基于AXCTL指令的伺服刀架PMC軸控制

羅 敏 吳清生

(①湖北汽車工業(yè)學(xué)院，湖北十堰 442002;②東風(fēng)(十堰)精密設(shè)備有限公司，湖北十堰 442002)

1 概述

FANUC數(shù)控系統(tǒng)的軸控制共分為3種，即CNC軸控制、PMC軸控制和I/O LINK軸控制。

從占用系統(tǒng)資源來看:①CNC軸，執(zhí)行系統(tǒng)插補(bǔ)指令，占用系統(tǒng)基本軸和聯(lián)動(dòng)軸;②PMC軸，占用系統(tǒng)基本軸，但不占用系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)軸資源;③I/O LINK軸，不占用系統(tǒng)基本軸，也不占用聯(lián)動(dòng)軸資源，但是占用PMC 的 I/O 點(diǎn)［3］。

從伺服放大器類型來看:①CNC軸和PMC軸，均使用FSSB總線連接;②I/O LINK軸，使用I/O LINK總線連接。

PMC軸與CNC軸只是二者的指令來源不同，硬件系統(tǒng)完全一樣，都屬于系統(tǒng)基本軸，而且PMC軸與CNC軸可自由切換。因此廣泛使用PMC軸控制刀架、交換工作臺(tái)、分度工作臺(tái)和其他外圍裝置。

PMC 軸控制的基本步驟如下［1－3］:

①設(shè)定PMC軸控有效;

②設(shè)定PMC軸控制程序段數(shù)據(jù);

③PMC軸控制程序段數(shù)據(jù)壓入CNC緩沖區(qū)。CNC緩沖區(qū)有3個(gè):輸入緩沖區(qū)、等待緩沖區(qū)、執(zhí)行緩沖區(qū)。在程序段執(zhí)行期間，如果緩沖區(qū)有空，CNC可以接收來自PMC的新程序段，這樣可以實(shí)現(xiàn)多步操作連續(xù)運(yùn)行。CNC緩沖區(qū)的狀態(tài)由軸控命令讀信號(hào)EBUF與軸控命令讀完成信號(hào)EBSY“異或”確定，“異或”結(jié)果為“0”，表示PMC可以發(fā)布新程序段。

④翻轉(zhuǎn)軸控制命令讀信號(hào)EBUF，啟動(dòng)執(zhí)行緩沖區(qū)命令程序段。翻轉(zhuǎn)時(shí)，EBUF和EBSY應(yīng)保持一致。

從上可見，一個(gè)完整操作的執(zhí)行需要軸控制命令讀信號(hào)EBUF和軸控制命令讀完成信號(hào)EBSY邏輯狀態(tài)的配合。

本文以某數(shù)控車床伺服刀架為背景，介紹一種使用AXCTL指令實(shí)現(xiàn)PMC軸控制的方法。該方法較傳統(tǒng)方法可簡(jiǎn)化PMC軸控制接口信號(hào)握手處理。

2 總體設(shè)計(jì)方案

某公司NDM250曲軸車床，其刀架共有12個(gè)刀位，由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過總減速比為78∶1的齒輪及蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀架粗定度，精定位則采用72齒的鼠齒盤定位。夾緊與松開輔助動(dòng)作由液壓機(jī)構(gòu)完成。其換刀控制的總體設(shè)計(jì)方案如下:

①采用PMC軸控制刀架伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)換刀。該伺服軸在數(shù)控系統(tǒng)FANUC－0iT中為第3軸。手動(dòng)方式下，通過按鈕進(jìn)行正向或負(fù)向換刀，每次換1個(gè)刀位;自動(dòng)方式下，通過T代碼給出目標(biāo)刀位進(jìn)行換刀。

②通過參數(shù)設(shè)置將PMC軸設(shè)為旋轉(zhuǎn)軸，機(jī)床坐標(biāo)值按0～360°循環(huán)且每一轉(zhuǎn)的移動(dòng)量為360°，并實(shí)現(xiàn)按距離目標(biāo)較近的方向旋轉(zhuǎn)。

③伺服電動(dòng)機(jī)采用增量編碼器檢測(cè)位置，半閉環(huán)控制。因此機(jī)床上電后先回1號(hào)刀作為參考點(diǎn)，建立機(jī)械坐標(biāo)系，然后應(yīng)用機(jī)械坐標(biāo)系定位方式選擇其他刀具。

④使用AXCTL指令實(shí)現(xiàn)PMC軸控制，簡(jiǎn)化PMC軸控接口信號(hào)的握手操作。

3 接口信號(hào)

該數(shù)控車床換刀控制涉及的接口信號(hào)見表1。

表1 數(shù)控車床T功能控制接口信號(hào)

4 換刀基本動(dòng)作過程

換刀基本動(dòng)作過程如圖1所示，由T代碼控制換刀的基本動(dòng)作過程如下:

①軸控制選擇信號(hào)EAX3(G136.2)置1，第三軸(T軸)為PMC軸。

②程序指定T指令(F26～F29)。

③T功能選通信號(hào)TF(F7.3)置1。

④刀架松開(Y2.3置1)，同時(shí)刀架鎖緊(Y2.2置0)。當(dāng)?shù)都芩砷_開關(guān)SQ10發(fā)信延時(shí)1.2 s，即認(rèn)為刀架完全松開(R60.0置1)。

⑤伺服關(guān)斷信號(hào) ESOFA(G142.4)置0，伺服接通。

⑥刀架開始旋轉(zhuǎn)。刀架旋轉(zhuǎn)過程中，軸移動(dòng)信號(hào)EGENA(F130.4)被置1。

⑦刀架旋轉(zhuǎn)結(jié)束。軸運(yùn)動(dòng)結(jié)束標(biāo)志信號(hào)有“軸移動(dòng)信號(hào)EGENA(F130.4)”從1變?yōu)?和“軸到位信號(hào)EINPA(F130.0)”從0變?yōu)?。

⑧然后刀架鎖緊(Y2.2置1)，刀架松開(Y2.3置0)。當(dāng)?shù)都苕i緊開關(guān)SQ9發(fā)信延時(shí)2 s，即認(rèn)為刀架完全鎖緊(R61.5置1)。

⑨刀架完全鎖緊后，伺服關(guān)斷信號(hào) ESOFA(G142.4)置1。同時(shí)，T功能完成，T代碼選通信號(hào)TF(F7.3)和T代碼清0。

手動(dòng)換刀時(shí)，由刀架正轉(zhuǎn)按鈕(X0.2)和刀架反轉(zhuǎn)按鈕(X0.3)控制，每按一下實(shí)現(xiàn)刀架1個(gè)刀位的回轉(zhuǎn)度數(shù);刀架為12刀位，每按一下實(shí)現(xiàn)刀架回轉(zhuǎn)30°。其動(dòng)作過程與T代碼換刀過程基本相同。

5 PMC軸控制指令及數(shù)據(jù)塊

采用AXCTL指令可以簡(jiǎn)化PMC控制軸的DI/DO信號(hào)的處理。指令A(yù)XCTL的梯形圖格式如圖2所示。

5.1 控制條件

ACT=0:不執(zhí)行AXCTL功能。

ACT=1:執(zhí)行AXCTL功能。ACT保持為1直至AXCTL處理結(jié)束，并在處理完成(W1=1)立即將ACT復(fù)位。

RST=0:解除復(fù)位。

RST=1:將復(fù)位信號(hào)(ECLRx)設(shè)為1。所有找指令被清除，且正執(zhí)行的指令停止。在CNC進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)時(shí)的CNC復(fù)位同時(shí)設(shè)置RST。

5.2 控制參數(shù)

(1)DI/DO信號(hào)的組號(hào)

DI/DO置1～4，分別表示使用A～D組接口信號(hào)。

置1:組 A(G142～G149，F(xiàn)130～F132)

置2:組 B(G154～G161，F(xiàn)133～F135)

置3:組 C(G166～G173，F(xiàn)136～F138)

置4:組D(G178～G185，F(xiàn)139～F141)

(2)軸控制數(shù)據(jù)地址。PMC軸控制數(shù)據(jù)塊定義如圖3所示。AXCTL指令中軸控制數(shù)據(jù)地址指定該數(shù)據(jù)塊起始地址，即D100。

PMC軸控制數(shù)據(jù)塊中，D100為保留區(qū)，不使用，設(shè)0;D101為控制命令數(shù)據(jù)地址，指定控制代碼。D102～D103為PMC軸控制命令數(shù)據(jù)1。D104～D107為PMC軸控制命令數(shù)據(jù)2。

5.3 PMC軸控制數(shù)據(jù)塊

現(xiàn)就回參考點(diǎn)和機(jī)械坐標(biāo)系定位控制分別說明PMC軸控制數(shù)據(jù)塊的設(shè)定。

(1)回參考點(diǎn)

控制命令D101=05h，表示進(jìn)行參考點(diǎn)返回操作，它如同CNC執(zhí)行手動(dòng)回參考點(diǎn)一樣的操作;命令數(shù)據(jù)1和命令數(shù)據(jù) 2不需要指定，即 EIF0A～EIF15A(D102～D103)和 EID0A～EID31A(D104～D107)不指定?；貐⒖键c(diǎn)結(jié)束，即為1號(hào)刀的位置。其機(jī)械坐標(biāo)為0。

(2)機(jī)械坐標(biāo)系定位

設(shè)定參數(shù)1006#1，#0=01:選擇A型旋轉(zhuǎn)軸，軸機(jī)械坐標(biāo)值按0～360°循環(huán)。

設(shè)定參數(shù)1008#0=1:旋轉(zhuǎn)軸的循環(huán)功能有效。

設(shè)定參數(shù)1008#1=0:絕對(duì)指令的旋轉(zhuǎn)方向按距離目標(biāo)較近的旋轉(zhuǎn)方向。

設(shè)定參數(shù)1260=360000:旋轉(zhuǎn)軸每一轉(zhuǎn)的移動(dòng)量為 360°。

設(shè)定參數(shù)8002#0=0:軸的快速移動(dòng)速度由系統(tǒng)參數(shù)1420設(shè)定。

設(shè)定參數(shù)1420=6500:軸的快移速度為6.5°/min。

控制命令D101=20h，表示進(jìn)行機(jī)械坐標(biāo)系定位，同執(zhí)行CNC的G53(機(jī)械坐標(biāo)系選擇)操作類似;命令數(shù)據(jù)1不需要設(shè)定，即D102～D103(EIF0A～EIF15A)不需要指定，軸的移動(dòng)速度由參數(shù)1420決定;命令數(shù)據(jù)2指定刀架目標(biāo)位置的機(jī)械坐標(biāo)，它占用4個(gè)字節(jié)，其計(jì)算公式如下:

D104～D107=［目標(biāo)刀具號(hào)－1］*30000

換刀控制數(shù)據(jù)流程圖如圖4所示。其中D101是1字節(jié)數(shù)據(jù)，R300、R304、R330、F26、D104 等均是 4 字節(jié)數(shù)據(jù)。R300和R304分別表示當(dāng)前刀具號(hào)和目標(biāo)刀具號(hào);F26為T代碼值。回零結(jié)束，當(dāng)前刀具號(hào)和目標(biāo)刀具號(hào)均為1。換刀操作時(shí)，使用機(jī)械坐標(biāo)系定位操作;如果是自動(dòng)換刀，F(xiàn)26作為目標(biāo)刀具號(hào);如果是手動(dòng)換刀，當(dāng)前刀具號(hào)加1或減1作為目標(biāo)刀具號(hào)，即手動(dòng)時(shí)每按一次按鈕，換一個(gè)刀位。不管是自動(dòng)還是手動(dòng)換刀操作完畢，均將目標(biāo)刀具號(hào)送入當(dāng)前刀具號(hào)。

6 部分PMC程序

①將EAX3(G136.2)置1，T軸選擇PMC軸控制(圖5)。

②刀架回零TZRN、刀架手動(dòng)換刀TMAN和自動(dòng)換刀TAUT首先啟動(dòng)刀架松開，刀架回轉(zhuǎn)或換刀操作結(jié)束刀架鎖緊，控制梯形圖如圖6所示。

③刀架松開完成，啟動(dòng)刀架回轉(zhuǎn)(圖7)。TMRB14是刀架松開到位開關(guān)延時(shí)信號(hào)。

7 結(jié)語

本文采用AXCTL指令，并通過機(jī)械坐標(biāo)系定位控制，以及相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了NDM250曲軸車床12刀位伺服刀架的手動(dòng)/自動(dòng)換刀操作。該控制方式編程簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，具有如下特點(diǎn):

①坐標(biāo)軸回參考點(diǎn)，建立機(jī)械零點(diǎn)，該位置同時(shí)也是1號(hào)刀的位置;

②手動(dòng)換刀通過“刀架正轉(zhuǎn)”和“刀架反轉(zhuǎn)”按鈕啟動(dòng)，按一下，換1個(gè)刀位;

③自動(dòng)換刀通過T代碼啟動(dòng)，具有就近路徑功能。就近路徑方向CNC根據(jù)參數(shù)設(shè)定自動(dòng)計(jì)算，從而不需要PMC計(jì)算。

④構(gòu)建了2類3種PMC軸控制數(shù)據(jù)塊。2類是軸回參考點(diǎn)和機(jī)械坐標(biāo)系定位。其中機(jī)械坐標(biāo)系定位控制數(shù)據(jù)塊包含手動(dòng)操作和自動(dòng)操作方式，因此一共有3種控制數(shù)據(jù)塊。

⑤PMC軸回零和機(jī)械坐標(biāo)系定位等操作，無需考慮PMC緩沖區(qū)的狀態(tài)，只需按要求構(gòu)建控制數(shù)據(jù)塊后，使用 AXCTL指令即可啟動(dòng)操作。因此簡(jiǎn)化了PMC與CNC接口握手處理。

［1］張?jiān)葱?FANUC系統(tǒng)PMC軸的控制程序設(shè)計(jì)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2003(4):67－68.

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