畢忠梁

(安慶職業(yè)技術學院機電系，安徽 安慶 246003)

1 課題的提出

目前，在中高檔數控機床上都配有自動對刀儀，可以實現自動對刀、自動刀具補償。對經濟型數控機床改造加裝自動對刀儀不但能使經濟型數控機床實現良好的自動化效果，而且價格相比高配要便宜很多。某公司批量生產一種球頭零件，利用經濟型數控車加工其球型部分。該機床數控系統(tǒng)為FANUC -0imate -TD。

加工過程并不復雜，但是由于該球頭零件球型外表面尺寸精度較高，加工一段時間后，刀具磨損，造成尺寸超差。因此一般工人在加工一段時間后，必須停車測量工件外徑，將超差值輸入到系統(tǒng)磨耗補償中，這樣既耽誤時間，又容易產生誤差。如果更換刀片后，則需要重新對刀，對工人的要求也比較高。由于該公司工人操作水平普遍偏低，希望我院能幫其改造自動對刀系統(tǒng)，達到工人只需按面板上的一個按鍵即能完成自動補償的效果。

在經濟型數控機床上改造加裝對刀儀的事例很多，傳統(tǒng)對刀儀一般是有線的，通信電纜需要在機床上重新布線，改造較復雜。在這里，我們選擇一種新式的無線對刀儀，利用這種對刀儀，無需重新布線，不影響原有的機床結構，簡單易操作。

2 實施方案

2.1 自動對刀的原理

該無線對刀儀由電子對刀器和無線接收端組成，如圖1 所示。當刀具移動碰到對刀器上的對刀塊時，接通對刀儀內部開關，無線接收端與系統(tǒng)I/O 模塊連接，無線接收端接收到接通信號后，發(fā)送給系統(tǒng)I/O 模塊。系統(tǒng)接收到信號后，記錄下當前刀具的機械坐標值，如果刀尖磨損或者更換了刀片，將坐標偏差輸入至刀具補償列表中，實現自動補償。

如果系統(tǒng)開通了G36、G37 指令，那么就可以直接調用該指令實現自動刀具補償，但是FanucMate 系統(tǒng)沒有此功能，因此只能使用G31 跳過功能配合宏程序實現自動測量補償量。G31 指令可以像G01 一樣執(zhí)行直線插補，在G31 執(zhí)行過程中一旦外部信號輸入(系統(tǒng)默認為X4.7)，則G31 指令中斷，此時記錄下當前機床坐標值減去對刀位置點的坐標值，即為該刀具的長度補償量，如圖2 所示。

2.2 無線對刀儀的接線及安裝

由于該零件加工時需要補償的是X 方向的尺寸，因此對刀儀安裝時對刀面要和Z 軸平行，考慮到方便，因此直接將其安裝固定在尾座上，如圖2 所示。按照G31 指令的要求，無線接收端的輸入信號應接在PMC 輸入信號X4.7 上。但是本機床PMC 由于輸入信號點較少只有24 個輸入點，機床廠家在定義輸入信號時將輸入信號地址分配給了X7～X9，而X4.7 未定義，如果重新分配I/O 地址，則相應的梯形圖也要更改。為了盡可能使改造簡單，我們直接使用G6.6 作為G31 指令的中斷信號，定義PMC 上一個閑置的輸入點X9.7 作為G6.6 的觸發(fā)點。如圖3 所示。這樣，對刀時用G31 指令控制刀具向對刀儀移動，當對刀儀被壓下時，無線接收端接收到信號，X9.7 閉合，G6.6 接通，G31 指令中斷，通過宏程序系統(tǒng)變量#5061，記錄下當前X 軸的坐標值，利用系統(tǒng)宏變量#2001 寫入到刀具磨損偏置中即可。

2.3 對刀宏程序的編寫

先通過手動對刀操作，測量出對刀位置點在機床坐標系中的坐標值H。本例中H=44.85 mm，則刀具長度補償值=刀具刀位點位于對刀儀對刀點的坐標值-H。宏程序如下:

這樣每次對刀時只要執(zhí)行O9001 程序就可以了。但是按照企業(yè)的要求，希望能通過按面板上設定好的某個按鍵就能自動對刀，即按下機床面板上的一個按鍵就能調用該宏程序并自動運行。因此還要對該程序進行一鍵調用。

2.4 一鍵調用對刀宏程序

如果是FANUC-0i 系統(tǒng)可以選配宏程序的快捷調用功能，使用該功能可以直接利用宏調用信號MSCT1～MSCT16 直接啟動O9000～O9015 這16 個宏程序。但是該機床同樣沒有這個功能，因此只能通過程序外部檢索功能來實現一鍵調用宏程序。

要實現一鍵調用宏程序必須完成3 個步驟:在自動模式下檢索9001 號宏程序，自動運行該宏程序，程序結束返回原加工程序。FANUC 系統(tǒng)外部檢索程序號的方法很多，在這里因為原加工程序號和自動對刀宏程序號都已編好，所以檢索的方法就相對簡單了。

(1)檢索對刀宏程序

首先程序停在加工程序上例如O1000，PMC 外部程序檢索功能可以通過地址G24.0～G24.7 和G25.0～G25.5 共14 位信號檢索到O0001～O9999 的程序號，且由G25.7 信號的下降沿啟動檢索，這里要檢索的是O9001 程序。改造時利用機床操作面板上的一個閑置按鍵，地址為X22.7。當X22.7 按下接通后，PMC 將要檢索的程序號，即9001 的二進制數寫入G24 和G25 的#0～#5，再通過G25.7 啟動檢索。梯形圖如圖4 所示，D500 寄存器存放要檢索的程序號，檢索前先將9001 通過MDI 面板提前輸入到D500 中，如果要檢索其他程序直接修改D500 的值為要檢索的程序號。

(2)自動運行宏程序

延時1 s 后，接通R500.7，R500.7 為自動運行程序的啟動信號，將R500.7 并入啟動信號ST(G7.2)中，當R500.7 接通后，對刀宏程序開始自動執(zhí)行。

(3)對刀完成后返回原程序號

在對刀宏程序完成后，再次檢索原加工程序號，并返回。這里使用外部數據檢索功能的程序號檢索實現。PMC 通過地址G0.0～0.7 和G1.0～G1.7 來設定要檢索的程序號，通過ESTB(G2.7)用來讀入外部輸入的程序號，待程序M30 結束后，通過PMC 產生的RESET 信號，執(zhí)行檢索操作，返回原程序，梯形圖如圖4 所示。由于外部數據檢索要求程序號必須是BCD碼的形式，所以先對D600 中的程序號進行譯碼，將譯碼后的程序號存至D700 中，然后再寫入至G0 和G1中，供G2.7 讀入時使用。檢索程序號的寫入以及G2.7 信號的接通，由宏程序中#1101 變量(輸出變量)控制，通過#1101 系統(tǒng)變量對應PMC 的F54.1 信號來啟動檢索。

3 結語

通過在加裝對刀儀后的調試，重復對刀精度＜6 μm，完全符合生產要求。整個改裝過程未對機床結構做任何改動，改造成本約300 元左右，具有較高的經濟性，同時大大降低了人為操作的對刀誤差，提高了對刀的效率，同時也進一步提高了生產的自動化程度。

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