臺達(dá)伺服在加工中心刀庫中的應(yīng)用

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/O LINK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? FANUC 0iF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

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

N2 #199=#4003（G90/G91 MODLE）

N3 #198=#4006（G20/G21 MODLE）——保留之前的模態(tài)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(zhuǎn)刀當(dāng)前主軸刀位

N7 G91G30P2Z0M19——Z軸回第二參考點，主軸定向，準(zhǔn)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(shè)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(zhuǎn)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(guān)氣

N20 M65——設(shè)置當(dāng)前主軸新刀號到D0

N21 G91 X-500 ——主軸移出刀庫

N22 M51——刀庫門關(guān)

N23 G#198G#199 ——恢復(fù)模態(tài)

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

6? 結(jié)束語

對一臺1998年從日本進(jìn)口的機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造時，刀盤控制由原來的液壓馬達(dá)及電磁閥改成了由臺達(dá)伺服來完成刀盤定位，編程調(diào)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(xiàn)

[1]? ASDA-A2系列高機(jī)能通訊型伺服驅(qū)動器應(yīng)用技術(shù)手冊? 中達(dá)電通股份有限公司Revision May，2018

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

作者簡介：薛紅軍，1965.08，男，山西永濟(jì)人，本科，工程師，從事數(shù)控機(jī)床的維修、設(shè)計制造。