尤東升

YOU Dong-sheng

（江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，無錫 214153）

0 引言

在數(shù)控加工逐漸普及的今天，數(shù)控設(shè)備的智能化和高精度越來越受到用戶的青睞。企業(yè)在數(shù)控設(shè)備使用中為了適應(yīng)產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代，經(jīng)常會出現(xiàn)設(shè)備的超規(guī)格使用案例。超規(guī)格使用又以超行程和超負(fù)荷加工最為常見，它的出現(xiàn)是以付出降低效率和降低精度等級為代價(jià)的無奈之舉。如果我們能發(fā)掘數(shù)控系統(tǒng)隱藏功能，來彌補(bǔ)缺失，提高加工效率和精度，將極大的提高設(shè)備的加工范圍。

在汽車、模具、航空等零部件加工中，數(shù)控機(jī)床常遇到多次裝夾，重復(fù)定位的操作。當(dāng)前企業(yè)一般通過巡邊器來解決此問題，但除了增加成本外繁瑣的操作使得工件與刀具都出現(xiàn)了多次裝夾，另外巡邊器的基準(zhǔn)刀設(shè)定使得每換任何一把刀都要重新對刀，略顯麻煩。下面以FANUC 0i系統(tǒng)的加工中心為例，利用扭矩極限跳躍特性（簡稱TLS）來實(shí)現(xiàn)內(nèi)型腔自動分中定位功能。

1 跳轉(zhuǎn)與定位功能分析

數(shù)控加工中程序段的執(zhí)行一般通過給定的終點(diǎn)或中間點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)G代碼來完成軌跡運(yùn)行。其中，程序段在完成前除了暫停和退出一般不允許跳轉(zhuǎn)執(zhí)行其他程序段，對此我們解決方法如下：

1）實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)功能的方法：選定G31跳轉(zhuǎn)功能，它是用高速跳轉(zhuǎn)信號代替普通跳轉(zhuǎn)信號。該功能最多可輸入8個信號。在NC側(cè)，跳轉(zhuǎn)信號輸入有延遲和誤差，約為02ms（不考慮PMC側(cè)的延遲與誤差）。由于內(nèi)型腔兩邊切削情況相似，以此我們可以認(rèn)為延遲與誤差相等，以此用指令方式完成跳轉(zhuǎn)。如果需要實(shí)現(xiàn)高精度測量，可以在高速跳轉(zhuǎn)信號輸入功能時(shí)控制上述值小于0.1ms。

2）實(shí)現(xiàn)定位功能的方法： 通過每軸（如X軸）兩次自動跳轉(zhuǎn)，跳轉(zhuǎn)信號接通時(shí)坐標(biāo)值可以在用戶宏參數(shù)（如#5061和）中，它們被存儲在用戶宏程序系統(tǒng)變量中，如下表所示。

名稱 X軸坐標(biāo)值 Y軸坐標(biāo)值 Z軸坐標(biāo)值 第4軸坐標(biāo)值跳轉(zhuǎn)信號位置 #5061 #5062 #5063 #5064

在獲取內(nèi)型腔直線軌跡上左右亮點(diǎn)坐標(biāo)值后，通過取中間值的數(shù)學(xué)方法不難算出中間點(diǎn)坐標(biāo)值（見第四部分宏程序）。此時(shí)，關(guān)鍵在于如何獲取跳轉(zhuǎn)信號。

1）內(nèi)部獲?。杭庸ぶ行脑谇邢鲿r(shí)主軸電機(jī)扭矩負(fù)載值是會變化的，我們通過窗口功能代碼153，配合WINDR（SUB51）功能指令讀取當(dāng)前主軸電機(jī)負(fù)載值，并保存在D（數(shù)據(jù)）地址中；然后通過COIN（SUB16）功能指令進(jìn)行電機(jī)負(fù)載工藝數(shù)據(jù)比較判斷，最終通過F54與G54信號（如下表）把判斷結(jié)果送至宏變量#1000與#1001中待用。

2）外部驗(yàn)證與保護(hù)：數(shù)控設(shè)備加工時(shí)會發(fā)出噪音，此為刀具與工件振動現(xiàn)象。我們可以選用壓電陶瓷片的模擬振動傳感器，利用壓電陶瓷給電信號產(chǎn)生振動的反變換過程。壓電陶瓷片振動時(shí)就會產(chǎn)生電信號，通過判斷電信號數(shù)值的高低就可以判斷是否已切入，同時(shí)也通過此方法判斷是否切削力過大，加以保護(hù)。讀信號主程序（如圖1所示）可讀取串口電信號。

振動測試選取了主軸電機(jī)X、Y方向 ，各上下兩個測點(diǎn)，共四個測點(diǎn)， X、Y方向波形差異不大，此處限于篇幅僅提供故障診斷分析儀導(dǎo)出數(shù)據(jù)PC分析軟件X方向測點(diǎn)的空載波形截圖（如圖2所示）和切削時(shí)跳轉(zhuǎn)點(diǎn)的波形截圖（如圖3所示）。

小結(jié)：內(nèi)外部獲取信號可以在PMC中作為調(diào)整信號的串聯(lián)條件，外部數(shù)據(jù)能作為振動極限值預(yù)設(shè)碰撞保護(hù)。

2 信號采集與窗口功能應(yīng)用

系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)信號的采集設(shè)定在手動和自動兩種方式下進(jìn)行。信號采集通過以下三部分來完成。

2.1 扭矩跳轉(zhuǎn)信號的讀取

圖1 讀信號主程序

圖2 空載時(shí)振動波形

圖3 加工時(shí)跳轉(zhuǎn)點(diǎn)振動波形

添加保持性繼電器信號（K000.0）為自動分中功能啟用和關(guān)斷設(shè)定開關(guān)；選取二分頻電路編制循環(huán)啟動按鈕（X8.6）的對應(yīng)狀態(tài)保持信號（R0100.7）。窗口功能153使用的信號范圍為D0 D19。

圖4 扭矩跳轉(zhuǎn)信號讀取程序

2.2 雙向極限型號的比較

通過主軸電機(jī)扭矩負(fù)載值狀態(tài)讀取信號R100.6（負(fù)載值存儲在以D10 D13四字節(jié)）和外部傳感器狀態(tài)信號R100.1為選通條件的判斷一致指令 COIN（SUB16）來決定跳躍狀態(tài)。不同的主軸電機(jī)可以通過預(yù)設(shè)R400的特征值來控制跳轉(zhuǎn)信號R102.0的輸出時(shí)機(jī)。

通過以上方法同樣能獲取內(nèi)型腔另一側(cè)的跳轉(zhuǎn)信號R102.1，以及第二個宏參數(shù)#1001（對應(yīng)信號G54.1）。外保護(hù)功能的添加還需要在編制時(shí)考慮互鎖問題，以此避免誤報(bào)警現(xiàn)象。

2.3 跳轉(zhuǎn)信號的保持

獲取的跳轉(zhuǎn)信號為脈沖信號，我們通過以下方式取得以下效果：1）跳轉(zhuǎn)信號能保持；2）奇數(shù)次脈沖為A側(cè)跳躍信號，偶數(shù)次脈沖為B側(cè)跳躍信號。

注意：由于切削時(shí)可能遇到切深變化或者工件有雜質(zhì)等特殊情況，可以在跳轉(zhuǎn)信號保持的梯形圖中加入固定定時(shí)器（TMRB），通過信號延時(shí)來避免誤動作。

3 分中宏功能應(yīng)用

以上梯形圖已經(jīng)獲取了跳轉(zhuǎn)信號，以下我們將通過它來控制宏程序的運(yùn)行狀態(tài)。首先通過相應(yīng)操作就能獲取跳轉(zhuǎn)點(diǎn)的機(jī)械坐標(biāo)值，選取一個未被定義的G代碼，作為斷點(diǎn)定位指令代碼。例如G26定義指令格式為G26 X Y Z F ；在參數(shù)6050中設(shè)定值為26；指令G26中個參數(shù)按發(fā)那科系統(tǒng)設(shè)定如下表：

圖5 雙向極限型號比較程序

自變量I地址 宏變量 自變量II地址 自變量I地址 宏變量 自變量II地址X#24 K7 Z #26 J8 Y#25 I8 F #9 K2

下面對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算整理：

以上程序在系統(tǒng)運(yùn)行G26指令時(shí)自動執(zhí)行。操作方法如下：操作者把刀具處在內(nèi)型腔中，在程序中或MDI方式下運(yùn)行指令G26 X__Y__Z__F__；即可。其中G26為分中定位指令，其在運(yùn)行時(shí)調(diào)用O9010程序運(yùn)行；XYZ為預(yù)設(shè)刀具運(yùn)動距離，F(xiàn)為預(yù)設(shè)進(jìn)給率。

4 結(jié)論

通過以上操作運(yùn)行，我們可以發(fā)現(xiàn)此方法不但可適用于不規(guī)則內(nèi)型腔，而且還可以使刀具精確定位在內(nèi)型腔中心的任何加工點(diǎn)，這使得我們可以通過此功能來實(shí)現(xiàn)圖紙某基準(zhǔn)的相對坐標(biāo)重復(fù)定位。同樣如果在FANUC 0i數(shù)控車系統(tǒng)中也能完成此功能，僅需修改為X、Z兩軸即可，其他不變，此處不再說明。

據(jù)此我們會發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床廠家或用戶可以通過FANUC提供的PMC功能指令和宏參數(shù)來擴(kuò)展系統(tǒng)功能，以滿足多樣化高效率高精度加工。我堅(jiān)信數(shù)控機(jī)床功能的不斷強(qiáng)大，必將引起加工理念的革命。

[1]FANUC 0i C維修說明書[Z]. 北京發(fā)那科機(jī)電有限公司.

[2]FANUC 0i C連接說明書(功能)[Z]. 北京發(fā)那科機(jī)電有限公司.

[3]FANUC 0i C連接說明書(硬件)[Z]. 北京發(fā)那科機(jī)電有限公司.

[4]FANUC 0i MC參數(shù)說明書[Z]. 北京發(fā)那科機(jī)電有限公司.

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