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基於（yú）FANUC數控係統的數控銑床升級（jí）改造

2016-8-10 來（lái）源：柳州職業技術（shù）學院機電工程係作（zuò）者：王富春陳（chén）勝裕

摘要：數控設備的（de）升級（jí）改造是（shì）目前我（wǒ）國（guó）製造（zào）業產（chǎn）業升級的有效（xiào）途徑之一，針對配備FANUC數控係統的立式銑床．完成刀庫的機械安裝、電路氣路設計、控製程（chéng）序編寫與調試，總結了設備升級（jí）改造為加工中心的方（fāng）法。該立式銑床在升級改（gǎi）造後實現了自動換刀。提升了加工效率，為其（qí）他傳統設備（bèi）的數（shù）控化改造與升級提供了理論和（hé）實踐依據。

關鍵詞：鬥笠式刀庫；FANUC數控（kòng）係統；數控銑床

隨著我國產業化升級的進一（yī）步推進．數控設備的（de）升級改（gǎi）造是目（mù）前我國製造業產業升級的有效途徑（jìng）之一。數控機床經升級改造後，自動化程度得到（dào）了提升．特別是減少了二次裝夾所需的時間以及（jí）避免了該（gāi）過程由於人工操作出現的誤差．從而有效的提升了（le）加工效率及加（jiā）工精度。對複雜零件而言，難度越高，功效提高得（dé）越多。不僅節約了費（fèi）用，而且（qiě）可以縮短生產準備周期。

某工廠有兩台VMC650數（shù）控立式銑床．原（yuán）裝FANUC 0i—mate MC數控係（xì）統，目前該（gāi）兩台機床運行情況良好。擬升級改造為加工中心．提升該設備的加工效率及加工精度。

1、升級改造對象分析及刀（dāo）庫選型

VMC650數控立式（shì）銑床采用數字交流伺（sì）服電機進行x軸、Y軸、z軸以（yǐ）及主軸驅動，主軸伺服電機反饋采用內置式編（biān）碼器，具備主軸定向定位功能．可（kě）實現伺服定位與刀庫的動作配合。主軸左側具有一定大小的空間，能夠容納刀庫的安裝（zhuāng）與工作。

出於經濟性目的（de）考慮．可采用鬥笠式（shì）刀庫（kù）對數控機床升級改造為加工中心。由於該（gāi）VMC650數控立式銑床升級改（gǎi）造完成後的加工任務通常（cháng）需要自動換刀的刀數（shù）一般不超過十把。在考慮刀具使用（yòng）容量擴展基礎上．所選用的鬥笠式自（zì）動換（huàn）刀裝置型號為B130-16T．容量為16把刀。該型號刀庫結構簡單，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（bāo）括刀庫安裝（zhuāng）與調（diào）試、氣路設計、電路設計、控製程序編寫、參數設置及機電聯調六個部分。

2．1鬥笠式刀（dāo）庫的安（ān）裝與調試方（fāng）法

2．1．1鬥笠式刀庫的（de）安裝

鬥笠式刀庫安裝在銑（xǐ）床z軸所在的立柱左側麵．其安裝孔在（zài）垂直方向的定（dìng）位需考慮z軸上換刀點的位置以及刀柄的長度。保證刀庫安裝後的換刀（dāo）點與第（dì）一（yī）參考點之間的距（jù）離需大於刀柄的長度．避免在換（huàn）刀過程中刀套與刀柄發（fā）生（shēng）碰撞。考慮到刀庫安裝位置在調試過程中需要進行（háng）調整．安裝孔設計為水平方向較長的腰形孔．並在上下端以及側麵采用調整墊塊對刀庫（kù）實現安裝定位調試。刀庫安裝示意圖如圖1所示：

圖（tú）1 刀庫安裝示霞圖

2．1．2鬥笠（lì）式刀庫的定位（wèi）檢測與調試：

檢測刀盤平麵與x—v平麵的平行度。采用百分表分別沿x軸和v軸方（fāng）向打表，要求平行度（dù）小於0．30mm／全寬，如超過此數值，則通過調整墊（diàn）塊調（diào）整刀庫支架（jià）與刀庫（kù）．使得刀盤平麵與X—v平（píng）麵的平行（háng）度符合要求。

對刀（dāo）點的檢測，采用分體式對刀裝置，將主軸上移到z向最高點後．將（jiāng）分體刀柄的上體錐柄部分裝入主軸孔內並拉緊．同（tóng）時在刀盤的（de）刀套內裝入分體刀柄的下部分。手動（dòng）將刀庫移到換刀位置，手動操作機床（chuáng）z軸（zhóu）下移主軸箱，保證分體刀（dāo）柄（bǐng）的上體錐柄（bǐng）部與刀套上（shàng）分體刀柄的下體之間的間隙約為2mm。使用調整墊塊調整刀庫在x和v向的位置（zhì）。同時用分體刀柄的中（zhōng）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（hé）意味著刀套與主（zhǔ）軸的換（huàn）刀點（diǎn）重合，調整完畢。

2．2氣（qì）路設計

在刀庫工作過（guò）程中．需要借助（zhù）氣動回路實現控製的刀庫動作有刀庫的左右移動、拉刀機構的下壓鬆刀，其氣動控製回路圖如圖2所示。

圖2刀庫氣動（dòng）回路圖

2．3電氣設計（jì）

刀庫換刀過（guò）程是由刀庫氣缸的移動、刀庫電（diàn）機的正反方向轉動、拉刀機構氣缸的上下運動以及z軸的移動配合完成的（de）．該過程通過宏程序進行協調配合。其（qí）中，刀（dāo）庫氣缸、刀庫電機、拉刀機構氣缸的控製由PMC實現。刀庫氣缸與拉刀機構氣缸的控製線圈直接連接到IO板上（shàng）的空閑繼電器（qì）．刀庫電機（jī）采用三項異步電動機正反轉控（kòng）製（zhì）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數控立式銑床的PMC地址使用情況發現，輸入字節（jiē）X2、輸出字節Y3在之前的程序中沒有被（bèi）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（fèn）配表

2．4控製程序編製

整個換刀過程的控製是由PMC程序和數控係統的（de）換刀宏程序相互配合來完成的。刀庫的旋轉、伸出和縮回及（jí）主軸（zhóu）的鬆刀和（hé）緊刀（dāo）都由PMC應用程（chéng）序來控製（zhì）．而PMC控製命令的獲得以及z軸的上下移動控製是（shì）由換刀（dāo）宏程（chéng）序來統籌完成的。換刀宏程序根據刀庫的典型控製（zhì）方案而設計為：

09001

NIlF【#1000EQl】GOT019(TCODE=SPTOOL)T代碼等於主軸刀號．換刀（dāo）結束

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（zé）直接抓刀

N5G21G91G30P2zoMl9(回第二參考點。M19定向，準備換刀)

N6GOT08

N7G21G91G2820M19(回第一參考點。M19定向．準備抓刀)

N8M50刀庫準（zhǔn）備（bèi）好(使能)

N9M52刀庫向右(靠（kào）近（jìn）主軸)

N10M53鬆刀吹（chuī）氣（qì）

N11G91G2820回第一參（cān）考點

N12IF【#1001EQl】GOT015(TCODE=0)如果指令T0．則無需抓刀

N13M54刀盤（pán）旋（xuán）轉（zhuǎn）

N14G91G30P220第二參考點

N15M55刀具（jù）卡緊

N16M56刀盤向（xiàng）左（zuǒ）(遠離主軸)

N17M51旋轉結束

N18G≠≠199G≠≠198恢複模態

N19M99

2．5參（cān）數（shù）設置（zhì）

安裝調試好刀庫（kù）本體以及（jí）編寫好控製程（chéng）序後。需要對係統進行參（cān）數設置。由（yóu）參數激活係統部分功能用以配合刀庫工作．保（bǎo）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（qí）設置通過修改（gǎi）參數1815#4來（lái）實現。

2．5．2第一（yī）換刀點的設置過程為（wéi）：下移主軸（zhóu）箱．使分體刀柄的（de）上體錐柄部的下體之間的間隙為0．15—0．25ram之間。(用（yòng）塞尺測量)，記錄此時z軸（zhóu）的機械坐標記錄到FANUC參數（shù）號1241．當（dāng）此位置的z軸坐（zuò）標值在一107n109mm之間（jiān）則調整參考點柵格偏移參數內數值．此參數單位為0．001。FANUC係統的參數號為1850。

2．5．3在換（huàn）刀過程中．必（bì）須保（bǎo）證主軸實現定向（xiàng）以（yǐ）保證與刀庫進行配合．主軸定（dìng）向（xiàng）參（cān）數由4031與4077配合設置完成。

2．5．4在（zài）參數6071中輸（shū）入6．設置執行M6換刀指令後（hòu）．係統自動調用名稱為09001的換刀宏程序執行換刀動（dòng）作。

2．6調試

2．6．1在不安裝刀柄的情況下（xià）測試換刀動作．切換到MDI方（fāng）式，輸（shū）入M06 TXX。執行程序單段。分別觀察還刀、取刀以及換刀三（sān）種刀庫動（dòng）作流程。確認動作流程無誤後，取消單段運行。觀察刀庫的連續動作流程，確保動作流程正（zhèng）確。2．6．2安裝刀柄。輸入M06 TXX，執（zhí）行程序（xù）單段，分別觀察還刀、取刀以及換刀三種刀庫動作流程。確認動作流程無幹涉後．取消單段運行。觀察刀庫的連續動作流程。確保動作（zuò）流（liú）程正確且無幹涉。如果刀柄在導套和（hé）主軸切換過程中出現（xiàn）不順暢，使用對刀裝（zhuāng）置。重新（xīn）設置第（dì）二參考點，直至換刀過（guò）程流暢為止。

3、結束語

采用鬥笠（lì）式刀庫將VMC650數控立式（shì）銑（xǐ）床升級改造為立式加工中心．該兩套設（shè）備經過一段時間的生產使（shǐ）用後．未發生換（huàn）刀動作錯亂的問題，整體功能運行（háng）正常，產品質量有所提（tí）升，生產效率得到顯著提高。同時為企業節省了大量的設備成（chéng）本．也為其他傳統設備的數控化改造升級提供了理論和實踐依據。

參考文獻：

【1】謝忠敏，陳平信．DORR．IES數控立（lì）車的升級改（gǎi）造o】．組合機床與自動化加工技術，2011，(2)：93—95．

【2】尹昭輝（huī），周禮根．FANUC係統在數控車床改造（zào）中的（de）應用D】．機（jī）床與液壓，2013(5)：185-187．『31劉俊英，梁豐，何國金．舊式數控銑床（chuáng）的性能升級及創新（xīn）改造o】．組合機床與自動化加工技術，2012(7)：92-95．

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