陳 鵬

（廣州數(shù)控設(shè)備有限公司，廣東廣州510530）

0 引言

在工件加工過程中，刀具調(diào)整、工件裝卸等輔助時間在加工周期中占比相當(dāng)大，減少輔助時間對提高加工效率至關(guān)重要，因此自動對刀功能便顯現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。此外，一般的設(shè)備裝夾一次只能加工一個零件，如果裝夾一次能加工多個零件，就能成倍提高效率，降低成本。

本文將介紹在數(shù)控系統(tǒng)中增加同步控制和自動對刀功能及嵌入操作界面來簡化操作、提高效率的方法。

1 控制原理

1.1 同步控制

在一些機床上，如雙立軸（Z和A兩個立軸）龍門雕銑機床（圖1），通過外部控制信號來切換同步控制的啟動和關(guān)閉，同步控制啟動時可以通過僅指令其中一個立軸使Z和A兩個進給軸同步驅(qū)動。

圖1 雙立軸同步控制機床示意圖

成為同步控制標(biāo)準(zhǔn)的軸為主控軸，與主控軸同步移動的軸為從控軸。為了做到機械的同步動作，還需對同步控制中的主控軸和從控軸的伺服驅(qū)動單元進行同步性調(diào)整。

啟動同步控制，與主控軸保持同步而使從控軸移動的運行稱為同步運行；而關(guān)閉同步控制，使主控軸、從控軸各自獨立移動的運行稱為通常運行[1]。

1.2 自動對刀

自動對刀就是在數(shù)控系統(tǒng)中通過執(zhí)行對刀專用程序及G31程序跳轉(zhuǎn)指令來使刀具移動碰觸對刀儀得到刀具長度、半徑、磨損量等相關(guān)數(shù)據(jù)的方法，其中對刀儀是自動對刀功能實現(xiàn)的關(guān)鍵設(shè)備。在自動對刀功能使用前應(yīng)對對刀儀在工作臺上的位置坐標(biāo)進行標(biāo)定，并將標(biāo)定后坐標(biāo)存儲到數(shù)控系統(tǒng)的變量中去，為下一步的使用提供基準(zhǔn)。

在G31指令之后指定軸移動，可以像G01一樣進行直線插補。若在執(zhí)行G31指令期間輸入外部跳轉(zhuǎn)信號（即對刀儀動作觸發(fā)信號）SKIP，則中斷該指令的執(zhí)行并轉(zhuǎn)入執(zhí)行下一程序段。數(shù)控系統(tǒng)在接收到跳轉(zhuǎn)信號時把各軸的坐標(biāo)值存儲到專用的變量#5016～#5019中[2]。

1.3 同步控制及對刀操作界面

為方便操作人員使用，在GSK208D雕銑數(shù)控系統(tǒng)中增加操作界面，如圖2所示。

圖2 同步控制及自動對刀界面

界面參數(shù)說明：測量模式選擇：1—長度；2—直徑；3—長度&直徑；4—長度標(biāo)定；5—直徑標(biāo)定。

刀具號：當(dāng)前需要測量的刀具號。

刀長偏置號：存儲當(dāng)前刀具長度的偏置號（默認與T相同）。

刀徑偏置號：存儲當(dāng)前刀具直徑的偏置號（默認與T相同）。

刀具直徑：被測刀具直徑（+s：右旋刀具；-s：左旋刀具）。

刀具長度估測：被測刀具長度（標(biāo)定時請輸入準(zhǔn)確值）。

測量深度：從起始位置到測量位置的增量深度。

越程量：越程量和徑向安全間隙值。

破損標(biāo)識刀偏號：一個空余刀偏號用作刀具破損標(biāo)識的位置。

破損允差：程序設(shè)定的破損檢測允差。

刀具半徑尺寸調(diào)整：刀具尺寸調(diào)整的切削狀態(tài)（直徑標(biāo)定時為測頭直徑）。

坐標(biāo)系選擇：選擇范圍為G54～G59，P1～P50（G54）。

按鍵說明：

【Z軸對刀】：選擇對刀軸為Z軸；

【A軸對刀】：選擇對刀軸為A軸；

【同步啟動】/【同步取消】：啟動或取消同步控制功能；

【啟動】：啟動對Z軸/A軸上刀具的測量程序。

2 同步控制及自動對刀的實現(xiàn)

這里包括兩部分功能的實現(xiàn)：同步控制功能和自動對刀功能。

2.1 同步控制功能的實現(xiàn)

2.1.1 同步控制功能參數(shù)定義及設(shè)置

為滿足不同機械結(jié)構(gòu)的同步控制，需定義一些關(guān)于同步控制的參數(shù)，如表1所示。

表1 同步控制相關(guān)表

2.1.2 同步控制功能指令代碼、信號及控制邏輯

為滿足同步控制啟動和關(guān)閉的自由切換，需要定義同步控制啟動代碼M33、關(guān)閉代碼M34及同步控制輸入信號SYNC，如表2所示。

表2 同步控制相關(guān)代碼及信號表

圖3給出了同步控制實現(xiàn)的示意梯形圖。

圖3 同步控制梯形圖

2.1.3 同步控制操作

為方便同步控制操作，除在數(shù)控系統(tǒng)中嵌入開發(fā)操作界面及按鈕外，還需編寫同步控制啟動和取消按鈕操作調(diào)用的子程序，如表3所示。

表3 同步控制啟動/取消子程序

操作步驟：（1）切換到自動操作模式并切換界面到對刀界面；（2）選擇【同步啟動】/【同步取消】按鈕，選擇之后將調(diào)用O82100/O82101號子程序；（3）按下操作面板上的循環(huán)啟動按鈕。

2.2 自動對刀的實現(xiàn)

指令代碼格式：G31 G90/G91 X_Y_Z_F_。

X_Y_Z_：各軸的終點坐標(biāo)；

F：移動到終點坐標(biāo)的進給速度（mm/min）。

功能：在G31代碼之后，像G01一樣可以指令直線插補，在該代碼執(zhí)行期間，如果輸入一個外部跳轉(zhuǎn)信號，則中斷代碼的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行下個程序段。當(dāng)不編程加工終點，而是用來自機床的信號指定加工終點時，使用跳躍功能，例如用于磨削。跳躍功能還用于測量工件的尺寸。

說明：G31為非模態(tài)G代碼，僅在指定的程序段中有效。

例：G31的下個程序段是絕對值指令的單軸移動，如圖4所示。

2.2.1 自動對刀I/O連接

由于這里用于刀具測量的信號是G31跳轉(zhuǎn)信號X2.1，因此要求在Z軸方向及A軸方向上的測量到達信號都應(yīng)能被X2.1檢測到。信號連接如圖5所示。

圖4 下個程序段是絕對值指令的單軸移動

圖5 208D與對刀機構(gòu)連接圖

2.2.2 自動對刀操作步驟

（1）切換到自動控制模式，確認同步控制是否取消，若同步控制已取消，則跳過第（2）步直接操作第（3）步；（2）選擇【同步取消】按鈕，并按下循環(huán)啟動執(zhí)行同步取消；（3）選擇【Z軸對刀】或【A軸對刀】，并在界面中設(shè)定相關(guān)的測量參數(shù)；（4）按下界面【啟動】按鈕，系統(tǒng)將自動調(diào)用O82000號對刀宏程序；（5）按下操作面板上的循環(huán)啟動按鈕，執(zhí)行對刀宏程序；（6）重復(fù)第（3）步中的另一軸進行對刀；（7）Z軸和A軸均對刀完畢后，選擇【同步啟動】按鈕，并按下循環(huán)啟動執(zhí)行同步啟動；（8）選擇工件加工程序，執(zhí)行雙工件的同步加工。

2.2.3 自動對刀程序

按圖6所示控制流程圖進行宏程序的編寫，對刀宏程序號設(shè)定為O82000。

圖6 自動對刀流程圖

3 結(jié)語

根據(jù)用戶實際加工結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，使用同步控制和自動對刀功能，操作簡單、方便、易學(xué)，加工效率提高了一倍多，綜合成本降低。隨著技術(shù)的進步、競爭的加劇，精工機械設(shè)備的選用會越來越先進，自動化水平越來越高，多工位加工及自動對刀應(yīng)用也會越來越普及。

[1]北京發(fā)那科機電有限公司.FANUC Series 0i-MODEL D/0i Mate-MODEL D連接說明書（功能篇）[Z].

[2]廣州數(shù)控設(shè)備有限公司.GSK208D系列雕銑數(shù)控系統(tǒng)編程及操作手冊[Z]，2012.