數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化生產(chǎn)線在制版行業(yè)的應(yīng)用

方恩輝

（沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng) 110142）

生產(chǎn)線的自動(dòng)化是現(xiàn)代裝備制造業(yè)的一個(gè)重要特點(diǎn)，同時(shí)也是對(duì)生產(chǎn)線提出的基本要求。所以生產(chǎn)線的自動(dòng)化也已成為現(xiàn)代制造業(yè)必備的條件之一。最大限度提高生產(chǎn)效率。這是生產(chǎn)線自動(dòng)化的最具有優(yōu)勢(shì)的地方。由于采用自動(dòng)化作業(yè)，從原材料供給到生產(chǎn)加工都是由設(shè)備來(lái)完成，減少了人的參與，一方面避免了人為誤操作的不利影響，另一方面設(shè)備運(yùn)作的效率也遠(yuǎn)比人的效率要高。從而能夠最大程度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高設(shè)備利用效率。為企業(yè)創(chuàng)造最大的效益。

沈陽(yáng)機(jī)床成套設(shè)備有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)的SUC8202S 系列數(shù)控車床采用FANUC 0i 系列CNC數(shù)控系統(tǒng)，其中配置了北京超同步主軸變頻單元，和FANUC 伺服軸X、Z電機(jī)，排屑電機(jī)、冷卻電機(jī)、潤(rùn)滑電機(jī)、刀架電機(jī)，各種電磁閥、液壓閥等。其主要的加工產(chǎn)品滾筒，應(yīng)用于制版企業(yè)印刷機(jī)當(dāng)中。SUC8202S 系列數(shù)控車床電氣設(shè)備組成如圖1所示。

圖1 SUC8202S系列數(shù)控車床電氣設(shè)備配置圖

上海運(yùn)城制版自動(dòng)化生產(chǎn)線為桁架型機(jī)械手，與SUC8202S 數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)的交互通訊方式為以太網(wǎng)通訊。其原理為通過(guò)上位機(jī)專業(yè)軟件，如C SHARP 等手段讀取FAUNC 系統(tǒng)內(nèi)部的FOCUS 函數(shù)庫(kù)（Fanuc focas2 是FANUC 采集數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)包，為開(kāi)發(fā)者提供通訊，采集的數(shù)據(jù)庫(kù)函數(shù)），分別讀取數(shù)控機(jī)床和桁架機(jī)械手的輸入輸出變量，再進(jìn)行調(diào)配和交換，最終完成數(shù)控機(jī)床與桁架機(jī)械手的數(shù)據(jù)通訊。

FANUC 數(shù)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)功能主要通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，使用的時(shí)候在數(shù)控系統(tǒng)中只需設(shè)CNC 的IP、TCP 和UDP 端口等信息即可。設(shè)置數(shù)控系統(tǒng)端的具體操作方法如下所述。

1 機(jī)床與上位機(jī)通訊

將上位機(jī)與FANUC 數(shù)控系統(tǒng)以太網(wǎng)接口連接，需借助相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)CNC 程序傳輸、PMC 程序和參數(shù)的備份和恢復(fù)、機(jī)床的調(diào)整和維護(hù)等。其步驟如下：

（1）步驟1。按下功能鍵后，擴(kuò)展顯示[內(nèi)嵌]菜單，單擊[內(nèi)嵌]，會(huì)出現(xiàn)[公共]、[FOCAS2]、[FTP傳送]菜單。單擊[公共]，進(jìn)入公共設(shè)定頁(yè)面?？筛鶕?jù)實(shí)際情況設(shè)定CNC 的IP 地址，或使用PCMCIA以太網(wǎng)卡推薦值192.168.1.1，或者按照廠家給出的IP地址輸入。

（2）步驟2。單擊[FOCAS2]，進(jìn)人FOCAS2 設(shè)定頁(yè)面，在顯示的頁(yè)面中設(shè)定TCP、UDP 和時(shí)間間隔，通常TCP 設(shè)為8193，UDP 設(shè)為8192，時(shí)間間隔根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，一般來(lái)說(shuō)設(shè)定為10 s 即可。

（3）步驟3。單擊[FTP 傳送]，進(jìn)人FTP 傳送設(shè)定頁(yè)面，在顯示的頁(yè)面中設(shè)定主機(jī)名（IP 地址）、端口號(hào)、用戶名、密碼等相關(guān)參數(shù)（主機(jī)指與CNC 進(jìn)行以太網(wǎng)通信的計(jì)算機(jī)）。

完成以上設(shè)定后，系統(tǒng)側(cè)的設(shè)定就完成了。單擊[（操作）]、[設(shè)備]，出現(xiàn)內(nèi)嵌以太網(wǎng)主機(jī)文件列表顯示頁(yè)面。操作全部完成后重新上電即可讓機(jī)械手廠家對(duì)機(jī)床進(jìn)行連通操作，如ping 通則機(jī)床與機(jī)械手聯(lián)機(jī)成功。如聯(lián)機(jī)不成功可能有以下原因：

①在更改完數(shù)據(jù)后未重新上電。

②機(jī)床本身未使用高速口，點(diǎn)擊軟件“system”→PMC 配置→在線→高速口→使用，即可調(diào)用網(wǎng)口。

③網(wǎng)線問(wèn)題，如上位機(jī)ping 不通，可以讓廠家找一根網(wǎng)線重新ping 一次，如ping 通則說(shuō)明接入操作站的網(wǎng)線未插緊或網(wǎng)線本身出現(xiàn)問(wèn)題。

2 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)生產(chǎn)線PLC部分

目前SUC8202S 系列機(jī)床與機(jī)械手是通過(guò)一個(gè)單獨(dú)的子程序模塊控制，這樣設(shè)置可方便于通過(guò)調(diào)用參數(shù)調(diào)整整機(jī)在單機(jī)與自動(dòng)化時(shí)的一鍵切換控制。具體如下。

2.1 K41.0=1生效機(jī)械手部分

K41.0=1即機(jī)床PLC 調(diào)用自動(dòng)化程序。

2.2 數(shù)控機(jī)床與桁架機(jī)械手交互信號(hào)總覽

（1）機(jī)床給機(jī)器人信號(hào)如下：

G54.0即#1000號(hào)宏變量 機(jī)床信號(hào)就緒；

G54.1即#1001號(hào)宏變量 M83請(qǐng)求數(shù)據(jù)；

G54.2即#1002號(hào)宏變量 M81請(qǐng)求上料；

G54.3即#1003號(hào)宏變量 M84工件預(yù)定位；

G54.4即#1004號(hào)宏變量 M82請(qǐng)求下料；

G54.5即#1005號(hào)宏變量 M85工件松開(kāi)；

G54.6即#1006號(hào)宏變量 氣動(dòng)門(mén)開(kāi)到位；

G54.7即#1007號(hào)宏變量 Y 軸位置安全；

G55.1即#1009號(hào)宏變量 Z 軸位置安全；

G55.2即#1010號(hào)宏變量 刀架位置安全；

G55.3即#1011號(hào)宏變量 X 軸位置安全；

G55.4即#1012號(hào)宏變量 調(diào)整模式。

（2）機(jī)器人給機(jī)床信號(hào)：

F54.1即#1101號(hào)宏變量 M83請(qǐng)求數(shù)據(jù)回答信號(hào)；

F54.2即#1102號(hào)宏變量 M81請(qǐng)求上料回答信號(hào)；

F54.3即#1103號(hào)宏變量 M84工件預(yù)定位完成回答信號(hào)；

F54.4即#1104號(hào)宏變量 M82請(qǐng)求下料完成回答信號(hào)；

F54.5即#1105號(hào)宏變量 M85工件松開(kāi)完成回答信號(hào)。

（3）額外信號(hào)：

R410.0 上料條件；

R410.1 下料條件。

2.3 M代碼功能及加工部分工序

（1）M 碼功能及對(duì)應(yīng)工序介紹。

M81：請(qǐng)求上料，給出M81 后機(jī)械手將版輥放入機(jī)床中，將版輥主軸側(cè)插入主軸頂尖，此序完成，由機(jī)械手給完成信號(hào)。

M82：請(qǐng)求下料，給出M82 后機(jī)械手到機(jī)床上方放下機(jī)械手吸住版輥，此序完成，由機(jī)械手給完成信號(hào)。

M83：請(qǐng)求加工參數(shù)，給出M83 后機(jī)械手移動(dòng)到機(jī)床上方同時(shí)輸送加工數(shù)據(jù)，此序完成，由機(jī)械手給完成信號(hào)。

M84：工件預(yù)定位，在執(zhí)行完M81 扭矩尾臺(tái)移動(dòng)到版輥處并將頂尖插入版輥但未頂緊后執(zhí)行M84，放下工件并離開(kāi)機(jī)床加工區(qū)域，此序完成，由機(jī)械手給出完成信號(hào)。

M85：工件松開(kāi)，在加工完成門(mén)開(kāi)執(zhí)行完M82后，等待Y軸移動(dòng)到安全位置，之后將版輥從主軸處頂尖取出，將工件帶出機(jī)床，此序完成，由機(jī)械手給出完成信號(hào)。

（2）M 代碼對(duì)應(yīng)工序。

調(diào)整模式并循環(huán)啟動(dòng)；

M79：氣動(dòng)門(mén)開(kāi)X Y Z軸、刀架移動(dòng)到安全位置；

工作模式并循環(huán)啟動(dòng)；

M83：請(qǐng)求數(shù)據(jù)；

M81：請(qǐng)求上料；

尾座移動(dòng)到預(yù)定位位置；

M84：工件預(yù)定位；

M32：伺服軸轉(zhuǎn)換為扭矩軸；

M88：扭矩尾臺(tái)頂緊；

M80：門(mén)關(guān)；

工件測(cè)量；

M8：冷卻開(kāi)啟；

加工工件；

M9：冷卻關(guān)閉；

刀架及XZ軸移動(dòng)到安全位置；

M82：請(qǐng)求下料；

M33：扭矩軸轉(zhuǎn)換為伺服軸；

Y軸移動(dòng)到安全位置；

M85：工件松開(kāi)完成取料；

M99：循環(huán)。

2.4 安全位置的設(shè)定

桁架機(jī)械手進(jìn)行上料和下料時(shí)，機(jī)床各個(gè)軸需提前運(yùn)行至安全位置，以保證上下料過(guò)程中工件機(jī)械手等不與機(jī)床設(shè)備發(fā)生干涉。

FANUC 系統(tǒng)參數(shù)6901#1=1生效更多安全位置坐標(biāo)。

FANUC 系統(tǒng)參數(shù)6923-25分別設(shè)置為3、1、2。

FANUC 系統(tǒng)參數(shù)6943-45 為Y、X、Z軸安全位置最大坐標(biāo)值，數(shù)值根據(jù)實(shí)際來(lái)設(shè)定。

FANUC 系統(tǒng)參數(shù)6963-65 為Y、X、Z軸安全位置最小坐標(biāo)值，數(shù)值根據(jù)實(shí)際來(lái)設(shè)定。

刀架安全位置根據(jù)機(jī)床使用的刀架種類（液壓/伺服）來(lái)確定使用哪種刀架信號(hào)，確定后根據(jù)刀架的實(shí)際安全位置的信號(hào)來(lái)更改梯圖中G55.2線圈前的信號(hào)開(kāi)閉點(diǎn)，以此來(lái)保證刀架和機(jī)械手安全。

2.5 機(jī)械手相關(guān)報(bào)警

（1）提示性報(bào)警。此類提示性報(bào)警在執(zhí)行機(jī)械手部分M 碼1min 后未回答則會(huì)出現(xiàn)，目的是提示M碼未完成是因?yàn)闄C(jī)械手哪部分信號(hào)機(jī)床未收到。如出現(xiàn)此類報(bào)警時(shí)機(jī)床一直處在循環(huán)啟動(dòng)狀態(tài)且無(wú)其他進(jìn)給保持的報(bào)警，則需要檢查機(jī)械手的對(duì)應(yīng)信號(hào)。

報(bào)警信號(hào)A50.2：請(qǐng)求加工參數(shù)未回答，檢查機(jī)械手信號(hào)#1101；

報(bào)警信號(hào)A50.3：請(qǐng)求上料未回答，檢查機(jī)械手信號(hào)#1102；

報(bào)警信號(hào)A50.4：請(qǐng)求下料未回答，檢查機(jī)械手信號(hào)#1104；

報(bào)警信號(hào)A50.5：工件預(yù)定位未回答，檢查機(jī)械手信號(hào)#1103；

報(bào)警信號(hào)A50.6：工件松開(kāi)未回答，檢查機(jī)械手信號(hào)#1105。

（2）進(jìn)給保持報(bào)警。此類報(bào)警是在如機(jī)床出現(xiàn)加工程序錯(cuò)誤、硬件錯(cuò)誤或者邏輯錯(cuò)誤時(shí)會(huì)出現(xiàn)，由于某些條件未達(dá)到導(dǎo)致M 碼無(wú)法執(zhí)行并且機(jī)床進(jìn)給保持。這時(shí)需要檢查機(jī)床的硬件或者加工程序。由于部分機(jī)床信息過(guò)于久遠(yuǎn)，A40.1到A50.0報(bào)警以下列信息為準(zhǔn)。

報(bào)警信號(hào)A40.1上料時(shí)Y軸未在安全位置；

報(bào)警信號(hào)A40.2機(jī)械手上料條件未滿足；

報(bào)警信號(hào)A40.3機(jī)械手下料條件未滿足；

報(bào)警信號(hào)A40.4預(yù)定位時(shí)上料條件未滿足；

報(bào)警信號(hào)A40.5工件松開(kāi)時(shí)下料條件未滿足；

報(bào)警信號(hào)A40.6工件松開(kāi)Y軸未到位；

報(bào)警信號(hào)A40.7機(jī)床未就緒，無(wú)法請(qǐng)求加工參數(shù)；

報(bào)警信號(hào)A50.0Y 軸未到安全位置，無(wú)法請(qǐng)求參數(shù)。

（3）以下報(bào)警為后續(xù)聯(lián)機(jī)增加的報(bào)警，部分信息與上述報(bào)警一樣，當(dāng)上述報(bào)警不明朗時(shí)也可參考下列報(bào)警。

報(bào)警信號(hào)A50.1調(diào)整模式，與機(jī)械手?jǐn)嚅_(kāi)連接；

報(bào)警信號(hào)A50.7機(jī)械手上料或預(yù)定位時(shí)上料條件不滿足；

報(bào)警信號(hào)A51.0機(jī)械手下料或在完成工件松開(kāi)時(shí)下料條件不滿足；

報(bào)警信號(hào)A51.1請(qǐng)求加工參數(shù)時(shí)Y軸未在指定位置。

2.6 自動(dòng)化設(shè)備中刀具壽命相關(guān)報(bào)警

機(jī)床在使用過(guò)程中，刀具會(huì)有不同程度的磨損，而一把刀具能夠用多少次或多長(zhǎng)時(shí)間往往是固定的。在刀具的壽命即將結(jié)束時(shí)，機(jī)床用戶想提前知道刀具馬上快要更換了的事實(shí)，來(lái)準(zhǔn)備新的刀具，而不至于在刀具壽命結(jié)束，而加工出廢件才去更換刀具。刀具壽命管理主要是兩個(gè)方面：①刀具分組；②信號(hào)使用。刀具分組，即將刀庫(kù)中的刀具分為不同的組，相同類型的刀具放在一個(gè)組中。信號(hào)使用，即使用刀庫(kù)壽命管理功能中提供的信號(hào)。

無(wú)論是刀具分組，還是信號(hào)使用，都必須考慮刀具的壽命是按照使用次數(shù)來(lái)統(tǒng)計(jì)，還是按照使用時(shí)間來(lái)統(tǒng)計(jì)。按照次數(shù)進(jìn)行壽命管理，系統(tǒng)只有每收到一個(gè)M02（M30）其值才加1，而不論該加工程序中調(diào)用過(guò)多少次該組刀具。按照時(shí)間方式進(jìn)行壽命管理，在切削方式下按照一定的時(shí)間間隔，計(jì)數(shù)實(shí)際切削（G01，G02，G03）使用的時(shí)間。對(duì)于單段停止、進(jìn)給保持、快速移動(dòng)、暫停、機(jī)械鎖住以及互鎖等所需時(shí)間不予計(jì)數(shù)。

由于在自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，刀具的使用情況無(wú)法通過(guò)常規(guī)人為手段進(jìn)行干預(yù)，那么只有精準(zhǔn)的系統(tǒng)刀具壽命管理才能保證加工成品率。

參數(shù)8132#0=1使用刀具壽命管理功能，按MDI鍵盤(pán)上的offset/setting 鍵找到TOOLLF 的按鍵即可進(jìn)入刀具壽命管理畫(huà)面。

SUC8202S 系列機(jī)床刀具壽命分組時(shí)，直接指令刀具和刀偏值，格式為T(mén)****，前兩位為刀具號(hào)，后兩位為刀偏號(hào)，同一把刀具可以帶不同的刀偏，而且在刀具分組畫(huà)面（也即刀具管理畫(huà)面）顯示出來(lái)。

T 系列分組的指令意義：

指令格式 指令意義而且在刀具分組畫(huà)面（也即刀具管理畫(huà)面）顯示出來(lái)T 系列分組的指令意義。

需要注意的是，F(xiàn)64.3（刀具壽命預(yù)告信號(hào)）需要在6805#4（LFB）=1 的情況下使用，6802#4=0 的情況下，每把刀都將輸出F64.3 信號(hào)，6802#4=1 的情況下，只有本組內(nèi)的最后一把刀輸出F64.3信號(hào)。PLC 可以通過(guò)F64.3信號(hào)做出刀具壽命相關(guān)報(bào)警，提示操作人員進(jìn)行更換刀具的處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

生產(chǎn)自動(dòng)化正改變著人們的生活。近些年來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)一直追求快捷性和智能化，設(shè)計(jì)靈活高效的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，以滿足智能柔性變化的需求。相信隨著技術(shù)水平的提高，未來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的公司使用自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)采集和分析數(shù)據(jù)?；谛袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，相互協(xié)作，互利互惠的基礎(chǔ)上，聚焦行業(yè)，做深做透，推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。這將有助于優(yōu)化生產(chǎn)能力和安全性，促進(jìn)生產(chǎn)力的提升。