加工中心刀庫控制功能的實現(xiàn)

加工中心刀庫控制功能的實現(xiàn)

加工中心是實現(xiàn)高效數值加工的基礎，也是軟系統(tǒng)（ms）和無人車間生產的基本單元。為了充分發(fā)揮加工中心的控制功能并進行調試，有必要控制和調整刀庫的控制和調試。加工中心的刀庫形狀有兩種結構形式：平板刀庫（或“斗擔”式）和袋刀卡，但刀庫控制功能和調試方法相同。以下以?？ㄖ袊?mc控制系統(tǒng)垂直加工中心磁盤刀庫控制功能的實現(xiàn)和調試為例，介紹了控制和調整加工中心刀庫的方法。該方法已應用于深圳職業(yè)技術學校自己開發(fā)的加工中心實訓設備的調試。該設計概念也適用于刀袋刀庫的控制和調試。刀庫控制功能的實施方法主要有2種,一種是全部通過PLC/PMC編程實現(xiàn),另一種是通過調用宏程序與PLC/PMC編程、系統(tǒng)參數相結合的實現(xiàn)方式.文章主要介紹調用宏程序與可編程邏輯控制器(PLC)/(PMC-可編程機床控制器)編程、系統(tǒng)參數相結合的實現(xiàn)方法.1動手控制策略立式加工中心盤式刀庫換刀過程中,刀盤、主軸、換刀準備及換刀等位置的相互關系如圖1所示.刀庫的控制分為手動控制和程序自動控制兩種方式.手動控制主要用于刀庫的安裝與調試或維護等,主要有刀庫手動回零、手動選刀及單段輔助控制指令(M指令)操作等;程序自動控制主要用于生產中的自動換刀控制.自動換刀控制過程如圖2所示.深圳職業(yè)技術學院數控技術專業(yè)某加工中心的刀庫電氣控制如圖3所示.2主軸刀號宏程序的編制思路與步驟如下:(1)保存數控系統(tǒng)的編程狀態(tài):尺寸單位的公/英制狀態(tài)、進給量是絕對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:主軸停轉后,移至換刀點;主軸準停;讀主軸刀號;(3)比較主軸刀號與刀庫刀號是否相等:必須保證主軸刀號等于刀庫刀號;(4)判斷主軸上是否有刀:若無刀,直接換所需刀號,若有刀則進入下一步;刀庫推出(5)判斷主軸刀號是否為所需換刀刀號:若是,結束換刀,若不是則進入下一步;(6)所需換刀刀號是否大于刀庫刀號:若是,則報警退出;若不是則進入下一步;(7)判斷所需換刀刀號是否為零號:若是,同報警退出;若不是則進入下一步;(8)刀庫推出,主軸還刀,刀庫選刀,主軸抓刀,刀庫退回;(9)換刀結束,并恢復系統(tǒng)的編程狀態(tài)(主程序模態(tài)),返回主程序;自動換刀所調用的宏程序的編程思路如圖4所示.3宏程序以數控技術專業(yè)開發(fā)的FANUC0i-MC控制系統(tǒng)加工中心實訓設備為例說明.1)輸入信號變量(G54.0～G54.2)740～741為了實現(xiàn)宏程序與PMC(梯形圖程序)間的跳轉控制,使用系統(tǒng)的3個輸入信號作為刀號判別.具體內空如表1所示.表中G54.0,G54.1,G54.2是0還是1由PMC的梯形圖程序的運行結果決定(梯形圖程序可參見參考文獻光盤中附錄9的程序),其結果在宏程序中調用(參見附錄:宏程序例).2)報警變量在判別刀號時可能出現(xiàn)錯誤,需要報警,必須通過宏程序實現(xiàn),FANUC0iC系統(tǒng)的“#3000”變量用于宏程序報警310,可顯示報警號和報警信息.使用格式為:報警號為變量“#3000”的值(0～200)加上3000;報警信息為其表達式后指定的報警信息(不超過26個字符).例如“#3000=1(TOOLNOTFOUND)”對應屏幕上的顯示為“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主程序的系統(tǒng)模態(tài),在執(zhí)行完成宏程序后必須恢復主程序的系統(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/英編程和絕對值/增量值編程模態(tài),對應的系統(tǒng)變量為“#4003”(對應系統(tǒng)當前所處的編程坐標模態(tài)值G90/G91)和“#4006”(對應系統(tǒng)當前所用的編程單位系統(tǒng)G20(英制)/G21(公制).4)宏程序調用及刀庫相關系統(tǒng)參數用“M06”調用宏程序實現(xiàn)刀庫的自動換刀控制所涉及到的有關參數如下表2所示.4工程與調試計劃4.1合理設計主軸刀號為了避免斷電停機后刀庫刀號出錯,加工中心一般均具有手動刀庫回零功能.加工中心在進行手動刀庫回零操作后,設計上必須保證主軸刀號與刀庫刀號一致,避免因刀號出錯而發(fā)生主軸還刀時與刀庫相撞;不一致時,設計上必須具有“刀庫刀號與主軸刀號不同”的報警功能,提示操機員或調試員排除此故障.4.2plc/pmc程序并出現(xiàn)“未完全”的故障時,總計數為“1”加工中心一般均具有刀庫正轉和反轉手動操作功能,每按一次相應的按鍵,刀庫向相應方向轉動一個刀位,便于刀庫故障排除、刀庫安裝調試、刀庫刀號“亂碼(主軸刀號與刀庫刀號不一致)”故障的排除等.在編制PLC/PMC程序時,必須保證刀庫正轉一檔時,刀庫計數器加1,當計數值達到刀庫容量值時,再正轉一檔時,計數值為“1”;反之,刀庫反轉一檔時,刀庫計數器減1,當計數值為1時,刀庫再反轉一檔時,計數值為刀庫容量值.在排除刀庫刀號“亂碼”故障時,必須保證刀庫刀號存儲器中的數值等于主軸刀號存儲器中的數值(通過PMC的梯形圖程序實現(xiàn)),否則,自動換刀時會出現(xiàn)撞刀庫現(xiàn)象.刀庫正反向轉動的設計除了電氣控制的硬聯(lián)鎖外,PLC/PMC程序中還必須設計相應的軟聯(lián)鎖功能.4.3有刀換刀自動換刀的效率保證了生產效率.有兩種情況涉及到換刀時間,一種是主軸上沒刀需換T碼刀號;另一種是主軸上有刀換為T碼刀號.當主軸上沒刀時,宏程序或PLC/PMC程序設計上應取消還刀操作,只進行選刀與抓刀操作,以便保證換刀時間最短.當主軸上有刀時,PLC/PMC程序設計上應保證選刀時間最短,即在設計“ROT(旋轉)”指令的功能時,選擇就近選刀功能.4.4刀庫選刀過程出現(xiàn)提前或滯后于刀庫的情況下,設計是否合理?刀庫是一個精密裝置,在刀庫的安裝及功能調試過程中,因功能(程序)設計不對極易損壞刀庫,因此在刀庫功能的調試過程中必須注意以下事項.(1)主軸準停角度的測量與設置主軸準停角度的測量與設置出現(xiàn)較大偏差時,在主軸還刀或取刀時容易撞壞刀庫的刀位裝置或主軸,因此必須保證主軸準停角度測量準確,同時保證數控系統(tǒng)參數(FANUC0i系統(tǒng)的PRM#4031、#4077)值設置正確.(2)Z軸第二參考點位置測量與設置Z軸第二參考點即主軸換刀點位置不準確時,主軸還刀或取刀時容易將刀庫或主軸撞壞,且刀庫的推出或退回一般均采用氣動或液壓控制裝置,一旦位置不準,就會發(fā)生刀庫與主軸相撞的現(xiàn)象,若是采用機械臂換刀的刀袋式刀庫,則容易將刀庫和主軸打壞,因此,在測量Z軸第二參考點位置數據時,一定要測準,且數控系統(tǒng)對應的參數值設置一定要正確.(3)刀庫選刀定位調試在刀庫的安裝調試時,通過手動選刀控制操作,確定刀庫轉動過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,必須進行調整,確保定位準確;調試相應的PLC/PMC程序時,檢查正轉和反轉寄存器中的數值是否與設計要求相符.(4)刀庫推出或退回位置檢查盤式刀庫在還刀或換刀過程中,刀庫需要進行推出與退回動作,調試時必須保證其推出或退回位置準確.可在MDI模式下運行對應的輔助功能(M)指令,并檢查位置關系及對應的“推出到位”或“退回到位”的行程開關信號,確保正確.(5)刀庫推出功能調試盤式刀庫的推出一般采用氣動或液壓控制,若刀庫推出由氣動控制,首先在確保PLC/PMC程序或宏程序設計正確(即保證刀庫刀號與主軸刀號相同)的前提下,才能讓刀庫具有推出功能,然后在刀庫推出期間必須保證刀庫推出電磁閥保持通電,使刀庫處于推出狀態(tài),否則刀庫就會退回,造成刀庫或主軸的損壞.刀庫推出前,宏程序或PLC/PMC程序設計必須進行主軸刀號與刀庫刀號是否相等的判別,若不相等時,程序設計上必須讓刀庫旋轉,保證刀庫刀號與主軸刀號相等時方可推出,否則會發(fā)生刀庫與主軸相撞的事故.(6)調用宏程序換刀的全過程調試在刀庫控制功能的宏程序及PLC/PMC程序功能單獨調試全部正確后,最終必須驗證調用宏程序換刀的全部過程,以便調試程序的全局正確性及功能的協(xié)調性.首先,保證刀庫及主軸上都不裝刀,在單段運行模式下執(zhí)行自動換刀程序,每執(zhí)行一段程序后,檢查加工中心及刀庫的動作與功能是否正確、位置是否到位等,確保每步對應的功能及動作、位置都正確后,再在刀庫上裝上刀再進行單段運行驗證,若單段運行模式下的整個換刀過程都正確,最后再在MDI或AUTO模式下進行全過程的驗證,若所有功能和動作都正確,且刀庫及主軸都安全,則說明刀庫控制功能已全部調試好.4.5刀庫與主軸推動時,注意注意交付使用的過程當上述調試全部正確,且滿足要求時,說明加工中心刀庫的控制功能已全部實現(xiàn),可以交付使用.但在交付使用后,操作中可能會發(fā)生人為錯誤而出現(xiàn)刀庫與主軸相撞的事故,即主軸上有刀,刀庫對應的刀位上也有刀,此時,若進行自動換刀,就會發(fā)生刀庫與主軸相撞的事故,因此,在開機后,加工前,必須檢查這一情況,避免該情況的發(fā)生.5plc/pmc編程自動換刀功能的實現(xiàn)除了調用宏程序實現(xiàn)加工中心的自動換刀功能外,另外一種實現(xiàn)方法就是全部利用PLC/PMC的指令進行編程,兩者各有特點.調用宏程序實現(xiàn)自動換刀方法的優(yōu)點是宏程序編制思路清晰、明了,對應的PLC/PMC程序簡短,可讀性好,掃描周期短,控制功能的調試簡單,但控制功能的實現(xiàn)需要數控系統(tǒng)變量/參數設置、宏程序設計、PLC/PMC程序設計相互配合,因此,要求編程或調試員熟練掌握數控系統(tǒng)的參數及變量、宏程序編制、PLC/PMC程序設計等.采用PLC/PMC編程實現(xiàn)自動換刀功能的優(yōu)點是不需熟悉數控系統(tǒng)的變量、參數、宏程序編制等,只需利用PLC/PMC的指令編程,