夏田，丁丙坤，王健

(陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西西安710021)

鉆攻中心是以高速鉆孔、攻絲和銑削為主的加工設(shè)備［1］，與一般的機(jī)床相比，鉆攻中心最大的特點(diǎn)就是加工效率高，其常用的刀庫類型有夾臂式和飛碟式。

鉆攻中心飛碟式刀庫換刀是依靠主軸 (Z 軸)上下移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)換刀動(dòng)作的，為保證換刀安全、準(zhǔn)確、快速，利用FANUC 系統(tǒng)中的I/O Link 軸對(duì)飛碟式刀庫伺服電機(jī)進(jìn)行控制［2］，同時(shí)利用FANUC PMC 窗口功能實(shí)時(shí)監(jiān)控Z 軸的機(jī)械位置。

1 飛碟式刀庫換刀控制要求

圖1 關(guān)于Z 軸位置的4 個(gè)參考點(diǎn)

飛碟式刀庫是利用機(jī)床主軸進(jìn)行換刀的，通常安裝在主軸的正前方，因而省略了刀盤的進(jìn)/退和刀套的上/下松刀，換刀速度快。根據(jù)飛碟式刀庫的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在換刀過程中需要在刀庫的松刀塊上和曲線導(dǎo)板上分別找出關(guān)于Z 軸位置的兩個(gè)參考點(diǎn)，如圖1 所示。

參考點(diǎn)1 表示主軸打刀點(diǎn)，到達(dá)該點(diǎn)后主軸開始松刀。為保證刀柄能順利進(jìn)入主軸，Z 軸在到達(dá)參考點(diǎn)1 之前需要進(jìn)行主軸準(zhǔn)停M19;參考點(diǎn)2 表示刀柄已完全從主軸錐孔中脫離，且只有Z 軸位于參考點(diǎn)2上方圖1 關(guān)于Z 軸位置的4 個(gè)參考點(diǎn)刀盤才能選刀;參考點(diǎn)3 和4 為Z 軸在上下移動(dòng)過程中的過渡撞擊點(diǎn)，為提高換刀速度在換刀宏程序中，要在參考點(diǎn)3和4 設(shè)定一短暫停，一般在0.1 s 左右。將這4 個(gè)位置參考點(diǎn)分別存入FANUC 系統(tǒng)參數(shù)PRM1240 ～PRM1243 中。

2 刀庫控制硬件系統(tǒng)

2.1 I/O Link 軸的硬件連接

I/O Link 軸控制是通過系統(tǒng)的FANUC I/O Link對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制的一種方法。I/O Link 軸不能與系統(tǒng)控制的其他伺服軸進(jìn)行插補(bǔ)，還需要占用系統(tǒng)I/O Link 的128 輸入點(diǎn)和128 輸出點(diǎn)。

I/O Link 軸的驅(qū)動(dòng)是通過βi 系列放大器完成的。該放大器通過I/O Link 接口與系統(tǒng)相連，系統(tǒng)通過PMC 梯形圖對(duì)該接口進(jìn)行控制，完成對(duì)I/O Link 軸的控制。圖2 為I/O Link 軸放大器的連接示意圖［3］。當(dāng)使用I/O Link 作為系統(tǒng)與放大器之間的通信時(shí)，需要設(shè)定通信地址，通過該通道完成通信，該軸的地址分配符合系統(tǒng)對(duì)I/O 地址分配的原則。

圖2 I/O Link 軸放大器的連接示意圖

2.2 I/O Link 接口信號(hào)設(shè)定

FANUC I/O Link 軸控制接口方面，通常有兩種接口形式:外圍設(shè)備控制接口和直接命令接口。外圍控制接口具有適用于控制機(jī)床外圍設(shè)備的指令，利用一個(gè)外圍指令可以使設(shè)備完成一系列動(dòng)作。外圍設(shè)備信號(hào)區(qū)的信號(hào)分配為:Yy +0，Yy +1，Yy +7 和Xx+0，Xx+1，Xx+2，Xx +7。通過直接通/切斷或讀入該信號(hào)，控制放大器模塊。Yy+2 至Yy+6 稱作指令命令區(qū)，對(duì)Yy+2 分配功能代碼和指令數(shù)據(jù)1，對(duì)Yy+3 至Yy+6 分配指令數(shù)據(jù)2［4－5］。直接命令接口的控制基本上利用一個(gè)指令進(jìn)行一個(gè)定位。

利用I/O Link 軸實(shí)現(xiàn)刀庫選刀控制，是利用I/O Link 軸的分度功能，進(jìn)行刀具定位，完成刀庫的換刀控制，通過I/O Link 軸的ACT/轉(zhuǎn)臺(tái)方式，還可以完成就近換刀的功能，其控制信號(hào)圖如圖3 所示。

圖3 刀庫控制信號(hào)圖

3 PMC 窗口功能

FANUC 系統(tǒng)PMC 窗口功能可以在CNC 和PMC之間讀寫多種數(shù)據(jù)，如坐標(biāo)位置、參數(shù)、電機(jī)負(fù)載電流等各種信息［6－8］。讀CNC 窗口數(shù)據(jù)分為兩類:一類是在一段掃描時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)讀取，為高速響應(yīng)功能;另一種是在幾段掃描時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)讀取，為低速響應(yīng)功能。

利用PMC 窗口實(shí)時(shí)監(jiān)控Z 軸的機(jī)械位置，圖4為PMC 窗口讀取機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)控制程序。D0100 為窗口功能控制數(shù)據(jù)首地址，28 為讀取控制軸機(jī)械坐標(biāo)值的功碼;D0108 中數(shù)據(jù)屬性3 代表讀取Z 軸機(jī)械坐標(biāo);R9091.0 為常1 信號(hào)，表示開機(jī)后一直讀取Z軸機(jī)械位置，將讀取的機(jī)械位置存放在D0110 中。

圖4 PMC 讀取Z 軸機(jī)械坐標(biāo)

圖5 為利用PMC 窗口讀取Z 軸第一參考點(diǎn)的坐標(biāo)值，并將Z 軸的機(jī)械坐標(biāo)D0110 與第一參考點(diǎn)的位置坐標(biāo)D0210 相比較，比較結(jié)果放入R0300.0 中，當(dāng)D0110 大于等于D210 時(shí)R0300.0 接通。同理，將Z 軸機(jī)械坐標(biāo)與第二參考點(diǎn)的位置比較存放在R0300.1 中，不再詳述。

圖5 PMC 讀取第一參考點(diǎn)坐標(biāo)

4 換刀部分PMC 程序設(shè)計(jì)

飛碟式刀庫的換刀控制由換刀宏程序和PMC 控制程序兩部分共同完成，在換刀宏程序中用M55 作為PMC 程序的入口，執(zhí)行相關(guān)的換刀動(dòng)作。使用I/O Link 軸作為刀庫伺服電機(jī)控制，可以利用I/O Link軸的ATC/轉(zhuǎn)臺(tái)控制功能代碼完成刀庫的選刀，通過定義功能代碼中的指令數(shù)據(jù)1 完成自動(dòng)選刀或手動(dòng)按一下轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刀位。自動(dòng)選刀部分梯形圖如圖6 所示，其中X 和Y 的地址都從60 開始，A0008.1 為Z軸到達(dá)參考點(diǎn)1 后主軸未定位報(bào)警，A0008.2 為刀庫未在換刀點(diǎn)(參考點(diǎn)2)以上的位置選刀報(bào)警。

圖6 刀庫自動(dòng)換刀PMC 程序

刀庫的“回零”運(yùn)行是利用I/O Link 軸的“參考點(diǎn)返回功能”建立的零點(diǎn)［9－10］，將1 號(hào)刀事先手動(dòng)調(diào)整到換刀位置，并將此位置的機(jī)械坐標(biāo)值存儲(chǔ)在參考點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)值參數(shù)144 或145 中。在手動(dòng)模式下，通過操作面板上“刀庫回零”按鍵，刀庫回到所設(shè)定的刀庫原點(diǎn)。

5 結(jié)束語

用FANUC βis0.5/6000 伺服電機(jī)代替刀庫原來的電機(jī)，不僅提高了刀庫的換刀速度，還保證了換刀的可靠性，避免因刀庫中的傳感器故障發(fā)生錯(cuò)誤。在換刀過程中通過PMC 窗口功能，保證刀庫在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的安全。實(shí)踐證明:利用FANUC 系統(tǒng)的I/O Link軸控制刀庫伺服電機(jī)可大大提高換刀效率和換刀的可靠性，同時(shí)還可以提高刀庫的換刀精度。

［1］李洪波，黃琳．三菱M70 系統(tǒng)PLC 窗口功能在夾臂式刀庫上的應(yīng)用［J］．制造技術(shù)與機(jī)床，2013(8):150－152．

［2］FANUC Oi-D/Oi M-D 簡明聯(lián)機(jī)調(diào)試手冊(cè)［M］．北京:北京發(fā)那科機(jī)電有限公司，2011．

［3］羅敏．FANUC 數(shù)控系統(tǒng)PMC 編程技術(shù)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2013．

［4］紀(jì)濤，王磊．基于FANUC I/O Link 軸的數(shù)控機(jī)床自動(dòng)刀庫設(shè)計(jì)［J］．機(jī)床與液壓，2012，40(4):39－40．

［5］朱仕學(xué)．基于FANUC I/O Link 軸對(duì)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)控制的應(yīng)用研究［J］．制造技術(shù)與機(jī)床，2010(11):139－141．

［6］牛志斌，曹彥生，李文斌，等．利用PMC 窗口功能實(shí)現(xiàn)行程潤滑控制的設(shè)計(jì)與開發(fā)［J］．制造技術(shù)與機(jī)床，2013(5):130－133．

［7］梯形圖編程語言說明書［M］．北京:北京發(fā)那科機(jī)電有限公司，2001．

［8］陳輝，奚葉敏．FANUC PMC 窗口功能的應(yīng)用［J］．精密制造與自動(dòng)化，2008(2):28－29．

［9］魏勝，王明發(fā)．基于I/O Link 軸的刀庫控制方式應(yīng)用［J］．組合機(jī)床與加工自動(dòng)化，2008(10):52－57．

［10］I/O Link Option 維修說明書［M］．北京:北京發(fā)那科機(jī)電有限公司，2004．