUC也展现出了优良的性能，请大家放心选用。
