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數(shù)控機(jī)床

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基于FANUC數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控銑床升級(jí)改造
2016-10-14  來(lái)源：柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系  作者：王富春，陳勝裕

      摘要：數(shù)控設(shè)備的升級(jí)改造是目前我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的有效途徑之一，針對(duì)配備FANUC數(shù)控系統(tǒng)的立式銑床．完成刀庫(kù)的機(jī)械安裝、電路氣路設(shè)計(jì)、控制程序編寫與調(diào)試，總結(jié)了設(shè)備升級(jí)改造為加工中心的方法。該立式銑床在升級(jí)改造后實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(jí)提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。
    
      關(guān)鍵詞：斗笠式刀庫(kù)；FANUC數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控銑床
  
      隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)化升級(jí)的進(jìn)一步推進(jìn)．?dāng)?shù)控設(shè)備的升級(jí)改造是目前我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的有效途徑之一。數(shù)控機(jī)床經(jīng)升級(jí)改造后，自動(dòng)化程度得到了提升．特別是減少了二次裝夾所需的時(shí)間以及避免了該過(guò)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(duì)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(fèi)用，而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
  
      某工廠有兩臺(tái)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(tái)機(jī)床運(yùn)行情況良好。擬升級(jí)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(jí)改造對(duì)象分析及刀庫(kù)選型

      VMC650數(shù)控立式銑床采用數(shù)字交流伺服電機(jī)進(jìn)行x軸、Y軸、z軸以及主軸驅(qū)動(dòng)，主軸伺服電機(jī)反饋采用內(nèi)置式編碼器，具備主軸定向定位功能．可實(shí)現(xiàn)伺服定位與刀庫(kù)的動(dòng)作配合。主軸左側(cè)具有一定大小的空間，能夠容納刀庫(kù)的安裝與工作。
  
      出于經(jīng)濟(jì)性目的考慮．可采用斗笠式刀庫(kù)對(duì)數(shù)控機(jī)床升級(jí)改造為加工中心。由于該VMC650數(shù)控立式銑床升級(jí)改造完成后的加工任務(wù)通常需要自動(dòng)換刀的刀數(shù)一般不超過(guò)十把。在考慮刀具使用容量擴(kuò)展基礎(chǔ)上．所選用的斗笠式自動(dòng)換刀裝置型號(hào)為B130-16T．容量為16把刀。該型號(hào)刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可提供可靠快速的刀具交換方式。
  
      2.升級(jí)改造過(guò)程
  
      升級(jí)改造的過(guò)程包括刀庫(kù)安裝與調(diào)試、氣路設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、控制程序編寫、參數(shù)設(shè)置及機(jī)電聯(lián)調(diào)六個(gè)部分。
  
      2．1斗笠式刀庫(kù)的安裝與調(diào)試方法
  
      2．1．1斗笠式刀庫(kù)的安裝
   
      斗笠式刀庫(kù)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(diǎn)的位置以及刀柄的長(zhǎng)度。保證刀庫(kù)安裝后的換刀點(diǎn)與第一參考點(diǎn)之間的距離需大于刀柄的長(zhǎng)度．避免在換刀過(guò)程中刀套與刀柄發(fā)生碰撞。考慮到刀庫(kù)安裝位置在調(diào)試過(guò)程中需要進(jìn)行調(diào)整．安裝孔設(shè)計(jì)為水平方向較長(zhǎng)的腰形孔．并在上下端以及側(cè)面采用調(diào)整墊塊對(duì)刀庫(kù)實(shí)現(xiàn)安裝定位調(diào)試。刀庫(kù)安裝示意圖如圖1所示：

 
圖1 刀庫(kù)安裝示霞圖
  
      2．1．2斗笠式刀庫(kù)的定位檢測(cè)與調(diào)試：
  
      檢測(cè)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(guò)此數(shù)值，則通過(guò)調(diào)整墊塊調(diào)整刀庫(kù)支架與刀庫(kù)．使得刀盤平面與X—v平面的平行度符合要求。

      對(duì)刀點(diǎn)的檢測(cè)，采用分體式對(duì)刀裝置，將主軸上移到z向最高點(diǎn)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(shí)在刀盤的刀套內(nèi)裝入分體刀柄的下部分。手動(dòng)將刀庫(kù)移到換刀位置，手動(dòng)操作機(jī)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(kù)在x和v向的位置。同時(shí)用分體刀柄的中間軸檢驗(yàn)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(diǎn)重合，調(diào)整完畢。
 
      2．2氣路設(shè)計(jì)、

      在刀庫(kù)工作過(guò)程中．需要借助氣動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)控制的刀庫(kù)動(dòng)作有刀庫(kù)的左右移動(dòng)、拉刀機(jī)構(gòu)的下壓松刀，其氣動(dòng)控制回路圖如圖2所示。

 
圖2刀庫(kù)氣動(dòng)回路圖

      2．3電氣設(shè)計(jì)
  
      刀庫(kù)換刀過(guò)程是由刀庫(kù)氣缸的移動(dòng)、刀庫(kù)電機(jī)的正反方向轉(zhuǎn)動(dòng)、拉刀機(jī)構(gòu)氣缸的上下運(yùn)動(dòng)以及z軸的移動(dòng)配合完成的．該過(guò)程通過(guò)宏程序進(jìn)行協(xié)調(diào)配合。其中，刀庫(kù)氣缸、刀庫(kù)電機(jī)、拉刀機(jī)構(gòu)氣缸的控制由PMC實(shí)現(xiàn)。刀庫(kù)氣缸與拉刀機(jī)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(kù)電機(jī)采用三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)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(guò)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(méi)有被占用．因此可用作刀庫(kù)換刀的信號(hào)地址。刀庫(kù)地址分配表如下表1所不。
  
表1 刀庫(kù)地址分配表
 
 
  

      2．4控制程序編制
  
      整個(gè)換刀過(guò)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(lái)完成的。刀庫(kù)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(lái)控制．而PMC控制命令的獲得以及z軸的上下移動(dòng)控制是由換刀宏程序來(lái)統(tǒng)籌完成的。換刀宏程序根據(jù)刀庫(kù)的典型控制方案而設(shè)計(jì)為：
  
      09001
      NIlF【#1000EQl】GOT019(TCODE=
      SPTOOL)T代碼等于主軸刀號(hào)．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(hào)為0．則直接抓刀
      N5G21G91G30P2zoMl9(回第二參考點(diǎn)。
      M19定向，準(zhǔn)備換刀)
      N6GOT08
      N7G21G91G2820M19(回第一參考點(diǎn)。
      M19定向．準(zhǔn)備抓刀)
      N8M50刀庫(kù)準(zhǔn)備好(使能)
      N9M52刀庫(kù)向右(靠近主軸)
      N10M53松刀吹氣
      N11G91G2820回第一參考點(diǎn)
      N12IF【#1001EQl】GOT015(TCODE=0)
      如果指令T0．則無(wú)需抓刀
      N13M54刀盤旋轉(zhuǎn)
      N14G91G30P220第二參考點(diǎn)
      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(kù)本體以及編寫好控制程序后。需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(kù)工作．保證刀庫(kù)正確流暢的運(yùn)行。
  
      2．5．1第一參考點(diǎn)作為換刀過(guò)程中z軸退刀位置．其設(shè)置通過(guò)修改參數(shù)1815#4來(lái)實(shí)現(xiàn)。
  
      2．5．2第一換刀點(diǎn)的設(shè)置過(guò)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(cè)量)，記錄此時(shí)z軸的機(jī)械坐標(biāo)記錄到FANUC參數(shù)號(hào)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(diǎn)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(hào)為1850。
  
      2．5．3 在換刀過(guò)程中．必須保證主軸實(shí)現(xiàn)定向以保證與刀庫(kù)進(jìn)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(dòng)調(diào)用名稱為09001的換刀宏程序執(zhí)行換刀動(dòng)作。
  
      2．6 調(diào)試
  
      2．6．1 在不安裝刀柄的情況下測(cè)試換刀動(dòng)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(kù)動(dòng)作流程。確認(rèn)動(dòng)作流程無(wú)誤后，取消單段運(yùn)行。觀察刀庫(kù)的連續(xù)動(dòng)作流程，確保動(dòng)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(kù)動(dòng)作流程。確認(rèn)動(dòng)作流程無(wú)干涉后．取消單段運(yùn)行。觀察刀庫(kù)的連續(xù)動(dòng)作流程。確保動(dòng)作流程正確且無(wú)干涉。如果刀柄在導(dǎo)套和主軸切換過(guò)程中出現(xiàn)不順暢，使用對(duì)刀裝置。重新設(shè)置第二參考點(diǎn)，直至換刀過(guò)程流暢為止。

      3.結(jié)束語(yǔ)
  
      采用斗笠式刀庫(kù)將VMC650數(shù)控立式銑床升級(jí)改造為立式加工中心．該兩套設(shè)備經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生產(chǎn)使用后．未發(fā)生換刀動(dòng)作錯(cuò)亂的問(wèn)題，整體功能運(yùn)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(shí)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(jí)提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。
  

 


  

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