臺達伺服在加工中心刀庫中的應用

摘? 要：本文介紹了臺達伺服在加工中心刀庫定位中的應用，用實例說明了臺達伺服的位置控制功能及使用步驟，結合FANUC數控系統的PMC程序、NC程序，分析了加工中心刀庫控制的一種基本方法。

關鍵詞：位置（PR）模式;速度模式;電子齒輪比;PMC編程

1? 數控機床刀庫的控制方案

1.1? 液壓馬達、電磁閥及接近開關組成的計數器控制方案

這種方式故障率高，液壓部分能耗高，油漬的污染是一個無法避免的問題。

1.2? 占用數控系統的一個NC軸作為PMC軸，或者采用I/O LINK軸

必須購買與數控系統配套的伺服驅動和電機，這種方式故障率低但費用高。

1.3? 采用一個獨立的伺服系統

僅占用數控PMC部分一些I/O點，也可完成控制任務，故障率和成本都較低。

下面就FANUC 系統配臺達A2伺服的方案進行詳述。此刀庫刀塔控制方案，可以滿足不同刀位數量與機械機構的需求，是一個既靈活又富于彈性的系統。

2? 硬件配置

2.1? FANUC 0iF系列系統

2.2? 伺服驅動器

臺達ASD-A2-2023-U，伺服電機ECMA-EA1320RS，帶絕對編碼器。

2.3? 加工中心為立加結構

刀塔位置固定不動，無機械手，主軸移動到換到位進行換刀。

2.4? 伺服電機到刀盤的減速比

240：1，24個刀位。

3? 控制要求

自動進行刀位的尋找，也可手動旋轉刀盤進行裝卸。

4? 臺達伺服設定主要相關參數

4.1? 模式選擇

刀盤的定位需要伺服工作在位置（PR）模式，驅動器接受位置命令，控制電機至目標位置。位置命令由內部緩存器提供（共64 組緩存器），可利用DI 信號選擇緩存器編號;刀盤的手動旋轉需要伺服工作在速度（S）模式，驅動器接受速度命令，控制電機至目標轉速。速度命令可由內部緩存器提供（共3組緩存器），命令的選擇則根據DI 信號來選擇。

將伺服參數P1-01設為08，PR-S模式，位置-速度混合模式，通過外部DI（S-P）信號進行切換。

4.2? 電子齒輪比

刀盤控制的位置分辨率設為0.001度，刀盤旋轉一周360度即需要脈沖數為給360/0.001=360000脈沖，伺服電機到刀盤的減速比240：1。臺達A2電機編碼器的脈沖數為1280000/轉，刀盤旋轉一周，伺服電機需要旋轉240轉，反饋的脈沖數為240×1280000脈沖，所以電子齒輪比的設定為：

N/M=240×1280000/360000=2560/3

P1-44：電子齒輪比分子N，參數設為2560

P1-45：電子齒輪比分子M，參數設為3

4.3? 手動旋轉刀庫速度參數

P1-09：正轉，參數設為6000，單位0.1r/min，電機速度為600轉/分

P1-10：反轉，參數設為-6000，單位0.1r/min，電機速度為600轉/分

4.4? 刀盤的分度參數設置

P2-52：分度總行程，單位PUU，刀盤旋轉一圈需要給定360000脈沖，參數設為360000

P2-69：絕對編碼器設定，設為001

4.5? 伺服動作的時序

SON 伺服使能信號，POS0～POS5 位置信號，CTRG 位置觸發脈沖，CMD-OK 位置命令完成輸出，TPOS 位置精確定位完成輸出。

5? FANUC換刀程序

由于宏程序在處理和編程上的方便，在利用PMC實現刀庫動作時，結合宏程序進行，可以大大減少PMC的編程內容，減少工作量，使用宏程序還可以加強可讀性，在時序處理上，利用程序的執行順序方便的完成，本例的刀套與刀號為固定位置。

5.1? 換刀流程

5.2? FANUC換刀程序 O9001

N1 IF[#1000EQ1] GOTO 19（T CODE=SP TOOL）-T 代碼等于主軸刀號，換刀結束

N2 #199=#4003（G90/G91 MODLE）

N3 #198=#4006（G20/G21 MODLE）——保留之前的模態信息

N4 M50——刀庫門開

N5 IF [#1002EQ1]GOTO 10（SP TOOL =0）——如果主軸刀號為0，直接抓刀

N6 M56 ——刀庫旋轉刀當前主軸刀位

N7 G91G30P2Z0M19——Z軸回第二參考點，主軸定向，準備抓刀

N8 G91G30P2X0——X軸回第二參考點，主軸還刀

N9 GOTO 12

N10 G91G28Z0——Z軸回第一參考點

N11 G91G30P2X0——X軸回第二參考點

N12 M52 ——主軸松刀

N13 G91G28Z0——Z軸回第一參考點

N14 M62——設置D0=0，主軸已為空刀

N15 IF[#1001EQ1] GOTO 21（T CODE=0）———如果命令T0 則無需抓刀

N16 M57——刀盤旋轉到新的刀位

N17 M52 M54——刀具放松，吹氣

N18 G91G30P2Z0——Z軸到第二參考點

N19 M53 M55——刀具夾緊，關氣

N20 M65——設置當前主軸新刀號到D0

N21 G91 X-500 ——主軸移出刀庫

N22 M51——刀庫門關

N23 G#198G#199 ——恢復模態

N24 M30——換刀完成

5.3? 變量解釋

#1000? G54.0??? 判斷指令T代碼和主軸上刀號是否一致，若一致#1000=1;

#1001? G54.1??? 判斷指令T代碼是否為0，若T0 #1001=1;

#1002? G54.2??? 判斷主軸是否有刀，若沒有刀，則#1002=1。

5.4? 數據表定義

DO 主軸當前刀號。

5.5? 系統參數設定要求

設定P6071=6 使用M6調用O9001宏程序

按實際要求設定Z軸第一參考點P1240，X、Z軸第二參考點P1241

5.6? M代碼定義

M19 主軸準停;M50 刀庫門開;M51刀庫門關;M52 刀具放松;M53 刀具夾緊;M54吹氣;M55關氣;M56 刀盤旋轉刀當前主軸的刀位;M57刀盤旋轉到新的刀位

5.7? 基本的PMC 程序

由于采用伺服分度，刀位搜尋在編程上變得十分簡單簡單，PMC數據的處理全部為二進制。

PMC 的I/O定義如下：

Y1.5 刀庫伺服使能;

Y1.6刀庫位置信號觸發;

Y1.7=1，刀庫手動旋轉模式，Y2.0=1，Y2.1=0時，手動正轉，速度設在參數P1-09;Y2.0=0，Y2.1=1時，手動反轉轉，速度設在參數P1-10;

Y1.7=0，刀庫自動旋轉，由Y1.6脈沖觸發，位置由YB0決定;

Y5.0 刀庫速度模式，Y5.1，手動正轉，Y5.2，手動反轉;

X0.0，伺服工作正常;X0.1 電機零速;X0.2 伺服原點正常;X0.3刀庫旋轉到位;X0.4刀庫定位指令完成并旋轉到位。

6? 結束語

對一臺1998年從日本進口的機床進行數控改造時，刀盤控制由原來的液壓馬達及電磁閥改成了由臺達伺服來完成刀盤定位，編程調整簡單，改造費用大大降低，換刀的可靠性得到提升。

參考文獻

[1]? ASDA-A2系列高機能通訊型伺服驅動器應用技術手冊? 中達電通股份有限公司Revision May，2018

[2]? FUNUC Series 0i-MODAL F CONNECTION MANUAL? 北京發那科公司出版? B-6463EN-1/01

作者簡介：薛紅軍，1965.08，男，山西永濟人，本科，工程師，從事數控機床的維修、設計制造。