臺達(dá)伺服在加工中心刀庫中的應(yīng)用獲獎科研報告

臺達(dá)伺服在加工中心刀庫中的應(yīng)用獲獎科研報告摘

要：本文介紹了臺達(dá)伺服在加工中心刀庫定位中的應(yīng)用，用實例說明了臺達(dá)伺服的位置控制功能及使用步驟，結(jié)合FANUC數(shù)控系統(tǒng)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(guān)鍵詞：位置（PR）模式;速度模式;電子齒輪比;PMC編程

1

數(shù)控機(jī)床刀庫的控制方案

1.1

液壓馬達(dá)、電磁閥及接近開關(guān)組成的計數(shù)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(shù)控系統(tǒng)的一個NC軸作為PMC軸，或者采用I/OLINK軸

必須購買與數(shù)控系統(tǒng)配套的伺服驅(qū)動和電機(jī)，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(tǒng)

僅占用數(shù)控PMC部分一些I/O點，也可完成控制任務(wù)，故障率和成本都較低。

下面就FANUC系統(tǒng)配臺達(dá)A2伺服的方案進(jìn)行詳述。此刀庫刀塔控制方案，可以滿足不同刀位數(shù)量與機(jī)械機(jī)構(gòu)的需求，是一個既靈活又富于彈性的系統(tǒng)。

2

硬件配置

2.1

FANUC0iF系列系統(tǒng)

2.2

伺服驅(qū)動器

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

2.3

加工中心為立加結(jié)構(gòu)

刀塔位置固定不動，無機(jī)械手，主軸移動到換到位進(jìn)行換刀。

2.4

伺服電機(jī)到刀盤的減速比

240：1，24個刀位。

3

控制要求

自動進(jìn)行刀位的尋找，也可手動旋轉(zhuǎn)刀盤進(jìn)行裝卸。

4

臺達(dá)伺服設(shè)定主要相關(guān)參數(shù)

4.1

模式選擇

刀盤的定位需要伺服工作在位置（PR）模式，驅(qū)動器接受位置命令，控制電機(jī)至目標(biāo)位置。位置命令由內(nèi)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(zhuǎn)需要伺服工作在速度（S）模式，驅(qū)動器接受速度命令，控制電機(jī)至目標(biāo)轉(zhuǎn)速。速度命令可由內(nèi)部緩存器提供（共3組緩存器），命令的選擇則根據(jù)DI信號來選擇。

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

4.2

電子齒輪比

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

N/M=240×1280000/360000=2560/3

P1-44：電子齒輪比分子N，參數(shù)設(shè)為2560

P1-45：電子齒輪比分子M，參數(shù)設(shè)為3

4.3

手動旋轉(zhuǎn)刀庫速度參數(shù)

P1-09：正轉(zhuǎn)，參數(shù)設(shè)為6000，單位0.1r/min，電機(jī)速度為600轉(zhuǎn)/分

P1-10：反轉(zhuǎn)，參數(shù)設(shè)為-6000，單位0.1r/min，電機(jī)速度為600轉(zhuǎn)/分

4.4

刀盤的分度參數(shù)設(shè)置

P2-52：分度總行程，單位PUU，刀盤旋轉(zhuǎn)一圈需要給定360000脈沖，參數(shù)設(shè)為360000

P2-69：絕對編碼器設(shè)定，設(shè)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(fā)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(xiàn)刀庫動作時，結(jié)合宏程序進(jìn)行，可以大大減少PMC的編程內(nèi)容，減少工作量，使用宏程序還可以加強(qiáng)可讀性，在時序處理上，利用程序的執(zhí)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

N1IF[#1000EQ1]GOTO19（TCODE=SPTOOL）-T代碼等于主軸刀號，換刀結(jié)束

N2#199=#4003（G90/G91MODLE）

N3#198=#4006（G20/G21MODLE）——保留之前的模態(tài)信息

N4M50——刀庫門開

N5IF[#1002EQ1]GOTO10（SPTOOL=0）——如果主軸刀號為0，直接抓刀

N6M56——刀庫旋轉(zhuǎn)刀當(dāng)前主軸刀位

N7G91G30P2Z0M19——Z軸回第二參考點，主軸定向，準(zhǔn)備抓刀

N8G91G30P2X0——X軸回第二參考點，主軸還刀

N9GOTO12

N10G91G28Z0——Z軸回第一參考點

N11G91G30P2X0——X軸回第二參考點

N12M52——主軸松刀

N13G91G28Z0——Z軸回第一參考點

N14M62——設(shè)置D0=0，主軸已為空刀

N15IF[#1001EQ1]GOTO21（TCODE=0）———如果命令T0則無需抓刀

N16M57——刀盤旋轉(zhuǎn)到新的刀位

N17M52M54——刀具放松，吹氣

N18G91G30P2Z0——Z軸到第二參考點

N19M53M55——刀具夾緊，關(guān)氣

N20M65——設(shè)置當(dāng)前主軸新刀號到D0

N21G91X-500——主軸移出刀庫

N22M51——刀庫門關(guān)

N23G#198G#199——恢復(fù)模態(tài)

N24M30——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(shù)據(jù)表定義

DO主軸當(dāng)前刀號。

5.5

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定要求

設(shè)定P6071=6使用M6調(diào)用O9001宏程序

按實際要求設(shè)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(zhǔn)停;M50刀庫門開;M51刀庫門關(guān);M52刀具放松;M53刀具夾緊;M54吹氣;M55關(guān)氣;M56刀盤旋轉(zhuǎn)刀當(dāng)前主軸的刀位;M57刀盤旋轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)的處理全部為二進(jìn)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(fā);

Y1.7=1，刀庫手動旋轉(zhuǎn)模式，Y2.0=1，Y2.1=0時，手動正轉(zhuǎn)，速度設(shè)在參數(shù)P1-09;Y2.0=0，Y2.1=1時，手動反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，速度設(shè)在參數(shù)P1-10;

Y1.7=0，刀庫自動旋轉(zhuǎn)，由Y1.6脈沖觸發(fā)，位置由YB0決定;

Y5.0刀庫速度模式，Y5.1，手動正轉(zhuǎn)，Y5.2，手動反轉(zhuǎn);

X0.0，伺