基于FANUC數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控銑床升級改造
2016-8-10 來源：柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系 作者：王富春 陳勝裕
摘要：數(shù)控設(shè)備的升級改造是目前我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的有效途徑之一，針對配備FANUC數(shù)控系統(tǒng)的立式銑床．完成刀庫的機械安裝、電路氣路設(shè)計、控制程序編寫與調(diào)試，總結(jié)了設(shè)備升級改造為加工中心的方法。該立式銑床在升級改造后實現(xiàn)了自動換刀。提升了加工效率，為其他傳統(tǒng)設(shè)備的數(shù)控化改造與升級提供了理論和實踐依據(jù)。
關(guān)鍵詞：斗笠式刀庫；FANUC數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控銑床
隨著我國產(chǎn)業(yè)化升級的進一步推進．?dāng)?shù)控設(shè)備的升級改造是目前我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的有效途徑之一。數(shù)控機床經(jīng)升級改造后，自動化程度得到了提升．特別是減少了二次裝夾所需的時間以及避免了該過程由于人工操作出現(xiàn)的誤差．從而有效的提升了加工效率及加工精度。對復(fù)雜零件而言，難度越高，功效提高得越多。不僅節(jié)約了費用，而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
某工廠有兩臺VMC650數(shù)控立式銑床．原裝FANUC 0i—mate MC數(shù)控系統(tǒng)，目前該兩臺機床運行情況良好。擬升級改造為加工中心．提升該設(shè)備的加工效率及加工精度。
1、升級改造對象分析及刀庫選型
VMC650數(shù)控立式銑床采用數(shù)字交流伺服電機進行x軸、Y軸、z軸以及主軸驅(qū)動，主軸伺服電機反饋采用內(nèi)置式編碼器，具備主軸定向定位功能．可實現(xiàn)伺服定位與刀庫的動作配合。主軸左側(cè)具有一定大小的空間，能夠容納刀庫的安裝與工作。
出于經(jīng)濟性目的考慮．可采用斗笠式刀庫對數(shù)控機床升級改造為加工中心。由于該VMC650數(shù)控立式銑床升級改造完成后的加工任務(wù)通常需要自動換刀的刀數(shù)一般不超過十把。在考慮刀具使用容量擴展基礎(chǔ)上．所選用的斗笠式自動換刀裝置型號為B130-16T．容量為16把刀。該型號刀庫結(jié)構(gòu)簡單，可提供可靠快速的刀具交換方式。
2、升級改造過程
升級改造的過程包括刀庫安裝與調(diào)試、氣路設(shè)計、電路設(shè)計、控制程序編寫、參數(shù)設(shè)置及機電聯(lián)調(diào)六個部分。
2．1斗笠式刀庫的安裝與調(diào)試方法
2．1．1斗笠式刀庫的安裝
斗笠式刀庫安裝在銑床z軸所在的立柱左側(cè)面．其安裝孔在垂直方向的定位需考慮z軸上換刀點的位置以及刀柄的長度。保證刀庫安裝后的換刀點與第一參考點之間的距離需大于刀柄的長度．避免在換刀過程中刀套與刀柄發(fā)生碰撞。考慮到刀庫安裝位置在調(diào)試過程中需要進行調(diào)整．安裝孔設(shè)計為水平方向較長的腰形孔．并在上下端以及側(cè)面采用調(diào)整墊塊對刀庫實現(xiàn)安裝定位調(diào)試。刀庫安裝示意圖如圖1所示：
圖1 刀庫安裝示霞圖
2．1．2斗笠式刀庫的定位檢測與調(diào)試：
檢測刀盤平面與x—v平面的平行度。采用百分表分別沿x軸和v軸方向打表，要求平行度小于0．30mm／全寬，如超過此數(shù)值，則通過調(diào)整墊塊調(diào)整刀庫支架與刀庫．使得刀盤平面與X—v平面的平行度符合要求。
對刀點的檢測，采用分體式對刀裝置，將主軸上移到z向最高點后．將分體刀柄的上體錐柄部分裝入主軸孔內(nèi)并拉緊．同時在刀盤的刀套內(nèi)裝入分體刀柄的下部分。手動將刀庫移到換刀位置，手動操作機床z軸下移主軸箱，保證分體刀柄的上體錐柄部與刀套上分體刀柄的下體之間的間隙約為2mm。使用調(diào)整墊塊調(diào)整刀庫在x和v向的位置。同時用分體刀柄的中間軸檢驗分體刀柄的上下兩體的中心是否重合。上下兩體中心重合意味著刀套與主軸的換刀點重合，調(diào)整完畢。
2．2氣路設(shè)計
在刀庫工作過程中．需要借助氣動回路實現(xiàn)控制的刀庫動作有刀庫的左右移動、拉刀機構(gòu)的下壓松刀，其氣動控制回路圖如圖2所示。
圖2刀庫氣動回路圖
2．3電氣設(shè)計
刀庫換刀過程是由刀庫氣缸的移動、刀庫電機的正反方向轉(zhuǎn)動、拉刀機構(gòu)氣缸的上下運動以及z軸的移動配合完成的．該過程通過宏程序進行協(xié)調(diào)配合。其中，刀庫氣缸、刀庫電機、拉刀機構(gòu)氣缸的控制由PMC實現(xiàn)。刀庫氣缸與拉刀機構(gòu)氣缸的控制線圈直接連接到IO板上的空閑繼電器．刀庫電機采用三項異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路．接觸器的線圈連接到Io板上的空閑繼電器。
通過查詢VMC650數(shù)控立式銑床的PMC地址使用情況發(fā)現(xiàn)，輸入字節(jié)X2、輸出字節(jié)Y3在之前的程序中沒有被占用．因此可用作刀庫換刀的信號地址。刀庫地址分配表如下表1所不。
表1 刀庫地址分配表
2．4控制程序編制
整個換刀過程的控制是由PMC程序和數(shù)控系統(tǒng)的換刀宏程序相互配合來完成的。刀庫的旋轉(zhuǎn)、伸出和縮回及主軸的松刀和緊刀都由PMC應(yīng)用程序來控制．而PMC控制命令的獲得以及z軸的上下移動控制是由換刀宏程序來統(tǒng)籌完成的。換刀宏程序根據(jù)刀庫的典型控制方案而設(shè)計為：
09001
NIlF【#1000EQl】GOT019(TCODE=SPTOOL)T代碼等于主軸刀號．換刀結(jié)束
N2#199=#4003(G90／G91MODLE)
N3#198=#4006(G20／21MODLE)保留之前的模態(tài)信息
N4IF[#1002EQl】GOT07(SPTOOL 20)如果主軸刀號為0．則直接抓刀
N5G21G91G30P2zoMl9(回第二參考點。M19定向，準(zhǔn)備換刀)
N6GOT08
N7G21G91G2820M19(回第一參考點。M19定向．準(zhǔn)備抓刀)
N8M50刀庫準(zhǔn)備好(使能)
N9M52刀庫向右(靠近主軸)
N10M53松刀吹氣
N11G91G2820回第一參考點
N12IF【#1001EQl】GOT015(TCODE=0)如果指令T0．則無需抓刀
N13M54刀盤旋轉(zhuǎn)
N14G91G30P220第二參考點
N15M55刀具卡緊
N16M56刀盤向左(遠(yuǎn)離主軸)
N17M51旋轉(zhuǎn)結(jié)束
N18G≠≠199G≠≠198恢復(fù)模態(tài)
N19M99
2．5參數(shù)設(shè)置
安裝調(diào)試好刀庫本體以及編寫好控制程序后。需要對系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置。由參數(shù)激活系統(tǒng)部分功能用以配合刀庫工作．保證刀庫正確流暢的運行。
2．5．1第一參考點作為換刀過程中z軸退刀位置．其設(shè)置通過修改參數(shù)1815#4來實現(xiàn)。
2．5．2第一換刀點的設(shè)置過程為：下移主軸箱．使分體刀柄的上體錐柄部的下體之間的間隙為0．15—0．25ram之間。(用塞尺測量)，記錄此時z軸的機械坐標(biāo)記錄到FANUC參數(shù)號1241．當(dāng)此位置的z軸坐標(biāo)值在一107n109mm之間則調(diào)整參考點柵格偏移參數(shù)內(nèi)數(shù)值．此參數(shù)單位為0．001。FANUC系統(tǒng)的參數(shù)號為1850。
2．5．3在換刀過程中．必須保證主軸實現(xiàn)定向以保證與刀庫進行配合．主軸定向參數(shù)由4031與4077配合設(shè)置完成。
2．5．4在參數(shù)6071中輸入6．設(shè)置執(zhí)行M6換刀指令后．系統(tǒng)自動調(diào)用名稱為09001的換刀宏程序執(zhí)行換刀動作。
2．6調(diào)試
2．6．1在不安裝刀柄的情況下測試換刀動作．切換到MDI方式，輸入M06 TXX。執(zhí)行程序單段。分別觀察還刀、取刀以及換刀三種刀庫動作流程。確認(rèn)動作流程無誤后，取消單段運行。觀察刀庫的連續(xù)動作流程，確保動作流程正確。2．6．2安裝刀柄。輸入M06 TXX，執(zhí)行程序單段，分別觀察還刀、取刀以及換刀三種刀庫動作流程。確認(rèn)動作流程無干涉后．取消單段運行。觀察刀庫的連續(xù)動作流程。確保動作流程正確且無干涉。如果刀柄在導(dǎo)套和主軸切換過程中出現(xiàn)不順暢，使用對刀裝置。重新設(shè)置第二參考點，直至換刀過程流暢為止。
3、結(jié)束語
采用斗笠式刀庫將VMC650數(shù)控立式銑床升級改造為立式加工中心．該兩套設(shè)備經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)使用后．未發(fā)生換刀動作錯亂的問題，整體功能運行正常，產(chǎn)品質(zhì)量有所提升，生產(chǎn)效率得到顯著提高。同時為企業(yè)節(jié)省了大量的設(shè)備成本．也為其他傳統(tǒng)設(shè)備的數(shù)控化改造升級提供了理論和實踐依據(jù)。
參考文獻：
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【2】尹昭輝，周禮根．FANUC系統(tǒng)在數(shù)控車床改造中的應(yīng)用D】．機床與液壓，2013(5)：185-187．『31劉俊英，梁豐，何國金．舊式數(shù)控銑床的性能升級及創(chuàng)新改造o】．組合機床與自動化加工技術(shù)，2012(7)：92-95．
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