陳芳

(深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，廣東深圳 518055)

噴丸處理是利用高速噴射出的砂丸和鐵丸，對(duì)工件表面進(jìn)行撞擊，使之產(chǎn)生形變硬化層并引進(jìn)殘余亞應(yīng)力，以提高零件的部分力學(xué)性能和改變表面狀態(tài)的工藝方法［1］。目前，國(guó)內(nèi)高端噴丸機(jī)的研制逐漸實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化。其中數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是數(shù)控噴丸機(jī)中的工件運(yùn)載裝置，在噴丸過程中能裝載、固定和自動(dòng)旋轉(zhuǎn)工件。

噴丸機(jī)中數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)通常不僅要作為普通坐標(biāo)軸進(jìn)行插補(bǔ)，而且在需要的時(shí)候又要能與其他坐標(biāo)軸獨(dú)立并行運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、定位等控制功能。在此，文中主要討論P(yáng)MC軸功能在數(shù)控噴丸機(jī)中對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的控制方法和應(yīng)用實(shí)例。

1 系統(tǒng)控制方案

因FANUC數(shù)控系統(tǒng)具有控制功能穩(wěn)定的特點(diǎn)，某廠家五軸噴丸機(jī)，配有能控制5個(gè)坐標(biāo)軸的FANUC 0iD數(shù)控系統(tǒng)。其噴槍可以實(shí)現(xiàn)X方向左右移動(dòng)，Y方向前后移動(dòng)，Z方向上下移動(dòng);噴槍可以繞X軸正負(fù)90°旋轉(zhuǎn)，定義為A軸;旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以繞Z軸360°旋轉(zhuǎn)，為第5個(gè)坐標(biāo)軸，定義為C軸。

廠家對(duì)于數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)的控制要求如下:既能實(shí)現(xiàn)普通坐標(biāo)軸的功能，能與其他坐標(biāo)軸進(jìn)行插補(bǔ)，又能在需要的時(shí)候跟其他坐標(biāo)軸獨(dú)立出來(lái)，并行運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺(tái)的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、定位、速度控制等功能。

通常對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，有以下兩種控制方案:一種是使用I/O Link軸控制［2］;另一種是使用PMC軸功能控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。其中第一種I/O Link軸是一個(gè)和系統(tǒng)獨(dú)立的單軸放大器，需要另外添加硬件通過I/O Link和系統(tǒng)相連［3］，I/O Link軸和系統(tǒng)之間的通信是通過I/O點(diǎn)進(jìn)行的。而PMC軸和其他的數(shù)控軸在連接和硬件上都是一樣的，只是控制信號(hào)能通過PMC進(jìn)行控制，不需要另外添加硬件，能方便實(shí)現(xiàn)NC軸和PMC軸功能的切換。因此選用第二種方案，使用PMC軸功能控制數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。

2 系統(tǒng)硬件連接

使用PMC軸控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，不用另外添加硬件。因此其FANUC 0iD數(shù)控系統(tǒng)連接圖［4］如圖1所示。

數(shù)控系統(tǒng)配有5個(gè)軸的伺服放大器和AC伺服電機(jī)，配有標(biāo)準(zhǔn)操作面板主面板PCB-B和子面板PCBB1。標(biāo)準(zhǔn)操作面板通過I/O Link級(jí)聯(lián)有I/O單元。因?yàn)閿?shù)控噴丸機(jī)不需要主軸，因此沒有配主軸單元。

圖1 數(shù)控系統(tǒng)硬件連接圖

3 PMC軸控制程序

PMC軸本質(zhì)上是CNC的基本坐標(biāo)軸，其連接、控制、調(diào)節(jié)、顯示、參數(shù)設(shè)定等都與普通CNC軸一樣需要通過CNC進(jìn)行，但其操作權(quán)被移交給了PMC［5］。當(dāng)坐標(biāo)軸切換為PMC軸時(shí)，軸的運(yùn)動(dòng)三要素:運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)位移、運(yùn)動(dòng)速度都是由PMC給出，而不走系統(tǒng)的插補(bǔ)指令［5］。

3.1 PMC軸控制要求

根據(jù)廠家提出的要求，對(duì)于噴丸機(jī)數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)的控制要求如下:

(1)PMC軸切換功能。在操作面板上設(shè)置一個(gè)切換功能按鈕，使數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)能夠在“插補(bǔ)軸”和“PMC軸”之間進(jìn)行切換。

(2)連續(xù)控制啟動(dòng)與停止。按PMC軸正、負(fù)方向鍵“PMC+”或“PMC-”時(shí)，PMC軸向指定方向運(yùn)行;按“STOP”停止鍵時(shí)，PMC軸運(yùn)行停止。運(yùn)行速度為2 000°/min。

(3)B代碼位置控制。運(yùn)行程序段B150000時(shí)，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)以速度1 000°/min的速度運(yùn)行到150°的位置。

(4)速度控制。運(yùn)行M13/M14 S2000時(shí)，PMC軸以2 000°/min的速度正/反旋轉(zhuǎn);運(yùn)行 M15時(shí)，PMC軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

(5)能使用倍率開關(guān)實(shí)現(xiàn)速度的倍率調(diào)整。

3.2 PMC軸I/O分配

根據(jù)PMC軸的控制要求，選定數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)操作面板上的相關(guān)輸入輸出信號(hào)如表1所示。

表1 PMC軸控制機(jī)床I/O信號(hào)

選定標(biāo)準(zhǔn)操作面板閑置的連續(xù)4個(gè)按鈕X28.4～X28.7作為PMC軸選和連續(xù)控制的控制按鈕;因該噴丸機(jī)沒有使用主軸，因此可以將標(biāo)準(zhǔn)操作面板上閑置出來(lái)的原來(lái)設(shè)計(jì)為主軸倍率功能的波段開關(guān)X20.6～X21.3作為PMC軸速度倍率調(diào)節(jié)開關(guān)。

3.3 PMC軸控制步驟

根據(jù)FANUC 0iD連接說(shuō)明書 (功能)的說(shuō)明，PMC軸控制的基本步驟如下:

(1)設(shè)定參數(shù)No.8010，指定哪個(gè)DI/DO信號(hào)組 (A，B，C或D)控制PMC軸。

PMC提供4個(gè)控制通道的輸入和輸出信號(hào)去控制PMC軸的操作。不同的控制通道使用不同的DI/DO地址信號(hào)控制PMC軸。當(dāng)設(shè)定No.8010=1時(shí)，則由通道A組的DI/DO信號(hào)即地址為G142～G149/F130～F132的信號(hào)控制PMC軸。

(2)設(shè)定PMC軸控制有效。為使PMC直接軸控有效，設(shè)定被控制軸的選擇信號(hào)G136.0～G136.4(EAX1～EAX5)為1。若G136.4(EAX5)置1，則表示第五軸即C軸為PMC軸有效。

(3)決定操作類型。PMC軸控制一個(gè)程序段內(nèi)的控制信號(hào)主要有［6］:軸控制命令信號(hào) (EC0g到EC6g)指令操作形式;軸控制進(jìn)給速度信號(hào) (EIF0g到EIF15g)指令進(jìn)給速度;軸控制數(shù)據(jù)信號(hào) (EID0g到EID31g)指令運(yùn)動(dòng)距離和其他數(shù)據(jù)。

表2 PMC軸控制動(dòng)作指令表

根據(jù)噴丸機(jī)旋轉(zhuǎn)控制臺(tái)的控制要求，相關(guān)的 PMC軸控制動(dòng)作指令表如表2所示。

其中進(jìn)給速度可以用G151(*FV0E～*FV0E)進(jìn)給速度倍率處理信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。首先使用參數(shù)No.8001的第2位 (OVE)，設(shè)定PMC控制軸的倍率與CNC無(wú)關(guān)之后，就可以用這些信號(hào)選擇PMC軸切換的倍率，每步1%，從0到254%調(diào)整進(jìn)給速度倍率［7］。

(4)軸控制命令閱讀信號(hào)EBUFg的處理。當(dāng)處理一個(gè)程序段數(shù)據(jù)時(shí)，需將軸控制命令閱讀信號(hào)EBUFg的邏輯狀態(tài)進(jìn)行反轉(zhuǎn)［6］，即從 “0”到 “1”，或相反。CNC可以將PMC的軸控功能存儲(chǔ)在它的緩沖區(qū)中，所以，可以順序執(zhí)行多個(gè)PMC控制的操作。如果緩沖區(qū)已經(jīng)空，在執(zhí)行另一個(gè)程序段期間，允許CNC接受來(lái)自PMC的新程序段指令。

根據(jù)圖2所示的命令操作的時(shí)序圖［8］可以分析出:用從PMC輸入的軸控制指令閱讀信號(hào)EBUFg和從CNC輸出的軸控制指令閱讀完成信號(hào)EBSYg的異或能決定CNC緩沖區(qū)的狀態(tài)，如表3所示。

圖2 PMC軸控制命令操作的時(shí)序圖

表3 CNC緩沖區(qū)的狀態(tài)

(5)PMC軸的復(fù)位。在手動(dòng)按下“PMC STOP”按鈕時(shí)，或者按下鍵盤上“RESET”按鍵，或者運(yùn)行輔助指令“M15”之后，將G142.6(ECLRA)置1，PMC軸進(jìn)行復(fù)位。

(6)G4.3(FIN)輔助功能代碼結(jié)束處理。執(zhí)行M代碼和B代碼語(yǔ)句時(shí)，要利用PMC軸的到位信號(hào)F130.0(EINP)，PMC控制軸的移動(dòng)信號(hào) F130.4(EGENA)等信號(hào)作為輔助執(zhí)行執(zhí)行結(jié)束的條件［10］。

3.4 PMC軸控制的程序編制

根據(jù)PMC軸控制的步驟繪制程序流程圖，如圖3所示。

圖3 PMC軸控制流程圖

根據(jù)PMC軸控制流程圖，可以編制出相應(yīng)的控制梯形圖。由于文章篇幅關(guān)系，文中只給出典型PMC軸手動(dòng)連續(xù)控制的部分PMC程序，見圖4—9。

圖4 PMC軸切換梯形圖

圖5 手動(dòng)連續(xù)控制方式設(shè)定梯形圖

圖6 手動(dòng)連續(xù)控制速度設(shè)定梯形圖

圖7 手動(dòng)連續(xù)控制的方向信號(hào)處理梯形圖

圖8 手動(dòng)連續(xù)控制的控制命令閱讀信號(hào)處理梯形圖

圖9 手動(dòng)連續(xù)控制方式下的PMC軸復(fù)位梯形圖

4 總結(jié)

討論了在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中使用PMC軸功能控制數(shù)控噴丸機(jī)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的方法和實(shí)例。該方法在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)行良好。相比回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的其他控制方法，PMC軸控制功能具有不需改動(dòng)系統(tǒng)硬件、成本低、控制穩(wěn)定、調(diào)試簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。值得注意的是，文中只涉及到了PMC軸控制的部分控制指令，讀者若需要控制PMC軸的其他動(dòng)作，可參考相關(guān)參考書。

［1］史文域.噴丸設(shè)備的數(shù)控化改造與調(diào)試［C］//晉冀魯豫鄂蒙川云貴甘滬湘渝十三省區(qū)市機(jī)械工程學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(河南、貴州、重慶分冊(cè))，2009:38-47.

［2］周寶慶，譚春暉，楊全生.加工中心回轉(zhuǎn)工作臺(tái)控制方案［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2007(3):124-127.

［3］陳芳.FANUC I/O Link軸的連接與調(diào)試［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2008(2):132-133.

［4］北京FANUC機(jī)電有限公司.BEIJING-FANUC 0i-MODEL D連接說(shuō)明書(硬件)［M］.

［5］程俊.PMC軸設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2012(4):107-110.

［6］北京FANUC機(jī)電有限公司.BEIJING-FANUC 0i-MODEL D連接說(shuō)明書(功能)［M］.

［7］北京FANUC機(jī)電有限公司.BEIJING-FANUC 0i-MODEL參數(shù)說(shuō)明書［M］.

［8］張?jiān)葱?FANUC系統(tǒng)PMC軸的控制程序設(shè)計(jì)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2003(4):66-68.

［9］王立勤，姜麗琴.FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC控制功能在數(shù)控伺服轉(zhuǎn)塔沖床中的應(yīng)用［J］.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010(6):38-40.

［10］劉江，盧鵬程，許朝山，等.FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC編程［M］.北京:高等教育出版社，2011:220-225.