FANUC Oi-MD數(shù)控系統(tǒng)斗笠式刀庫的PMC編程

周麗霞，周樹強(qiáng)，覃　琴

（成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都610100）

FANUC Oi-MD數(shù)控系統(tǒng)斗笠式刀庫的PMC編程

周麗霞，周樹強(qiáng)，覃琴

（成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都610100）

通過FANUC系統(tǒng)宏程序與PMC編程的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)斗笠式刀庫的換刀控制。對(duì)FANUC Oi-MD數(shù)控系統(tǒng)斗笠式刀庫控制的PMC編程思路進(jìn)行了論述。說明了斗笠式刀庫自動(dòng)換刀的動(dòng)作過程，給出了換刀宏程序，分析了主要PMC編程的編程思路。

斗笠式刀庫；PMC；FANUC數(shù)控系統(tǒng)

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.022

自動(dòng)換刀是加工中心的重要輔助功能，作用是將主軸中用過的刀具還回刀庫，又將需要的刀具從刀庫取到主軸中，要求準(zhǔn)確、無誤、快速。加工中心常用的刀庫有斗笠式、凸輪式、鏈條式等，其中斗笠式刀庫斗笠式刀庫具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于控制和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在中小型加工中心上得到了廣泛的應(yīng)用。

基于FANUC 0iMD數(shù)控系統(tǒng)利用NC宏程序可以把軸控制與PMC控制有機(jī)地結(jié)合完成加工中心的換刀動(dòng)作。其中宏程序需要根據(jù)換刀動(dòng)作過程進(jìn)行編寫，宏程序中所用到的M代碼的功能需要PMC編程實(shí)現(xiàn)。

筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)斗笠式刀庫的動(dòng)作過程、換刀宏程序及PMC邏輯控制程序的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行簡要地分析和說明。

1　斗笠式刀庫的換刀動(dòng)作過程

斗笠式刀庫換刀時(shí)，首先比較當(dāng)前刀套號(hào)是否與主軸刀號(hào)一致，如果不一致，先旋轉(zhuǎn)刀庫然后后刀庫向主軸方向平行移動(dòng)，取下主軸上原刀具，當(dāng)主軸上的刀具進(jìn)入刀庫的卡槽時(shí)，主軸向上移動(dòng)脫開刀具；接下來，主軸安裝新刀具，首先刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)目標(biāo)刀具對(duì)正主軸正下方時(shí)，主軸下移，使刀具進(jìn)入主軸錐孔內(nèi)，刀具夾緊后，刀庫退回遠(yuǎn)離主軸位置，換刀過程結(jié)束［1-2］。

刀庫換刀動(dòng)作過程說明如下：

（1）刀庫處于準(zhǔn)備位置，即刀庫停留在遠(yuǎn)離主軸中心的位置，主軸沿Z方向移動(dòng)到第一參考點(diǎn)；

（2）如果當(dāng)前導(dǎo)套號(hào)與主軸刀號(hào)不一致，刀庫旋轉(zhuǎn)；

（3）主軸沿Z方向移動(dòng)到第二參考點(diǎn)，并完成定位動(dòng)作。準(zhǔn)備還刀；

（4）刀庫平行向主軸位置移動(dòng)；

（5）刀庫抓刀確認(rèn)后，主軸吹氣松刀；

（6）主軸抬起到Z軸第一參考點(diǎn)位置；

（7）刀庫旋轉(zhuǎn)使當(dāng)前刀套號(hào)與T代碼一致；

（8）主軸下移到Z軸的第二參考點(diǎn)位置，并進(jìn)行抓刀動(dòng)作；

（9）主軸夾緊刀具；

（10）刀庫向遠(yuǎn)離主軸中心位置側(cè)平移；

（11）換刀操作完成。

整個(gè)刀庫的動(dòng)作主要靠刀庫電機(jī)、汽缸和主軸的相互結(jié)合控制實(shí)現(xiàn)。刀庫通過PMC功能指令實(shí)現(xiàn)刀庫的正反轉(zhuǎn)就近找刀，其中的接近開關(guān)信號(hào)可用于刀庫計(jì)數(shù)以此實(shí)現(xiàn)刀庫原點(diǎn)復(fù)歸和數(shù)刀。汽缸的功能主要用于接收PMC發(fā)出的信號(hào)以控制刀庫整體向前或后退，為換刀或換刀后的運(yùn)行NC程序作準(zhǔn)備。

2　 FANUC換刀宏程序的編寫

換刀動(dòng)作的完成是執(zhí)行換刀宏程序的過程中，當(dāng)系統(tǒng)識(shí)別到關(guān)于PMC的M代碼，PMC接收M代碼對(duì)應(yīng)的R信號(hào)，執(zhí)行PMC程序完畢后，把完成信號(hào)傳回到換刀宏程序，換刀程序才繼續(xù)執(zhí)行下面的程序。

當(dāng)系統(tǒng)檢測到程序執(zhí)行M06T××換刀指令時(shí)，NC系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用換刀宏程序（NC參數(shù)6071設(shè)定為6，自動(dòng)調(diào)用09001宏程序），并對(duì)T代碼進(jìn)行譯碼處理［3］。

斗笠式刀庫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，其換刀宏程序如下：

N1 IF［#1000EQ1］GOTO21（T代碼等于主軸刀號(hào)，換刀結(jié)束）

N2#199=#4003

N3#198=#4006（保留之前的模態(tài)信息）

N4 IF［#1002EQ1］GOTO9（如果主軸刀號(hào)為0，則直接抓刀）

N5 G21G91G30P2Z0（回第二參考點(diǎn)，準(zhǔn)備還刀）

N6 M19（主軸定向）

N7 G04X0.1

N8 GOTO10

N9 G21G91G28Z0M19（回第一參考點(diǎn)，主軸定向）

N10 M32（確認(rèn)狀態(tài)：當(dāng)前刀套號(hào)與主軸刀號(hào)一致或主軸無刀）

N11 M33（刀庫向右靠近主軸，然后松刀吹氣）

N12 G04X0.1

N13 G91G28Z0（回第一參考點(diǎn)）

N14 IF［#1001EQ1］GOTO18（如果指令T0，則無需抓刀）

N15 M34（刀盤旋轉(zhuǎn)）

N16 G91G30P2Z0（回第二參考點(diǎn)，準(zhǔn)備抓刀）

N17 G04X0.1

N18 M35（刀具卡緊，刀盤向左遠(yuǎn)離主軸）

N19 M36（旋轉(zhuǎn)結(jié)束）

N20 G#199G#198（恢復(fù)模態(tài)）

N21 M99

在以上宏程序中，用宏變量來完成宏程序與PMC的結(jié)合，F(xiàn)ANUC 0iMD數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定了不同的G信號(hào)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的宏變量，但具體編程人員采用哪個(gè)G信號(hào)可以自己決定，并且G信號(hào)的功能也是由編程人員自己定義。

下面依次說明上述宏程序中代表PMC信號(hào)的宏變量功能含義：

宏變量#1000對(duì)應(yīng)PMC信號(hào)G54.0：判斷指令T代碼和主軸上的刀號(hào)是否一致，若一致#1000=1；

宏變量#1001對(duì)應(yīng)PMC信號(hào)G54.1：判斷指令T代碼是否為0，若為T0，則#1001=1；

宏變量#1002對(duì)應(yīng)PMC信號(hào)G54.2：判斷主軸上是否有刀。若沒有刀，則#1002=1。

3　 PMC編程用到的功能指令

基于FANUC 0iMD數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)刀庫控制PMC編程主要是基于功能指令的運(yùn)用，不同的功能指令的功能含義及利用其編程方法不一樣。

筆者在編程中采用了如下功能指令，下面分析了采用其的原因及用其實(shí)現(xiàn)的功能。現(xiàn)分別加以說明，其中的SUB是功能指令的代碼。

（1）CTR（計(jì)數(shù)器）→SUB 5用作計(jì)數(shù)器，在刀庫旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，用來更新當(dāng)前刀套號(hào)；

（2）ROT（旋轉(zhuǎn)控制，就近選刀）→SUB 6。

功能：1）用于根據(jù)主軸刀號(hào)和當(dāng)前刀套號(hào)計(jì)算還刀回庫前的刀庫最短路徑旋轉(zhuǎn)方向；2）用于根據(jù)目標(biāo)刀號(hào)和當(dāng)前刀套號(hào)計(jì)算取刀時(shí)刀庫最短路徑旋轉(zhuǎn)方向。

（3）COIN（相等檢測）→SUB 16用于檢測輸入值與比較值是否一致，該指令用于BCD數(shù)據(jù)，在PMC程序中作為判斷條件；

（4）DCNV→SUB 14將T代碼轉(zhuǎn)換為BCD碼；

（5）DCNV→SUB 15用來比較T代碼是否不大于刀庫容量；

（6）NUME→SUB 23用來還刀后將主軸刀號(hào)賦值常數(shù)0；

（7）MOVE（邏輯乘數(shù)據(jù)傳送）→SUB 8用來將換刀完后將當(dāng)前刀套號(hào)賦值為T代碼［4］。

4　刀庫控制主要功能的PMC編程思路

刀庫控制功能的實(shí)現(xiàn)就是根據(jù)已編寫好的宏程序中的刀庫的動(dòng)作過程，進(jìn)行每一個(gè)動(dòng)作的PMC編程。

首先，將宏程序中M代碼進(jìn)行譯碼為PMC的中間變量R，例如：M33譯碼為R18.1，也就是說當(dāng)宏程序運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)識(shí)別到代碼M33時(shí)，R18.1為1。

其次，編程實(shí)現(xiàn)宏變量#1000、#1001、#1002對(duì)應(yīng)的G信號(hào)的功能。

最后，根據(jù)實(shí)現(xiàn)各類刀庫動(dòng)作的判斷條件，編程實(shí)現(xiàn)汽缸電磁閥，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的Y信號(hào)功能。

在本次編程中，假設(shè)刀庫容量D0為16，當(dāng)前導(dǎo)套號(hào)C2（采用定時(shí)器T1）為5，主軸刀號(hào)D0為2，當(dāng)執(zhí)行M06T8時(shí)，目標(biāo)刀號(hào)（T代碼）D28為8。

圖1所示主要刀庫動(dòng)作的PMC編程框架。

下面介紹主要的PMC編程思路。

（1）通過條件T代碼小于刀庫容量、當(dāng)前導(dǎo)套號(hào)與主軸刀號(hào)不一致、主軸有刀、刀庫在左，啟動(dòng)SUB6，根據(jù)主軸刀號(hào)和當(dāng)前刀套號(hào)計(jì)算還刀回庫前的刀庫最短路徑旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)前導(dǎo)套號(hào)C2（采用定時(shí)器T1）為5，主軸刀號(hào)D0為2，刀庫反轉(zhuǎn)3步。

（2）用SUB25功能指令將M32-M36，譯碼輸出給R18.0-R18.4。

（3）用SUB16判斷T代碼是否和主軸刀號(hào)一致，一致輸出G54.0=1；

用SUB16判斷T代碼是否為0，為0輸出G54.1=1；

用SUB16判斷主軸刀號(hào)是否為0，一致輸出G54.2=1；

圖1　主要刀庫動(dòng)作的PMC編程框架

（4）M32譯碼為R18.0，在兩種狀態(tài)下：主軸無刀或當(dāng)前刀套號(hào)與主軸刀號(hào)一致，輸出中間繼電器R303.2，用于準(zhǔn)備還刀。

（5）M33譯碼為R18.1，通過兩種狀態(tài)下：主軸有刀且Z軸在第二參考點(diǎn)或主軸無刀Z軸在第一參考點(diǎn)、接通刀盤向右Y信號(hào)。向右到主軸位后，輸出松刀吹氣Y信號(hào)，刀具松開。

刀具松開到位啟動(dòng)SUB23，將主軸刀號(hào)D0賦值為常數(shù)0。

（6）M34譯碼為R18.2，Z軸在第一參考點(diǎn)，且刀具松開、刀庫在主軸位、當(dāng)前刀套號(hào)不等與目標(biāo)刀號(hào)，啟動(dòng)刀庫旋轉(zhuǎn)，

刀庫旋轉(zhuǎn)方向由R18.2啟動(dòng)取刀的SUB6，當(dāng)前導(dǎo)套號(hào)C2為5，目標(biāo)刀號(hào)（T代碼）D28為8，計(jì)算出刀庫需正轉(zhuǎn)3步。

（7）M35譯碼為R18.3，通過兩種狀態(tài)下：T代碼等于主軸刀號(hào)且Z軸在第二參考點(diǎn)或T代碼為T0，Z軸在第一參考點(diǎn)、斷開松刀吹氣的Y信號(hào)（緊刀），檢測到緊刀后，刀盤向左移動(dòng)的Y信號(hào)接通。

R18.3啟動(dòng)SUB8，將T代碼D28的值賦給主軸刀號(hào)D0。

M36譯碼為R18.4，通過兩種狀態(tài)：

（1）Z軸在第一參考點(diǎn)，T代碼為T0，主軸刀號(hào)D0為0；

Z軸在第二參考點(diǎn)，T代碼等于主軸刀號(hào)，當(dāng)前導(dǎo)套號(hào)等于主軸刀號(hào)；輸出中間繼電器R303.6，換刀結(jié)束。

5　結(jié)語

此程序已在我院普通數(shù)控機(jī)床改造加工中心項(xiàng)目上完成調(diào)試，已投入使用并達(dá)到預(yù)期效果。換刀宏程序中的M代碼的功能需要PMC編程實(shí)現(xiàn)其功能，PMC的信號(hào)也要傳回宏程序，為下一步的刀庫動(dòng)作做準(zhǔn)備，二者結(jié)合完成加工中心的換刀動(dòng)作。

［1］張宇，夏曉平.加工中心斗笠式刀庫換刀裝置的設(shè)計(jì)［J］.裝備制造技術(shù)，2009（6）：100-102.

［2］張建玲.FANUC OiMD數(shù)控系統(tǒng)斗笠式刀庫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀［J］.機(jī)床自動(dòng)化，2013（10）：61-62.

［3］王劉成，楊晉萍.基于宏程序和PMC控制的斗笠式刀庫換刀的實(shí)現(xiàn)［J］.電子世界，2012（19）：12-15.

［4］FANUC數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用中心.FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC編程［M］.北京：高等教育出版社，2011.

（編輯：向飛）

Design of Automatic Tool Change Program for Armless Type ATC Based on FANUC 0i-MD CNC System

ZHOU Li-xia，ZHOU Shu-qiang，QIN-qin
（Chengdu Aeronautic Vocational and Technical College，Chengdu610100，China）

Armless type ATC control the combination of macro and PMC Programming.In this paper，PMC programming for Armless type ATC based on FANUC Oi-MD CNC system were discussed.The paper explains Tool change process of Automatic tool change,ATC macro and PMC Programming ideas.

armless type ATC；Programmable Machine Controller；FANUC CNC system

TG659

A

1009-9492（2015）01-0082-04

2014-08-29

周麗霞，女，1983年生，四川成都人，碩士研究生，工程師。研究領(lǐng)域：數(shù)控設(shè)備應(yīng)用維護(hù)。