王 銳，王 剛

(長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130033)

0 引言

數(shù)控機(jī)床不僅具備高精度的機(jī)械零部件，而且還擁有安全穩(wěn)定的電氣控制裝置。當(dāng)機(jī)械部件和電氣裝置安裝完畢后，需要對(duì)它們進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，以便使數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能達(dá)到最優(yōu)化[1]。機(jī)電聯(lián)調(diào)包括準(zhǔn)備聯(lián)調(diào)、初始化參數(shù)、下載梯形圖程序、調(diào)試主運(yùn)動(dòng)、調(diào)試進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、機(jī)械精度檢測(cè)與補(bǔ)償、根據(jù)用戶需求修改梯形圖、試運(yùn)行機(jī)床和數(shù)據(jù)備份等[2]。

1 準(zhǔn)備聯(lián)調(diào)及初始化參數(shù)

準(zhǔn)備聯(lián)調(diào)實(shí)際是為了完成機(jī)床機(jī)械部件與電氣控制裝置的硬件對(duì)接。首先連接進(jìn)給軸伺服電機(jī)電源和編碼器的電纜，連接變頻主軸電機(jī)電源線，然后檢查機(jī)床是否接地、機(jī)械部件是否可能出現(xiàn)干涉和碰撞、設(shè)備電源電壓值波動(dòng)是否在±10%之內(nèi)，最后確認(rèn)無誤方可逐一支路上電。圖1為0I MATE TD數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)圖解，數(shù)控系統(tǒng)控制譯碼運(yùn)算和脈沖輸出，I/O模塊控制外部輸入和輸出信號(hào)通信，伺服驅(qū)動(dòng)控制機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，變頻器控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)[3]。

圖1 0I MATE TD數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)圖解

初始化參數(shù)是為了恢復(fù)數(shù)控系統(tǒng)的出廠設(shè)置，正確的參數(shù)設(shè)置是保證數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行的前提條件。系統(tǒng)上電后初始化參數(shù)，首先按住數(shù)控系統(tǒng)面板上的RESET+DEL鍵進(jìn)入初始程序加載界面，確認(rèn)初始化后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)初始化。參數(shù)是定義機(jī)床功能、軸運(yùn)動(dòng)控制的機(jī)床數(shù)據(jù)，它的數(shù)量很多，此處僅設(shè)定保證機(jī)床運(yùn)行的基本參數(shù)[4]。按OFFSET鍵進(jìn)入?yún)?shù)開關(guān)畫面，將參數(shù)寫保護(hù)打開。按SYSTEM鍵進(jìn)入?yún)?shù)畫面，參數(shù)3281設(shè)為15實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)語言漢化，參數(shù)3401#0設(shè)為1轉(zhuǎn)換為毫米輸入方式。

2 下載PMC程序

PMC是機(jī)床的動(dòng)作控制中心，它控制著機(jī)床的冷卻系統(tǒng)、排屑裝置和潤滑系統(tǒng)等，PMC控制程序是機(jī)床廠家根據(jù)用戶的要求來編寫的。在系統(tǒng)參數(shù)初始化后，利用FANUC LADDER III軟件，將事先編制的PMC程序下載到數(shù)控系統(tǒng)，并寫入閃存FLASH ROM中。

機(jī)床潤滑對(duì)加工精度及使用壽命有著十分重要的作用，圖2為0I MATE TD數(shù)控機(jī)床開機(jī)潤滑的梯形圖部分程序，定時(shí)器TMRB設(shè)定潤滑時(shí)間為10 s，10 s后通過內(nèi)部繼電器R0147.0自動(dòng)斷開潤滑繼電器R0369.0，機(jī)床停止?jié)櫥?/p>

圖2 開機(jī)潤滑梯形圖程序

3 進(jìn)給軸調(diào)試

0I MATE TD數(shù)控機(jī)床應(yīng)先調(diào)試直線運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給軸，后調(diào)試旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的主軸。進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)畫面，主軸放大器號(hào)3717設(shè)為0屏蔽主軸，X軸和Z軸程序名稱1020設(shè)為88和90。SV設(shè)定畫面打開3111#0設(shè)為1，電機(jī)種類設(shè)0為直線軸，標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)讀入設(shè)0為初始化，電機(jī)代碼設(shè)為256，兩個(gè)進(jìn)給軸均設(shè)定好后，機(jī)床斷電，機(jī)床再次上電后完成電機(jī)初始化。

進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)畫面，控制軸數(shù)8130設(shè)為2，邏輯軸號(hào)1022設(shè)為1和3，伺服軸號(hào)1023設(shè)為1和2。機(jī)床初始化自動(dòng)設(shè)定1902#0為0，總線初始化1902#1設(shè)為0，機(jī)床斷電，機(jī)床再次上電后查看1902#1仍為0，說明伺服總線初始化沒有完成。查看若有SV1026報(bào)警，則操作FSSB→軸→操作→設(shè)定，機(jī)床斷電，機(jī)床再次上電后SV1026報(bào)警消除，1902#1轉(zhuǎn)變?yōu)?，說明初始化完成。

打開伺服設(shè)定畫面，X軸和Z軸伺服參數(shù)分別設(shè)置指令倍乘比為2，柔性齒輪比為1∶200[5]，方向設(shè)定為111，速度反饋脈沖數(shù)為8 192，位置反饋脈沖數(shù)為12 500，參考計(jì)數(shù)器容量為5 000。

進(jìn)給軸相關(guān)參數(shù)伺服增益1825設(shè)為3 000，移動(dòng)中的位置偏差1828設(shè)為10 000，停止時(shí)的位置偏差1829設(shè)為500，空運(yùn)行速度1410設(shè)為3 000，G00快移速度1420設(shè)為3 000，手動(dòng)快進(jìn)F0速度1421設(shè)為200，手動(dòng)進(jìn)給速度1423設(shè)為1 000，手動(dòng)快進(jìn)1424設(shè)為2 000，G01最大切削速度1430設(shè)為2 000，快移時(shí)間常數(shù)1620設(shè)為100，切削進(jìn)給時(shí)間常數(shù)1622設(shè)為100，JOG時(shí)間常數(shù)1624設(shè)為100，直線軸1006#0設(shè)為0，X軸直徑編程1006#3設(shè)為1，解除軸鎖3003#0#2#3設(shè)為1，硬超程有效3004#5設(shè)為0，機(jī)床斷電，機(jī)床再次上電后可運(yùn)行機(jī)床。

4 機(jī)床參考點(diǎn)設(shè)置與手搖設(shè)定

數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的目的是為了確定機(jī)床坐標(biāo)系。0I MATE TD數(shù)控機(jī)床采用絕對(duì)值編碼器，可以采用無擋塊和有擋塊兩種方式回參考點(diǎn)。當(dāng)采用無擋塊回參考點(diǎn)時(shí)，無擋塊回參考點(diǎn)功能1005#1設(shè)為1，絕對(duì)位置檢測(cè)1815#5設(shè)為1，機(jī)床斷電重啟后，手動(dòng)運(yùn)行機(jī)床在一個(gè)絲杠螺距以上，再將機(jī)械位置與絕對(duì)位置檢測(cè)器建立對(duì)應(yīng)關(guān)系1815#4設(shè)為1，即將機(jī)床當(dāng)前機(jī)械位置設(shè)為參考點(diǎn)位置。當(dāng)采用有擋塊回參考點(diǎn)時(shí)，無擋塊回參考點(diǎn)功能1005#1設(shè)為0，手動(dòng)正向返回參考點(diǎn)1006#5設(shè)為0，參考點(diǎn)減速信號(hào)3003#5設(shè)為1，返回參考點(diǎn)速度1425設(shè)為300，相關(guān)參數(shù)設(shè)定完畢后，在回參考點(diǎn)模式下，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)床回參考點(diǎn)。

手搖脈沖發(fā)生器主要用于數(shù)控機(jī)床手動(dòng)方式的步進(jìn)微調(diào)和加工中的中斷插入等動(dòng)作。設(shè)定手搖相關(guān)參數(shù)，首先手搖有效8131#0設(shè)為1，手輪進(jìn)給X100倍率7113設(shè)為100，手輪進(jìn)給X1000倍率7114設(shè)為0。手搖方式下運(yùn)行機(jī)床，如果手搖運(yùn)行方向與機(jī)床進(jìn)給軸正常運(yùn)行方向相反，則需重新設(shè)置手搖脈沖發(fā)生器旋轉(zhuǎn)方向7102#0。

5 主軸調(diào)試

數(shù)控機(jī)床主軸控制分為變頻主軸和伺服主軸，0I MATE TD數(shù)控機(jī)床采用歐姆龍3G3JZ變頻驅(qū)動(dòng)器控制主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為變頻主軸。

調(diào)試主軸時(shí)，先將1023設(shè)為-128屏蔽進(jìn)給軸，主軸放大器3717設(shè)為1，不使用串行主軸8133#5設(shè)為1，模擬主軸3716#0設(shè)為0，采用1個(gè)主軸3701#4#1設(shè)為0，主軸設(shè)定畫面顯示3111#1設(shè)為1，主軸編碼器脈沖數(shù)3720設(shè)為4 096，主軸速度模擬輸出的增益調(diào)整3730設(shè)為1 000，主軸最大速度3741設(shè)為3 000，機(jī)床斷電，機(jī)床再次上電后可運(yùn)行主軸。

6 伺服優(yōu)化one shot

伺服優(yōu)化是為了保證電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)在高響應(yīng)、高剛性下穩(wěn)定工作，同時(shí)調(diào)整機(jī)床運(yùn)行加減速時(shí)間常數(shù)[6]。優(yōu)化可以采用手動(dòng)一鍵設(shè)定one shot，或servo guide軟件調(diào)整，此處介紹one shot。

打開參數(shù)設(shè)定支援畫面，利用伺服參數(shù)和高精度設(shè)定選項(xiàng)調(diào)用高速、高精度參數(shù)，完成參數(shù)的自動(dòng)設(shè)定。參數(shù)設(shè)定后如果伺服軸出現(xiàn)振動(dòng)，采用手動(dòng)加入濾波器的方法去除共振點(diǎn),設(shè)定2360從300開始，每次加50，直到軸運(yùn)行穩(wěn)定。利用系統(tǒng)伺服增益調(diào)整功能，選擇調(diào)整軸X和軸Z，執(zhí)行自動(dòng)調(diào)整伺服電機(jī)增益，進(jìn)一步提高伺服增益。通過以上操作即可快速地達(dá)到優(yōu)化和設(shè)定伺服參數(shù)的目的。

7 機(jī)械精度檢測(cè)與補(bǔ)償

此處采用雷尼紹(Renishaw)激光干涉儀檢測(cè)進(jìn)給軸Z的機(jī)械精度，然后將補(bǔ)償數(shù)據(jù)值輸入數(shù)控系統(tǒng)中。設(shè)置精度檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)，參考點(diǎn)的補(bǔ)償點(diǎn)號(hào)3620設(shè)為30，負(fù)方向最遠(yuǎn)端的補(bǔ)償點(diǎn)號(hào)3621設(shè)為20，正方向最遠(yuǎn)端的補(bǔ)償點(diǎn)號(hào)3622設(shè)為30，因?yàn)榘l(fā)那科系統(tǒng)的螺距補(bǔ)償畫面的設(shè)置值為-7～+7之間，所以補(bǔ)償倍率3623設(shè)為3，補(bǔ)償點(diǎn)的間隔3624設(shè)為15，補(bǔ)償畫面顯示軸號(hào)11350#5設(shè)為1。

機(jī)床開機(jī)，運(yùn)行表1測(cè)量程序中的主程序，子程序1和子程序2由主程序自動(dòng)調(diào)用。將激光干涉儀測(cè)量計(jì)算的數(shù)據(jù)記錄在表2的“測(cè)量值”、“補(bǔ)償值”和“補(bǔ)償倍率”中。之后，將激光干涉儀測(cè)得的反向間隙0.005 mm輸入數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)1851中，將表2“補(bǔ)償倍率”中的數(shù)據(jù)依次輸入到數(shù)控系統(tǒng)螺距誤差補(bǔ)償點(diǎn)號(hào)20～30當(dāng)中。機(jī)床斷電，機(jī)床再次上電后，運(yùn)行表1測(cè)量程序中的主程序，將測(cè)量值輸入表2“補(bǔ)償后測(cè)量值”中。由此測(cè)量值可知，經(jīng)過機(jī)械精度補(bǔ)償后，機(jī)床誤差值滿足加工要求。

表1 測(cè)量程序

表2 誤差補(bǔ)償

8 試運(yùn)行機(jī)床

安裝調(diào)試機(jī)床后，應(yīng)采用考機(jī)程序連續(xù)運(yùn)行機(jī)床達(dá)24 h以上，檢查機(jī)床運(yùn)動(dòng)的可靠性，確定沒有問題方可進(jìn)行實(shí)際加工?？紮C(jī)程序必須具備進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)和主軸運(yùn)動(dòng)的最低、最高和常用速度，數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)等常用功能代碼，自動(dòng)換刀動(dòng)作等指令。部分考機(jī)程序如下：

測(cè)試主軸高轉(zhuǎn)速、慢進(jìn)給，選擇1號(hào)刀，測(cè)試程序如下：

G97 G98 M03 S2000 T0101 F30;

測(cè)試主軸低轉(zhuǎn)速，選擇3號(hào)刀，螺紋切削復(fù)合循環(huán)指令，測(cè)試程序如下：

M03 S600 T0303;

G00 X32.Z4.;

G76 P11060 Q50 R0.1;

G76 X27.4 Z-27.R0 P1300 Q450 F2;

測(cè)試外徑粗車復(fù)合循環(huán)切削，測(cè)試程序如下：

G00 X107.Z3.;

G71 U1.R4.;

G71 P10 Q20 U0.4 W0.2 F0.3

9 備份參數(shù)和PMC數(shù)據(jù)

0I MATE TD數(shù)控機(jī)床參數(shù)和梯形圖調(diào)整完畢，為了避免外界原因?qū)е聟?shù)丟失或PMC文件損壞，一般使用CF卡和PCMCIA適配器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份[7]。機(jī)床廠提供的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM中的CNC參數(shù)、PMC參數(shù)、螺距誤差補(bǔ)償、宏程序和閃存FROM中的梯形圖程序必須備份，F(xiàn)ANUC公司提供的FROM中的系統(tǒng)文件一般不備份，也不可輕易刪除，否則將導(dǎo)致系統(tǒng)報(bào)警和停機(jī)而不能使用。

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，首先存儲(chǔ)卡作為I/O設(shè)備參數(shù)20設(shè)為4，然后同時(shí)按住系統(tǒng)面板軟件區(qū)右邊兩個(gè)軟鍵或者M(jìn)DI的數(shù)字鍵6和7開機(jī)，進(jìn)入SYSTEM MONITOR MAIN MENU界面。在主菜單中選擇SRAM DATA UNILITY，再選擇SRAM BACKUP(CNC→MEMORY CARD)，將系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)備份到存儲(chǔ)卡中，文件名為SRAM_BAK.001。在主菜單中選擇SYSTEM DATA SAVE，再選擇PMC-RA，將PMC程序備份到存儲(chǔ)卡中，文件名為PMC RA.000。

10 結(jié)束語

在0I MATE TD數(shù)控機(jī)床機(jī)械與電氣聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，主軸和進(jìn)給軸應(yīng)遵循先低速再高速、先手動(dòng)再自動(dòng)的方式運(yùn)行。首先確定行程限位有效后，再驗(yàn)證超程和回參考點(diǎn)動(dòng)作；然后進(jìn)行換刀動(dòng)作試驗(yàn)、冷卻和潤滑功能試驗(yàn)、排屑動(dòng)作試驗(yàn)等；最后運(yùn)行考機(jī)程序，檢查機(jī)床的穩(wěn)定性和可靠性。