羅 敏 吳清生

(①湖北汽車工業(yè)學院，湖北十堰 442002;②東風(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)插補指令，占用系統(tǒng)基本軸和聯(lián)動軸;②PMC軸，占用系統(tǒng)基本軸，但不占用系統(tǒng)聯(lián)動軸資源;③I/O LINK軸，不占用系統(tǒng)基本軸，也不占用聯(lián)動軸資源，但是占用PMC 的 I/O 點［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、分度工作臺和其他外圍裝置。

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: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，這樣可以實現(xiàn)多步操作連續(xù)運行。CNC緩沖區(qū)的狀態(tài)由軸控命令讀信號EBUF與軸控命令讀完成信號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EBUF，啟動執(zhí)行緩沖區(qū)命令程序段。翻轉(zhuǎn)時，EBUF和EBSY應(yīng)保持一致。

從上可見，一個完整操作的執(zhí)行需要軸控制命令讀信號EBUF和軸控制命令讀完成信號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指令實現(xiàn)PMC軸控制的方法。該方法較傳統(tǒng)方法可簡化PMC軸控制接口信號握手處理。

2 總體設(shè)計方案

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

①采用PMC軸控制刀架伺服電動機實現(xiàn)換刀。該伺服軸在數(shù)控系統(tǒng)FANUC－0iT中為第3軸。手動方式下，通過按鈕進行正向或負向換刀，每次換1個刀位;自動方式下，通過T代碼給出目標刀位進行換刀。

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

③伺服電動機采用增量編碼器檢測位置，半閉環(huán)控制。因此機床上電后先回1號刀作為參考點，建立機械坐標系，然后應(yīng)用機械坐標系定位方式選擇其他刀具。

④使用AXCTL指令實現(xiàn)PMC軸控制，簡化PMC軸控接口信號的握手操作。

3 接口信號

該數(shù)控車床換刀控制涉及的接口信號見表1。

表1 數(shù)控車床T功能控制接口信號

4 換刀基本動作過程

換刀基本動作過程如圖1所示，由T代碼控制換刀的基本動作過程如下:

①軸控制選擇信號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TF(F7.3)置1。

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

⑤伺服關(guān)斷信號 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，軸移動信號EGENA(F130.4)被置1。

⑦刀架旋轉(zhuǎn)結(jié)束。軸運動結(jié)束標志信號有“軸移動信號EGENA(F130.4)”從1變?yōu)?和“軸到位信號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?shù)都苕i緊開關(guān)SQ9發(fā)信延時2 s，即認為刀架完全鎖緊(R61.5置1)。

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

手動換刀時，由刀架正轉(zhuǎn)按鈕(X0.2)和刀架反轉(zhuǎn)按鈕(X0.3)控制，每按一下實現(xiàn)刀架1個刀位的回轉(zhuǎn)度數(shù);刀架為12刀位，每按一下實現(xiàn)刀架回轉(zhuǎn)30°。其動作過程與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指令可以簡化PMC控制軸的DI/DO信號的處理。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(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進入報警狀態(tài)時的CNC復(fù)位同時設(shè)置RST。

5.2 控制參數(shù)

(1)DI/DO信號的組號

DI/DO置1～4，分別表示使用A～D組接口信號。

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)就回參考點和機械坐標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

控制命令D101=05h，表示進行參考點返回操作，它如同CNC執(zhí)行手動回參考點一樣的操作;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結(jié)束，即為1號刀的位置。其機械坐標為0。

(2)機械坐標系定位

設(shè)定參數(shù)1006#1，#0=01:選擇A型旋轉(zhuǎn)軸，軸機械坐標值按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:絕對指令的旋轉(zhuǎn)方向按距離目標較近的旋轉(zhuǎn)方向。

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

設(shè)定參數(shù)8002#0=0:軸的快速移動速度由系統(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，表示進行機械坐標系定位，同執(zhí)行CNC的G53(機械坐標系選擇)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，軸的移動速度由參數(shù)1420決定;命令數(shù)據(jù)2指定刀架目標位置的機械坐標，它占用4個字節(jié)，其計算公式如下:

D104～D107=［目標刀具號－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分別表示當前刀具號和目標刀具號;F26為T代碼值?；亓憬Y(jié)束，當前刀具號和目標刀具號均為1。換刀操作時，使用機械坐標系定位操作;如果是自動換刀，F(xiàn)26作為目標刀具號;如果是手動換刀，當前刀具號加1或減1作為目標刀具號，即手動時每按一次按鈕，換一個刀位。不管是自動還是手動換刀操作完畢，均將目標刀具號送入當前刀具號。

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、刀架手動換刀TMAN和自動換刀TAUT首先啟動刀架松開，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，啟動刀架回轉(zhuǎn)(圖7)。TMRB14是刀架松開到位開關(guān)延時信號。

7 結(jié)語

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

①坐標軸回參考點，建立機械零點，該位置同時也是1號刀的位置;

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

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

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

⑤PMC軸回零和機械坐標系定位等操作，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指令即可啟動操作。因此簡化了PMC與CNC接口握手處理。

［1］張源修.FANUC系統(tǒng)PMC軸的控制程序設(shè)計［J］.制造技術(shù)與機床，2003(4):67－68.

［2］劉博，何永義，李靜，等.MK8080a立式磨床工作轉(zhuǎn)臺的PMC軸控制程序設(shè)計［J］.制造技術(shù)與機床，2008(10):175－177.

［3］李強，葉敬春，王雪.電伺服數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的PMC軸應(yīng)用［J］.機電工程技術(shù)，2012(3):55 －58.