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以發(fā)那科 0i系統(tǒng)加工中心或調(diào)試臺為例，介紹一種通過宏程序調(diào)用實現(xiàn)斗笠式刀庫換刀控制的方法。刀庫容量為16（裝16把刀），利用伺服主軸電動機(jī)的內(nèi)置編碼器進(jìn)行定向/準(zhǔn)停。

實訓(xùn)學(xué)時：10學(xué)時。

實訓(xùn)目的:

（1）加工中心斗笠式刀庫的操作與控制程序的編制。

（2）掌握調(diào)用宏程序?qū)崿F(xiàn)刀庫控制的編程方法。

（3）掌握調(diào)用宏程序?qū)崿F(xiàn)刀庫控制的相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

實訓(xùn)內(nèi)容：

（1）斗笠式刀庫的操作。

（2）控制刀庫的宏程序設(shè)計。

（3）刀庫梯形圖程序的設(shè)計與調(diào)試。

（4）梯形圖功能的調(diào)試。

（5）宏程序調(diào)用實現(xiàn)刀庫控制的相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

實訓(xùn)設(shè)備:

（1）配置發(fā)那科 0i數(shù)控系統(tǒng)的加工中心/綜合調(diào)試臺。

（2）個人計算機(jī)（PC）。

（3） 發(fā)那科公司的梯形圖編輯軟件（FLADDER Ⅲ 版本）。

實訓(xùn)要點：

（1）用FLADDER Ⅲ 軟件對PMC離線編程。

（2）發(fā)那科 0i PMC操作。

（3）發(fā)那科 0i 系統(tǒng)PMC程序傳輸與功能調(diào)試。

（4）刀庫控制用宏程序設(shè)計與加載。

（5）PMC功能指令的應(yīng)用。

（6）刀庫梯形圖程序設(shè)計。

（7）調(diào)用宏程序控制刀庫的相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

（8）刀庫控制功能驗證。

實訓(xùn)具體要求：

（1）規(guī)范實訓(xùn)，按操作規(guī)范操作機(jī)床。

（2）機(jī)床工作時，嚴(yán)禁用手或?qū)w去觸碰各通電電器，確保人身和設(shè)備安全。

（3）操作刀庫之前，必須保證機(jī)床執(zhí)行手動回零操作。

（4）驗證刀庫功能時，可采用單程序運行模態(tài)或單獨執(zhí)行相關(guān)的刀庫輔助功能指令（M指令）操作，密切關(guān)注機(jī)床的動作，確保刀庫與主軸不撞機(jī)。

（5）具備加工中心的基本操作能力和應(yīng)用水平。

（6）熟悉發(fā)那科 0i系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置方法與操作。

組織形式：

教師：演示與指導(dǎo)，組織學(xué)生訓(xùn)練、演示、討論與評估。

學(xué)生：根據(jù)設(shè)備數(shù)量，可在課內(nèi)分組定時訓(xùn)練，也可預(yù)約訓(xùn)練，采取組長負(fù)責(zé)制，負(fù)責(zé)指導(dǎo)、提問與考核各組員。

相關(guān)知識與技能：

1．與刀庫相關(guān)的電氣連接

假設(shè)加工中心刀庫的主電路如圖附9-1所示。

圖附9-1 刀庫的主要電氣連接

有關(guān)PMC的I/O接口分配地址如表附9-1所示。

表附9-1 刀庫相關(guān)I/O地址分配

序號	地址	信號名稱	說明
1	X7.6	松刀到位
2	X7.7	緊刀到位
3	X10.0	刀庫推出到位
4	X10.1	刀庫退回到位
5	X10.3	刀庫計數(shù)
6	X10.4	刀庫原定/回零
7	X10.7	松刀
8	X10.5	刀庫電動機(jī)過載	過載保護(hù)器觸點
10	Y6.0	刀庫正轉(zhuǎn)	通過繼電器帶動接觸器線圈
11	Y6.1	刀庫反轉(zhuǎn)	通過繼電器帶動接觸器線圈
12	Y6.5	松刀	通過繼電器帶動電磁閥
13	Y7.6	刀庫推出	通過繼電器帶動電磁閥
14	Y6.6	三色燈(綠燈)	通過繼電器驅(qū)動
15	Y6.7	三色燈(紅燈)	通過繼電器驅(qū)動
16	Y6.8	三色燈(黃燈)	通過繼電器驅(qū)動

表中地址為I/O LINK的“0"組地址，加工中心配置I/O Link標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，如圖1-1所示，其地址定義為I/O LINK的“1"組，輸入的起始地址為X20，輸出的起始地址為Y24。鍵盤的[D8]鍵（從上至下的第4排，從左至右的第8位）作為手動主軸準(zhǔn)停控制鍵，其輸入地址為X28.3，對應(yīng)的按鍵指示燈地址為Y28.3。鍵盤的[D7]鍵（從上至下第4排、從左至右的第7位）作為手動選刀按鍵，其輸入地址為X28.2，對應(yīng)的按鍵指示燈地址為Y28.2。

2．刀庫控制的相關(guān)信號及其功能

2．1 主軸準(zhǔn)?？刂菩盘朞RCMA（G70.6）/ORARA（F45.7）

ORCMA信號用于主軸換刀或主軸還刀時的準(zhǔn)?？刂疲ＷC刀柄不會與刀庫發(fā)生撞擊而損壞刀庫或主軸，可通過PMC編程實現(xiàn)M19（主軸準(zhǔn)停M指令）或手動主軸準(zhǔn)停控制。與此對應(yīng)的主軸準(zhǔn)停結(jié)束信號為F45.7（ORARA），當(dāng)此信號為“1"時表示主軸準(zhǔn)停結(jié)束。

主軸準(zhǔn)?？刂朴玫膫鞲衅骺捎猛獠拷咏_關(guān)和電動機(jī)速度傳感器、外部位置編碼器、主軸電動機(jī)內(nèi)置傳感器等多種形式，參見第四部分的“實訓(xùn)項目4.4"所述。目前大多利用伺服主軸電動機(jī)的內(nèi)置位置編碼器實現(xiàn)。

2．2 宏程序所用的系統(tǒng)變量

2．2．1 用戶宏程序輸入信號（G54.0～G54.2）

為了實現(xiàn)用戶宏程序調(diào)用換刀，使用三個系統(tǒng)變量UI000（G54.0-#1000）、UI001（G54.1-#1001）、UI002（G54.2-#1002）供宏程序與PMC間跳轉(zhuǎn)控制。G54.0為“1"表示編程刀號大于等于刀庫容量，G54.1為“1"時表示主軸刀號等于編程刀號（T碼值），G54.2為“1"時表示編程刀號為0。

2．2．2 宏程序報警變量

發(fā)那科 0iC系統(tǒng)的“#3000"變量用于宏程序報警，可在其表達(dá)式后不超過26個字符的報警信息?？娠@示報警號和報警信息，其中報警號為變量#3000的值加上3000。

例：“#3000=1（TOOL NOT FOUND）"對應(yīng)屏幕上的顯示為“3001 TOOL NOT FOUND"

2．2．3 模態(tài)信息變量（#4003、#4006）

系統(tǒng)變量#4003保存系統(tǒng)當(dāng)前所處的編程坐標(biāo)模態(tài)值G90/G91；#4006保存系統(tǒng)當(dāng)前所用的編程單位系統(tǒng)G20（英制）/G21（米制）。這兩個系統(tǒng)變量用于保護(hù)宏程序執(zhí)行過程中系統(tǒng)的模態(tài)，在宏程序執(zhí)行結(jié)束后，再恢復(fù)至系統(tǒng)調(diào)用宏程序前的模態(tài)。

3．宏程序調(diào)用及刀庫相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)

本項目采用M指令的M06調(diào)用宏程序?qū)崿F(xiàn)刀庫的換刀控制。

3．1 調(diào)用宏程序的M代碼值參數(shù)（PRM#6080～6089）

PRM#6080～PRM#6089分別對應(yīng)調(diào)用程序號為O9020～9029的宏程序所需的M代碼值。當(dāng)用“M06“調(diào)用O9023宏程序時，必須將PRM#6083設(shè)為“6"。本項目中的宏程序號為O9021，所以PRM#6081設(shè)置為“6"。

3．2 主軸準(zhǔn)停位置設(shè)置參數(shù)（PRM#4031）

當(dāng)?shù)稁煺{(diào)整好后，將所測主軸準(zhǔn)停的位置數(shù)據(jù)設(shè)置在參數(shù)PRM#4031中，參數(shù)PRM#4077（定向時停止位置偏移量）設(shè)為0。當(dāng)執(zhí)行完主軸準(zhǔn)停指令（M19或手動主軸準(zhǔn)停）后，NC輸出的準(zhǔn)停結(jié)束信號（F45.7）為“1"。

3．3 主軸定向速度參數(shù)（PRM#4038）

在執(zhí)行M19或手動主軸準(zhǔn)停指令時，主軸按參數(shù)PRM#4038所設(shè)定的運轉(zhuǎn)速度進(jìn)行準(zhǔn)停定向。

3．4 換刀點設(shè)置參數(shù)（PRM#1241）

一般情況下，用第二參考點作為主軸換刀或還刀點。對于立式加工中心，一般只需將刀庫調(diào)整好后所測的Z軸位置數(shù)據(jù)設(shè)置在參數(shù)PRM#1241中。

3．5 其他相關(guān)參數(shù)

（1）PRM#4000.0——主軸和電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定

若使用主軸內(nèi)置編碼器，該參數(shù)位設(shè)為0時，表示主軸和電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相同。

（2）PRM#4002.3、2、1、0——使用主軸位置編碼器作為位置反饋

該參數(shù)位分別對應(yīng)設(shè)置為“0、0、0、1"。

（3）PRM#4015.0——定向是否有效

該參數(shù)位設(shè)為“1"，使定向有效。

（4）PRM#4010.2、1、0——設(shè)定電動機(jī)傳感器類型

使用內(nèi)置位置編碼器時，設(shè)為“0、0、1"。

若主軸和主軸電動機(jī)間的傳動比為1：1時，PRM#4056～4059不需要設(shè)置。

4．換刀宏程序

下面提供換刀調(diào)用的宏程序例子供分析參考，例中刀庫容量為16。

%

O9021 ；換刀宏（子）程序號

#23=#4003 ；保存米制或英制系統(tǒng)

#24=#4006 ；保存增量或編程方式（G90、G91方式）

G91 ；增量坐標(biāo)編程

M05 ；主軸停止

G30P2Z0 ；至抓刀點（換刀點）

M19 ；主軸準(zhǔn)停

M26 ；刀號讀取（判斷刀庫刀號與主軸刀號是否一致）

IF[#1000EQ1]GOTO30 ；T碼值≥17時退出換刀程序

IF[#1001EQ1]GOTO40 ；主軸刀號等于T碼值時退出換刀程序

IF[#1002EQ1]GOTO50 ；T碼值為0時退出換刀程序

M23 ；刀庫推出

G04P500 ；停0.5秒

M25 ；松刀

G04P500 ；停0.5秒

G28Z0 ；至Z軸零點

M21 ；刀庫轉(zhuǎn)（刀盤旋轉(zhuǎn)選刀）

G30P2Z0 ；至抓刀點

M24 ；緊刀（抓刀）

M22 ；刀庫退回

GOTO100 ；換刀結(jié)束并返回

N30#3000=1（TOOL NOT FOUND） ；刀沒找到報警

GOTO100 ；結(jié)束換刀并返回

N40#3000=2（TOOL NO. ON SPINDLE） ；主軸刀號已是需換刀刀號報警

GOTO100 ；結(jié)束換刀并返回

N50#3000=3（T CODE IS 0） ；換刀刀號為0報警

N100M05 ；主軸停轉(zhuǎn)

G#23 ；恢復(fù)到主程序的米、英制系統(tǒng)

G#24 ；恢復(fù)至主程序的增量或編程系統(tǒng)

M99 ；返回主程序

%

從程序中可以看出，M19為主軸準(zhǔn)停指令，M20為刀庫回零指令，M21為選刀（刀庫轉(zhuǎn)）指令，M22為刀庫退回指令，M23為刀庫推出指令，M24為緊刀指令，M25為松刀指令，M26為刀號讀取指令。

5．PMC控制程序

PMC參考程序如圖附9-2～圖附9-7所示。

圖附9-2 刀庫控制的PMC程序-1

圖附9-3 刀庫控制的PMC程序-2

圖附9-4 刀庫控制的PMC程序-3

圖附9-5 刀庫控制的PMC程序-4

圖附9-6 刀庫控制的PMC程序-5

圖附9-7 刀庫控制的PMC程序-6

實訓(xùn)總結(jié)：

參照附表1格式要求編制實訓(xùn)總結(jié)報告

思考題：

（1）請按調(diào)用宏程序?qū)崿F(xiàn)換刀控制的編程思路，設(shè)計不調(diào)用宏程序而直接用PMC編程實現(xiàn)刀庫控制的編程思路。

（2）當(dāng)不用M代碼調(diào)用宏程序而改用G06（假設(shè)G06不作為其他準(zhǔn)備功能指令）調(diào)用宏程序時，且宏程序為“O9023"，應(yīng)如何設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)（發(fā)那科 0i系統(tǒng)）？

（3）繪制本項目中宏程序的執(zhí)行流程圖。

（4）對于半閉環(huán)控制的加工中心，在進(jìn)行換刀操作之前必須進(jìn)行哪些操作？為什么？

（5）對于如本項目所述的加工中心，沒出現(xiàn)亂刀現(xiàn)象時，主軸刀號與刀庫刀號是什么對應(yīng)關(guān)系？

（6）分析梯形圖程序，當(dāng)執(zhí)行刀庫回零操作后，主軸刀號、刀庫刀號分別為多少？若刀庫的“1"號位上有刀，且主軸上也裝有刀時，在執(zhí)行完刀庫回零操作、換刀操作前，應(yīng)采取什么措施保證不會發(fā)生刀庫與主軸撞擊事故？

（7）分析梯形圖程序，當(dāng)加工中心刀庫進(jìn)行過手動選刀操作后，刀庫會不會出現(xiàn)亂刀現(xiàn)象？若會出現(xiàn)，應(yīng)如何改進(jìn)梯形圖程序，保證在手動選刀操作后不會出現(xiàn)亂刀現(xiàn)象？什么情況下會出現(xiàn)亂刀現(xiàn)象？

（8）在什么情況下，編程刀號（T碼值）、刀庫刀號、主軸刀號相等？在什么情況下，編程刀號等于主軸刀號？在什么情況下，刀庫刀號等于編程刀號？在什么情況下，刀庫刀號一定等于主軸刀號？

（9）分析梯形圖程序，本項目中的自動選刀是就近方式還是固定方式？手動選刀是什么方式？