加工中心刀庫(kù)控制功能的實(shí)現(xiàn)

加工中心刀庫(kù)控制功能的實(shí)現(xiàn)

加工中心是實(shí)現(xiàn)高效數(shù)值加工的基礎(chǔ)，也是軟系統(tǒng)（ms）和無(wú)人車間生產(chǎn)的基本單元。為了充分發(fā)揮加工中心的控制功能并進(jìn)行調(diào)試，有必要控制和調(diào)整刀庫(kù)的控制和調(diào)試。加工中心的刀庫(kù)形狀有兩種結(jié)構(gòu)形式：平板刀庫(kù)（或“斗擔(dān)”式）和袋刀卡，但刀庫(kù)控制功能和調(diào)試方法相同。以下以?？ㄖ袊?guó)-mc控制系統(tǒng)垂直加工中心磁盤刀庫(kù)控制功能的實(shí)現(xiàn)和調(diào)試為例，介紹了控制和調(diào)整加工中心刀庫(kù)的方法。該方法已應(yīng)用于深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)校自己開發(fā)的加工中心實(shí)訓(xùn)設(shè)備的調(diào)試。該設(shè)計(jì)概念也適用于刀袋刀庫(kù)的控制和調(diào)試。刀庫(kù)控制功能的實(shí)施方法主要有2種,一種是全部通過(guò)PLC/PMC編程實(shí)現(xiàn),另一種是通過(guò)調(diào)用宏程序與PLC/PMC編程、系統(tǒng)參數(shù)相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方式.文章主要介紹調(diào)用宏程序與可編程邏輯控制器(PLC)/(PMC-可編程機(jī)床控制器)編程、系統(tǒng)參數(shù)相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方法.1動(dòng)手控制策略立式加工中心盤式刀庫(kù)換刀過(guò)程中,刀盤、主軸、換刀準(zhǔn)備及換刀等位置的相互關(guān)系如圖1所示.刀庫(kù)的控制分為手動(dòng)控制和程序自動(dòng)控制兩種方式.手動(dòng)控制主要用于刀庫(kù)的安裝與調(diào)試或維護(hù)等,主要有刀庫(kù)手動(dòng)回零、手動(dòng)選刀及單段輔助控制指令(M指令)操作等;程序自動(dòng)控制主要用于生產(chǎn)中的自動(dòng)換刀控制.自動(dòng)換刀控制過(guò)程如圖2所示.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控技術(shù)專業(yè)某加工中心的刀庫(kù)電氣控制如圖3所示.2主軸刀號(hào)宏程序的編制思路與步驟如下:(1)保存數(shù)控系統(tǒng)的編程狀態(tài):尺寸單位的公/英制狀態(tài)、進(jìn)給量是絕對(duì)值編程還是增量值編程,宏程序中采用增量值編程;(2)主軸初始化:主軸停轉(zhuǎn)后,移至換刀點(diǎn);主軸準(zhǔn)停;讀主軸刀號(hào);(3)比較主軸刀號(hào)與刀庫(kù)刀號(hào)是否相等:必須保證主軸刀號(hào)等于刀庫(kù)刀號(hào);(4)判斷主軸上是否有刀:若無(wú)刀,直接換所需刀號(hào),若有刀則進(jìn)入下一步;刀庫(kù)推出(5)判斷主軸刀號(hào)是否為所需換刀刀號(hào):若是,結(jié)束換刀,若不是則進(jìn)入下一步;(6)所需換刀刀號(hào)是否大于刀庫(kù)刀號(hào):若是,則報(bào)警退出;若不是則進(jìn)入下一步;(7)判斷所需換刀刀號(hào)是否為零號(hào):若是,同報(bào)警退出;若不是則進(jìn)入下一步;(8)刀庫(kù)推出,主軸還刀,刀庫(kù)選刀,主軸抓刀,刀庫(kù)退回;(9)換刀結(jié)束,并恢復(fù)系統(tǒng)的編程狀態(tài)(主程序模態(tài)),返回主程序;自動(dòng)換刀所調(diào)用的宏程序的編程思路如圖4所示.3宏程序以數(shù)控技術(shù)專業(yè)開發(fā)的FANUC0i-MC控制系統(tǒng)加工中心實(shí)訓(xùn)設(shè)備為例說(shuō)明.1)輸入信號(hào)變量(G54.0～G54.2)740～741為了實(shí)現(xiàn)宏程序與PMC(梯形圖程序)間的跳轉(zhuǎn)控制,使用系統(tǒng)的3個(gè)輸入信號(hào)作為刀號(hào)判別.具體內(nèi)空如表1所示.表中G54.0,G54.1,G54.2是0還是1由PMC的梯形圖程序的運(yùn)行結(jié)果決定(梯形圖程序可參見參考文獻(xiàn)光盤中附錄9的程序),其結(jié)果在宏程序中調(diào)用(參見附錄:宏程序例).2)報(bào)警變量在判別刀號(hào)時(shí)可能出現(xiàn)錯(cuò)誤,需要報(bào)警,必須通過(guò)宏程序?qū)崿F(xiàn),FANUC0iC系統(tǒng)的“#3000”變量用于宏程序報(bào)警310,可顯示報(bào)警號(hào)和報(bào)警信息.使用格式為:報(bào)警號(hào)為變量“#3000”的值(0～200)加上3000;報(bào)警信息為其表達(dá)式后指定的報(bào)警信息(不超過(guò)26個(gè)字符).例如“#3000=1(TOOLNOTFOUND)”對(duì)應(yīng)屏幕上的顯示為“3001TOOLNOTFOUND”(參見附錄:宏程序例).3)系統(tǒng)模態(tài)信息變量(#4003,#4006)313由于宏程序中使用增量編程,在執(zhí)行宏程序前必須保護(hù)主程序的系統(tǒng)模態(tài),在執(zhí)行完成宏程序后必須恢復(fù)主程序的系統(tǒng)模態(tài),因此需用到系統(tǒng)模態(tài)信息變量.主程序中的系統(tǒng)模態(tài)主要有公/英編程和絕對(duì)值/增量值編程模態(tài),對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)變量為“#4003”(對(duì)應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所處的編程坐標(biāo)模態(tài)值G90/G91)和“#4006”(對(duì)應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所用的編程單位系統(tǒng)G20(英制)/G21(公制).4)宏程序調(diào)用及刀庫(kù)相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)用“M06”調(diào)用宏程序?qū)崿F(xiàn)刀庫(kù)的自動(dòng)換刀控制所涉及到的有關(guān)參數(shù)如下表2所示.4工程與調(diào)試計(jì)劃4.1合理設(shè)計(jì)主軸刀號(hào)為了避免斷電停機(jī)后刀庫(kù)刀號(hào)出錯(cuò),加工中心一般均具有手動(dòng)刀庫(kù)回零功能.加工中心在進(jìn)行手動(dòng)刀庫(kù)回零操作后,設(shè)計(jì)上必須保證主軸刀號(hào)與刀庫(kù)刀號(hào)一致,避免因刀號(hào)出錯(cuò)而發(fā)生主軸還刀時(shí)與刀庫(kù)相撞;不一致時(shí),設(shè)計(jì)上必須具有“刀庫(kù)刀號(hào)與主軸刀號(hào)不同”的報(bào)警功能,提示操機(jī)員或調(diào)試員排除此故障.4.2plc/pmc程序并出現(xiàn)“未完全”的故障時(shí),總計(jì)數(shù)為“1”加工中心一般均具有刀庫(kù)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)手動(dòng)操作功能,每按一次相應(yīng)的按鍵,刀庫(kù)向相應(yīng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刀位,便于刀庫(kù)故障排除、刀庫(kù)安裝調(diào)試、刀庫(kù)刀號(hào)“亂碼(主軸刀號(hào)與刀庫(kù)刀號(hào)不一致)”故障的排除等.在編制PLC/PMC程序時(shí),必須保證刀庫(kù)正轉(zhuǎn)一檔時(shí),刀庫(kù)計(jì)數(shù)器加1,當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到刀庫(kù)容量值時(shí),再正轉(zhuǎn)一檔時(shí),計(jì)數(shù)值為“1”;反之,刀庫(kù)反轉(zhuǎn)一檔時(shí),刀庫(kù)計(jì)數(shù)器減1,當(dāng)計(jì)數(shù)值為1時(shí),刀庫(kù)再反轉(zhuǎn)一檔時(shí),計(jì)數(shù)值為刀庫(kù)容量值.在排除刀庫(kù)刀號(hào)“亂碼”故障時(shí),必須保證刀庫(kù)刀號(hào)存儲(chǔ)器中的數(shù)值等于主軸刀號(hào)存儲(chǔ)器中的數(shù)值(通過(guò)PMC的梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)),否則,自動(dòng)換刀時(shí)會(huì)出現(xiàn)撞刀庫(kù)現(xiàn)象.刀庫(kù)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)除了電氣控制的硬聯(lián)鎖外,PLC/PMC程序中還必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟聯(lián)鎖功能.4.3有刀換刀自動(dòng)換刀的效率保證了生產(chǎn)效率.有兩種情況涉及到換刀時(shí)間,一種是主軸上沒(méi)刀需換T碼刀號(hào);另一種是主軸上有刀換為T碼刀號(hào).當(dāng)主軸上沒(méi)刀時(shí),宏程序或PLC/PMC程序設(shè)計(jì)上應(yīng)取消還刀操作,只進(jìn)行選刀與抓刀操作,以便保證換刀時(shí)間最短.當(dāng)主軸上有刀時(shí),PLC/PMC程序設(shè)計(jì)上應(yīng)保證選刀時(shí)間最短,即在設(shè)計(jì)“ROT(旋轉(zhuǎn))”指令的功能時(shí),選擇就近選刀功能.4.4刀庫(kù)選刀過(guò)程出現(xiàn)提前或滯后于刀庫(kù)的情況下,設(shè)計(jì)是否合理?刀庫(kù)是一個(gè)精密裝置,在刀庫(kù)的安裝及功能調(diào)試過(guò)程中,因功能(程序)設(shè)計(jì)不對(duì)極易損壞刀庫(kù),因此在刀庫(kù)功能的調(diào)試過(guò)程中必須注意以下事項(xiàng).(1)主軸準(zhǔn)停角度的測(cè)量與設(shè)置主軸準(zhǔn)停角度的測(cè)量與設(shè)置出現(xiàn)較大偏差時(shí),在主軸還刀或取刀時(shí)容易撞壞刀庫(kù)的刀位裝置或主軸,因此必須保證主軸準(zhǔn)停角度測(cè)量準(zhǔn)確,同時(shí)保證數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)(FANUC0i系統(tǒng)的PRM#4031、#4077)值設(shè)置正確.(2)Z軸第二參考點(diǎn)位置測(cè)量與設(shè)置Z軸第二參考點(diǎn)即主軸換刀點(diǎn)位置不準(zhǔn)確時(shí),主軸還刀或取刀時(shí)容易將刀庫(kù)或主軸撞壞,且刀庫(kù)的推出或退回一般均采用氣動(dòng)或液壓控制裝置,一旦位置不準(zhǔn),就會(huì)發(fā)生刀庫(kù)與主軸相撞的現(xiàn)象,若是采用機(jī)械臂換刀的刀袋式刀庫(kù),則容易將刀庫(kù)和主軸打壞,因此,在測(cè)量Z軸第二參考點(diǎn)位置數(shù)據(jù)時(shí),一定要測(cè)準(zhǔn),且數(shù)控系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的參數(shù)值設(shè)置一定要正確.(3)刀庫(kù)選刀定位調(diào)試在刀庫(kù)的安裝調(diào)試時(shí),通過(guò)手動(dòng)選刀控制操作,確定刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的定位是否出現(xiàn)提前或滯后的停止位置現(xiàn)象,若有,必須進(jìn)行調(diào)整,確保定位準(zhǔn)確;調(diào)試相應(yīng)的PLC/PMC程序時(shí),檢查正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)寄存器中的數(shù)值是否與設(shè)計(jì)要求相符.(4)刀庫(kù)推出或退回位置檢查盤式刀庫(kù)在還刀或換刀過(guò)程中,刀庫(kù)需要進(jìn)行推出與退回動(dòng)作,調(diào)試時(shí)必須保證其推出或退回位置準(zhǔn)確.可在MDI模式下運(yùn)行對(duì)應(yīng)的輔助功能(M)指令,并檢查位置關(guān)系及對(duì)應(yīng)的“推出到位”或“退回到位”的行程開關(guān)信號(hào),確保正確.(5)刀庫(kù)推出功能調(diào)試盤式刀庫(kù)的推出一般采用氣動(dòng)或液壓控制,若刀庫(kù)推出由氣動(dòng)控制,首先在確保PLC/PMC程序或宏程序設(shè)計(jì)正確(即保證刀庫(kù)刀號(hào)與主軸刀號(hào)相同)的前提下,才能讓刀庫(kù)具有推出功能,然后在刀庫(kù)推出期間必須保證刀庫(kù)推出電磁閥保持通電,使刀庫(kù)處于推出狀態(tài),否則刀庫(kù)就會(huì)退回,造成刀庫(kù)或主軸的損壞.刀庫(kù)推出前,宏程序或PLC/PMC程序設(shè)計(jì)必須進(jìn)行主軸刀號(hào)與刀庫(kù)刀號(hào)是否相等的判別,若不相等時(shí),程序設(shè)計(jì)上必須讓刀庫(kù)旋轉(zhuǎn),保證刀庫(kù)刀號(hào)與主軸刀號(hào)相等時(shí)方可推出,否則會(huì)發(fā)生刀庫(kù)與主軸相撞的事故.(6)調(diào)用宏程序換刀的全過(guò)程調(diào)試在刀庫(kù)控制功能的宏程序及PLC/PMC程序功能單獨(dú)調(diào)試全部正確后,最終必須驗(yàn)證調(diào)用宏程序換刀的全部過(guò)程,以便調(diào)試程序的全局正確性及功能的協(xié)調(diào)性.首先,保證刀庫(kù)及主軸上都不裝刀,在單段運(yùn)行模式下執(zhí)行自動(dòng)換刀程序,每執(zhí)行一段程序后,檢查加工中心及刀庫(kù)的動(dòng)作與功能是否正確、位置是否到位等,確保每步對(duì)應(yīng)的功能及動(dòng)作、位置都正確后,再在刀庫(kù)上裝上刀再進(jìn)行單段運(yùn)行驗(yàn)證,若單段運(yùn)行模式下的整個(gè)換刀過(guò)程都正確,最后再在MDI或AUTO模式下進(jìn)行全過(guò)程的驗(yàn)證,若所有功能和動(dòng)作都正確,且刀庫(kù)及主軸都安全,則說(shuō)明刀庫(kù)控制功能已全部調(diào)試好.4.5刀庫(kù)與主軸推動(dòng)時(shí),注意注意交付使用的過(guò)程當(dāng)上述調(diào)試全部正確,且滿足要求時(shí),說(shuō)明加工中心刀庫(kù)的控制功能已全部實(shí)現(xiàn),可以交付使用.但在交付使用后,操作中可能會(huì)發(fā)生人為錯(cuò)誤而出現(xiàn)刀庫(kù)與主軸相撞的事故,即主軸上有刀,刀庫(kù)對(duì)應(yīng)的刀位上也有刀,此時(shí),若進(jìn)行自動(dòng)換刀,就會(huì)發(fā)生刀庫(kù)與主軸相撞的事故,因此,在開機(jī)后,加工前,必須檢查這一情況,避免該情況的發(fā)生.5plc/pmc編程自動(dòng)換刀功能的實(shí)現(xiàn)除了調(diào)用宏程序?qū)崿F(xiàn)加工中心的自動(dòng)換刀功能外,另外一種實(shí)現(xiàn)方法就是全部利用PLC/PMC的指令進(jìn)行編程,兩者各有特點(diǎn).調(diào)用宏程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)換刀方法的優(yōu)點(diǎn)是宏程序編制思路清晰、明了,對(duì)應(yīng)的PLC/PMC程序簡(jiǎn)短,可讀性好,掃描周期短,控制功能的調(diào)試簡(jiǎn)單,但控制功能的實(shí)現(xiàn)需要數(shù)控系統(tǒng)變量/參數(shù)設(shè)置、宏程序設(shè)計(jì)、PLC/PMC程序設(shè)計(jì)相互配合,因此,要求編程或調(diào)試員熟練掌握數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)及變量、宏程序編制、PLC/PMC程序設(shè)計(jì)等.采用PLC/PMC編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀功能的優(yōu)點(diǎn)是不需熟悉數(shù)控系統(tǒng)的變量、參數(shù)、宏程序編制等,只需利用PLC/PMC的指令編程,