基于FANUC系統(tǒng)的無(wú)線對(duì)刀儀實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)對(duì)刀

畢忠梁

(安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，安徽 安慶 246003)

1 課題的提出

目前，在中高檔數(shù)控機(jī)床上都配有自動(dòng)對(duì)刀儀，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)刀具補(bǔ)償。對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造加裝自動(dòng)對(duì)刀儀不但能使經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)良好的自動(dòng)化效果，而且價(jià)格相比高配要便宜很多。某公司批量生產(chǎn)一種球頭零件，利用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)加工其球型部分。該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)為FANUC -0imate -TD。

加工過(guò)程并不復(fù)雜，但是由于該球頭零件球型外表面尺寸精度較高，加工一段時(shí)間后，刀具磨損，造成尺寸超差。因此一般工人在加工一段時(shí)間后，必須停車(chē)測(cè)量工件外徑，將超差值輸入到系統(tǒng)磨耗補(bǔ)償中，這樣既耽誤時(shí)間，又容易產(chǎn)生誤差。如果更換刀片后，則需要重新對(duì)刀，對(duì)工人的要求也比較高。由于該公司工人操作水平普遍偏低，希望我院能幫其改造自動(dòng)對(duì)刀系統(tǒng)，達(dá)到工人只需按面板上的一個(gè)按鍵即能完成自動(dòng)補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上改造加裝對(duì)刀儀的事例很多，傳統(tǒng)對(duì)刀儀一般是有線的，通信電纜需要在機(jī)床上重新布線，改造較復(fù)雜。在這里，我們選擇一種新式的無(wú)線對(duì)刀儀，利用這種對(duì)刀儀，無(wú)需重新布線，不影響原有的機(jī)床結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單易操作。

2 實(shí)施方案

2.1 自動(dòng)對(duì)刀的原理

該無(wú)線對(duì)刀儀由電子對(duì)刀器和無(wú)線接收端組成，如圖1 所示。當(dāng)?shù)毒咭苿?dòng)碰到對(duì)刀器上的對(duì)刀塊時(shí)，接通對(duì)刀儀內(nèi)部開(kāi)關(guān)，無(wú)線接收端與系統(tǒng)I/O 模塊連接，無(wú)線接收端接收到接通信號(hào)后，發(fā)送給系統(tǒng)I/O 模塊。系統(tǒng)接收到信號(hào)后，記錄下當(dāng)前刀具的機(jī)械坐標(biāo)值，如果刀尖磨損或者更換了刀片，將坐標(biāo)偏差輸入至刀具補(bǔ)償列表中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償。

如果系統(tǒng)開(kāi)通了G36、G37 指令，那么就可以直接調(diào)用該指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)刀具補(bǔ)償，但是FanucMate 系統(tǒng)沒(méi)有此功能，因此只能使用G31 跳過(guò)功能配合宏程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)測(cè)量補(bǔ)償量。G31 指令可以像G01 一樣執(zhí)行直線插補(bǔ)，在G31 執(zhí)行過(guò)程中一旦外部信號(hào)輸入(系統(tǒng)默認(rèn)為X4.7)，則G31 指令中斷，此時(shí)記錄下當(dāng)前機(jī)床坐標(biāo)值減去對(duì)刀位置點(diǎn)的坐標(biāo)值，即為該刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償量，如圖2 所示。

2.2 無(wú)線對(duì)刀儀的接線及安裝

由于該零件加工時(shí)需要補(bǔ)償?shù)氖荴 方向的尺寸，因此對(duì)刀儀安裝時(shí)對(duì)刀面要和Z 軸平行，考慮到方便，因此直接將其安裝固定在尾座上，如圖2 所示。按照G31 指令的要求，無(wú)線接收端的輸入信號(hào)應(yīng)接在PMC 輸入信號(hào)X4.7 上。但是本機(jī)床PMC 由于輸入信號(hào)點(diǎn)較少只有24 個(gè)輸入點(diǎn)，機(jī)床廠家在定義輸入信號(hào)時(shí)將輸入信號(hào)地址分配給了X7～X9，而X4.7 未定義，如果重新分配I/O 地址，則相應(yīng)的梯形圖也要更改。為了盡可能使改造簡(jiǎn)單，我們直接使用G6.6 作為G31 指令的中斷信號(hào)，定義PMC 上一個(gè)閑置的輸入點(diǎn)X9.7 作為G6.6 的觸發(fā)點(diǎn)。如圖3 所示。這樣，對(duì)刀時(shí)用G31 指令控制刀具向?qū)Φ秲x移動(dòng)，當(dāng)對(duì)刀儀被壓下時(shí)，無(wú)線接收端接收到信號(hào)，X9.7 閉合，G6.6 接通，G31 指令中斷，通過(guò)宏程序系統(tǒng)變量#5061，記錄下當(dāng)前X 軸的坐標(biāo)值，利用系統(tǒng)宏變量#2001 寫(xiě)入到刀具磨損偏置中即可。

2.3 對(duì)刀宏程序的編寫(xiě)

先通過(guò)手動(dòng)對(duì)刀操作，測(cè)量出對(duì)刀位置點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值H。本例中H=44.85 mm，則刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值=刀具刀位點(diǎn)位于對(duì)刀儀對(duì)刀點(diǎn)的坐標(biāo)值-H。宏程序如下:

這樣每次對(duì)刀時(shí)只要執(zhí)行O9001 程序就可以了。但是按照企業(yè)的要求，希望能通過(guò)按面板上設(shè)定好的某個(gè)按鍵就能自動(dòng)對(duì)刀，即按下機(jī)床面板上的一個(gè)按鍵就能調(diào)用該宏程序并自動(dòng)運(yùn)行。因此還要對(duì)該程序進(jìn)行一鍵調(diào)用。

2.4 一鍵調(diào)用對(duì)刀宏程序

如果是FANUC-0i 系統(tǒng)可以選配宏程序的快捷調(diào)用功能，使用該功能可以直接利用宏調(diào)用信號(hào)MSCT1～MSCT16 直接啟動(dòng)O9000～O9015 這16 個(gè)宏程序。但是該機(jī)床同樣沒(méi)有這個(gè)功能，因此只能通過(guò)程序外部檢索功能來(lái)實(shí)現(xiàn)一鍵調(diào)用宏程序。

要實(shí)現(xiàn)一鍵調(diào)用宏程序必須完成3 個(gè)步驟:在自動(dòng)模式下檢索9001 號(hào)宏程序，自動(dòng)運(yùn)行該宏程序，程序結(jié)束返回原加工程序。FANUC 系統(tǒng)外部檢索程序號(hào)的方法很多，在這里因?yàn)樵庸こ绦蛱?hào)和自動(dòng)對(duì)刀宏程序號(hào)都已編好，所以檢索的方法就相對(duì)簡(jiǎn)單了。

(1)檢索對(duì)刀宏程序

首先程序停在加工程序上例如O1000，PMC 外部程序檢索功能可以通過(guò)地址G24.0～G24.7 和G25.0～G25.5 共14 位信號(hào)檢索到O0001～O9999 的程序號(hào)，且由G25.7 信號(hào)的下降沿啟動(dòng)檢索，這里要檢索的是O9001 程序。改造時(shí)利用機(jī)床操作面板上的一個(gè)閑置按鍵，地址為X22.7。當(dāng)X22.7 按下接通后，PMC 將要檢索的程序號(hào)，即9001 的二進(jìn)制數(shù)寫(xiě)入G24 和G25 的#0～#5，再通過(guò)G25.7 啟動(dòng)檢索。梯形圖如圖4 所示，D500 寄存器存放要檢索的程序號(hào)，檢索前先將9001 通過(guò)MDI 面板提前輸入到D500 中，如果要檢索其他程序直接修改D500 的值為要檢索的程序號(hào)。

(2)自動(dòng)運(yùn)行宏程序

延時(shí)1 s 后，接通R500.7，R500.7 為自動(dòng)運(yùn)行程序的啟動(dòng)信號(hào)，將R500.7 并入啟動(dòng)信號(hào)ST(G7.2)中，當(dāng)R500.7 接通后，對(duì)刀宏程序開(kāi)始自動(dòng)執(zhí)行。

(3)對(duì)刀完成后返回原程序號(hào)

在對(duì)刀宏程序完成后，再次檢索原加工程序號(hào)，并返回。這里使用外部數(shù)據(jù)檢索功能的程序號(hào)檢索實(shí)現(xiàn)。PMC 通過(guò)地址G0.0～0.7 和G1.0～G1.7 來(lái)設(shè)定要檢索的程序號(hào)，通過(guò)ESTB(G2.7)用來(lái)讀入外部輸入的程序號(hào)，待程序M30 結(jié)束后，通過(guò)PMC 產(chǎn)生的RESET 信號(hào)，執(zhí)行檢索操作，返回原程序，梯形圖如圖4 所示。由于外部數(shù)據(jù)檢索要求程序號(hào)必須是BCD碼的形式，所以先對(duì)D600 中的程序號(hào)進(jìn)行譯碼，將譯碼后的程序號(hào)存至D700 中，然后再寫(xiě)入至G0 和G1中，供G2.7 讀入時(shí)使用。檢索程序號(hào)的寫(xiě)入以及G2.7 信號(hào)的接通，由宏程序中#1101 變量(輸出變量)控制，通過(guò)#1101 系統(tǒng)變量對(duì)應(yīng)PMC 的F54.1 信號(hào)來(lái)啟動(dòng)檢索。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在加裝對(duì)刀儀后的調(diào)試，重復(fù)對(duì)刀精度＜6 μm，完全符合生產(chǎn)要求。整個(gè)改裝過(guò)程未對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)做任何改動(dòng)，改造成本約300 元左右，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)大大降低了人為操作的對(duì)刀誤差，提高了對(duì)刀的效率，同時(shí)也進(jìn)一步提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。

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