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        FANUC PMC軸控制功能在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中的應(yīng)用

        2014-06-06 06:03:56陳芳
        機(jī)床與液壓 2014年16期
        關(guān)鍵詞:信號(hào)功能

        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.

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