楊 鋒，王建軍，武秋俊，張倩涵，王晉濤

（河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 邢臺(tái) 054000）

數(shù)控宏程序是帶宏變量的數(shù)控程序，宏程序不僅可以用在數(shù)控編程加工，如加工形狀類似，大小不同；形狀相同，位置不同以及特殊公式曲線的圖形；還可以用在自動(dòng)化控制方面，如機(jī)械手換刀、在線測量等，因此在中小企業(yè)應(yīng)用范圍較廣。

1 鏜刀換刀問題提出

一些中小企業(yè)使用使用的加工中心，多采用盤式刀庫，由于加工中心刀庫電機(jī)功率和刀位尺寸的影響，對(duì)刀具的直徑和重量都有限制，但是實(shí)際數(shù)控加工時(shí)，為提高加工效率和加工精度，總會(huì)選擇大直徑和長度鏜刀刀具，這些刀具找出標(biāo)準(zhǔn)刀庫要求，因此刀具只能手工更換，這樣不經(jīng)濟(jì)也不安全。

2 鏜刀換刀的解決方案

通過在加工中心工作臺(tái)上安裝鏜刀刀架，設(shè)計(jì)鏜刀刀架的宏程序控制，實(shí)現(xiàn)鏜刀的自動(dòng)換刀，以提高生產(chǎn)效率和設(shè)備自動(dòng)化程度。

考慮到機(jī)床工作臺(tái)尺寸、機(jī)床工作行程和箱體加工工藝要求，設(shè)計(jì)可安裝兩個(gè)鏜刀刀座的鏜刀刀架、刀座裝有開口卡簧以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。刀架安裝在機(jī)床工作的左上角，編制控制宏程序前要調(diào)試兩個(gè)鏜刀刀座的機(jī)械坐標(biāo)位置。在自動(dòng)換刀時(shí)，采用M06 和G65 兩種代碼實(shí)現(xiàn)。一種是加工中心換刀庫刀，指令M06Tk（k 為刀號(hào)）；另一種是加工中心換鏜刀刀架刀，若主軸上有刀庫刀，先使用M06 把主軸刀還刀刀庫，再調(diào)用宏程序功能換刀。

3 鏜刀換刀的工作過程

鏜刀換刀取刀和還刀兩個(gè)環(huán)節(jié)，取刀就是把鏜刀從鏜刀刀架取到主軸上，取刀前保證主軸無任何刀具、還有取那一把鏜刀（通過宏程序調(diào)用變量）給定。具體工作過程是Z 軸回到換刀原點(diǎn)、主軸準(zhǔn)停完成后，移動(dòng)到鏜刀刀座圓心坐標(biāo)正上方400mm，Z軸移動(dòng)刀柄合適位置，主軸松刀，主軸繼續(xù)緩慢下移，與刀柄配合完好，等待2 秒，主軸緊刀，抓取鏜刀沿Y 軸負(fù)方向移動(dòng)適當(dāng)距離脫離鏜刀刀架，回到換刀點(diǎn)，取刀結(jié)束。還刀是把鏜刀從主軸還回鏜刀刀架，沿取刀過程逆序完成。

4 宏程序控制基礎(chǔ)

4.1 宏變量

宏變量就是帶有#后面跟1～4 為數(shù)字的變量號(hào)，例 #20，#500 等，F(xiàn)ANUC 宏變量分為空變量、局部變量、公共變量和系統(tǒng)變量如表1、系統(tǒng)變量分為保持性公共變量和模態(tài)變量等，變量分配見表1。

表1 Fanuc 宏變量表

#100～#199非保持公共變量在不同宏程序數(shù)據(jù)相同，斷電初始化為空#500 可設(shè)置為刀架上的鏜刀刀號(hào)，刀號(hào)在機(jī)床斷電位置保持#2000～#2499#500～#999保持型公共變量在不同宏程序數(shù)據(jù)相同，斷電數(shù)據(jù)不丟失刀補(bǔ)系統(tǒng)變量存儲(chǔ)刀具的長度和磨損補(bǔ)償#2201 表示 1 號(hào)刀刀具長度補(bǔ)償#4001～#4120模態(tài)變量G 代碼的模態(tài)指令#4001（G00/G01模態(tài)），#4120 主軸刀具刀號(hào)#5001～#5101 位置信息#5021-#5024 機(jī)床坐標(biāo)當(dāng)前位置刀具的機(jī)床坐標(biāo)和工件坐標(biāo)

4.2 相關(guān)指令

（1）宏調(diào)用指令格式G65 Pm Ln〈自變量賦值〉，m 表示程序名，n 表示調(diào)用次數(shù)，自變量賦值見表2，G65 按照表2 的規(guī)定，將自變量的實(shí)際數(shù)值調(diào)到相應(yīng)的程序體中。例：G65P8004T81 就是調(diào)用O8004 子程序，在O8004 子程序內(nèi)部#20=81。

表2 自變量賦值表

（2）G53 指令格式（G90）G53X_Y_Z_;功能：將主軸移動(dòng)到鏜刀刀架已調(diào)試好的換刀位置（機(jī)床坐標(biāo)系的XYZ 位置）。

（3）#3000 報(bào)警屏幕上顯示報(bào)警號(hào)和報(bào)警信息，報(bào)警號(hào)為#3000 的值加上3000例：#3000=3（Tool Number error），報(bào)警觸發(fā)后屏幕顯示3003Tool Number error

5 程序編寫

宏程序設(shè)計(jì)分為4 個(gè)程序，一個(gè)主程序O8004，其他3 個(gè)子程序嵌套在主程序里，分別還刀子程序O8005、取刀子程序O8006 和刀架刀座圓心坐標(biāo)子程序O8007。調(diào)用方式取1 號(hào)鏜刀G65P8004T81，取2 號(hào)鏜刀G65P8004T82，還刀不取刀G65P8004。

5.1 主程序O8004

（1）模態(tài)保護(hù)和恢復(fù)。

#2=#4001(模態(tài)點(diǎn)定位還是直線插補(bǔ)G00/G01)

#3=#4003 (模態(tài)絕對(duì)坐標(biāo)還是增量坐標(biāo)G90/G91)

#4=#4109(進(jìn)給速度)

G#2#3F#4；（恢復(fù)模態(tài)）

（2）標(biāo)志位 #500，#4120 和 #20 的含義。

#4120≠0？（表示主軸上有刀庫刀），條件成立，主軸上有刀庫換鏜刀，報(bào)錯(cuò)結(jié)束。

#500=0？（主軸上沒有刀架的鏜刀），條件成立，主軸沒有鏜刀，不用還刀直接取刀。

#20=#0？宏調(diào)用指令是G65P8004，則#20=#0；主軸的鏜刀還回鏜刀刀架后不取刀；指令G65P8004T81，則 #20=81，根據(jù) #500 的值確定是否還刀，還刀結(jié)束后取1 號(hào)鏜刀；G65P8004T82，則#20=82，根據(jù)#500 的值確定是否還刀，還刀結(jié)束后取2 號(hào)鏜刀。

（3）主程序流程圖。

5.2 子程序

（1）還刀子程序O8005。還刀前若#500=81，調(diào)用O8007 的1 號(hào)鏜刀坐標(biāo)系還刀，若#500=82，調(diào)用O8007 的2 號(hào)鏜刀坐標(biāo)系還刀，還刀完成后#500=0。

（2）取刀子程序 O8006。G65P8004T81 取 1 號(hào)鏜刀，完成后#500=81，G65P8004T82 取2 號(hào)鏜刀，完成后#500=82，G65P8004 只還刀。

（3）鏜刀刀座坐標(biāo)子程序。

O8005(BIG TOOL ATC POSITION DATA)

(T81<-->T82)

IF[#20EQ101]GOTO[101]

IF[#20EQ102]GOTO[102]

GOTO1000

N81(1 號(hào)鏜刀刀座 XYZ 機(jī)床坐標(biāo)值)

#24=-300.243

#25=-700.236

#26=-1433.134

#7=0.0(Z 軸避讓值)

#8=112.(Y 軸避讓值)

GOTO100

N82(1 號(hào)鏜刀刀座XYZ 機(jī)床坐標(biāo)值)

……

N100M99

N1000#3000=3(Tool Number Error)

6 結(jié) 語

鏜刀刀架的宏程序在機(jī)床測試完成后，縮短了單件加工時(shí)間，使企業(yè)利潤增加，并降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度；由此得出，宏程序在解決企業(yè)數(shù)控加工、提高機(jī)床自動(dòng)化程度有著不可替代的作用。