台达伺服在加工中心刀库中的应用获奖科研报告

台达伺服在加工中心刀库中的应用获奖科研报告摘

要：本文介绍了台达伺服在加工中心刀库定位中的应用，用实例说明了台达伺服的位置控制功能及使用步骤，结合FANUC数控系统的PMC程序、NC程序，分析了加工中心刀库控制的一种基本方法。

关键词：位置（PR）模式;速度模式;电子齿轮比;PMC编程

1

数控机床刀库的控制方案

1.1

液压马达、电磁阀及接近开关组成的计数器控制方案

这种方式故障率高，液压部分能耗高，油渍的污染是一个无法避免的问题。

1.2

占用数控系统的一个NC轴作为PMC轴，或者采用I/OLINK轴

必须购买与数控系统配套的伺服驱动和电机，这种方式故障率低但费用高。

1.3

采用一个独立的伺服系统

仅占用数控PMC部分一些I/O点，也可完成控制任务，故障率和成本都较低。

下面就FANUC系统配台达A2伺服的方案进行详述。此刀库刀塔控制方案，可以满足不同刀位数量与机械机构的需求，是一个既灵活又富于弹性的系统。

2

硬件配置

2.1

FANUC0iF系列系统

2.2

伺服驱动器

台达ASD-A2-2023-U，伺服电机ECMA-EA1320RS，带绝对编码器。

2.3

加工中心为立加结构

刀塔位置固定不动，无机械手，主轴移动到换到位进行换刀。

2.4

伺服电机到刀盘的减速比

240：1，24个刀位。

3

控制要求

自动进行刀位的寻找，也可手动旋转刀盘进行装卸。

4

台达伺服设定主要相关参数

4.1

模式选择

刀盘的定位需要伺服工作在位置（PR）模式，驱动器接受位置命令，控制电机至目标位置。位置命令由内部缓存器提供（共64组缓存器），可利用DI信号选择缓存器编号;刀盘的手动旋转需要伺服工作在速度（S）模式，驱动器接受速度命令，控制电机至目标转速。速度命令可由内部缓存器提供（共3组缓存器），命令的选择则根据DI信号来选择。

将伺服参数P1-01设为08，PR-S模式，位置-速度混合模式，通过外部DI（S-P）信号进行切换。

4.2

电子齿轮比

刀盘控制的位置分辨率设为0.001度，刀盘旋转一周360度即需要脉冲数为给360/0.001=360000脉冲，伺服电机到刀盘的减速比240：1。台达A2电机编码器的脉冲数为1280000/转，刀盘旋转一周，伺服电机需要旋转240转，反馈的脉冲数为240×1280000脉冲，所以电子齿轮比的设定为：

N/M=240×1280000/360000=2560/3

P1-44：电子齿轮比分子N，参数设为2560

P1-45：电子齿轮比分子M，参数设为3

4.3

手动旋转刀库速度参数

P1-09：正转，参数设为6000，单位0.1r/min，电机速度为600转/分

P1-10：反转，参数设为-6000，单位0.1r/min，电机速度为600转/分

4.4

刀盘的分度参数设置

P2-52：分度总行程，单位PUU，刀盘旋转一圈需要给定360000脉冲，参数设为360000

P2-69：绝对编码器设定，设为001

4.5

伺服动作的时序

SON伺服使能信号，POS0～POS5位置信号，CTRG位置触发脉冲，CMD-OK位置命令完成输出，TPOS位置精确定位完成输出。

5

FANUC换刀程序

由于宏程序在处理和编程上的方便，在利用PMC实现刀库动作时，结合宏程序进行，可以大大减少PMC的编程内容，减少工作量，使用宏程序还可以加强可读性，在时序处理上，利用程序的执行顺序方便的完成，本例的刀套与刀号为固定位置。

5.1

换刀流程

5.2

FANUC换刀程序O9001

N1IF[#1000EQ1]GOTO19（TCODE=SPTOOL）-T代码等于主轴刀号，换刀结束

N2#199=#4003（G90/G91MODLE）

N3#198=#4006（G20/G21MODLE）——保留之前的模态信息

N4M50——刀库门开

N5IF[#1002EQ1]GOTO10（SPTOOL=0）——如果主轴刀号为0，直接抓刀

N6M56——刀库旋转刀当前主轴刀位

N7G91G30P2Z0M19——Z轴回第二参考点，主轴定向，准备抓刀

N8G91G30P2X0——X轴回第二参考点，主轴还刀

N9GOTO12

N10G91G28Z0——Z轴回第一参考点

N11G91G30P2X0——X轴回第二参考点

N12M52——主轴松刀

N13G91G28Z0——Z轴回第一参考点

N14M62——設置D0=0，主轴已为空刀

N15IF[#1001EQ1]GOTO21（TCODE=0）———如果命令T0则无需抓刀

N16M57——刀盘旋转到新的刀位

N17M52M54——刀具放松，吹气

N18G91G30P2Z0——Z轴到第二参考点

N19M53M55——刀具夹紧，关气

N20M65——设置当前主轴新刀号到D0

N21G91X-500——主轴移出刀库

N22M51——刀库门关

N23G#198G#199——恢复模态

N24M30——换刀完成

5.3

变量解释

#1000

G54.0

判断指令T代码和主轴上刀号是否一致，若一致#1000=1;

#1001

G54.1

判断指令T代码是否为0，若T0#1001=1;

#1002

G54.2

判断主轴是否有刀，若没有刀，则#1002=1。

5.4

数据表定义

DO主轴当前刀号。

5.5

系统参数设定要求

设定P6071=6使用M6调用O9001宏程序

按实际要求设定Z轴第一参考点P1240，X、Z轴第二参考点P1241

5.6

M代码定义

M19主轴准停;M50刀库门开;M51刀库门关;M52刀具放松;M53刀具夹紧;M54吹气;M55关气;M56刀盘旋转刀当前主轴的刀位;M57刀盘旋转到新的刀位

5.7

基本的PMC程序

由于采用伺服分度，刀位搜寻在编程上变得十分简单简单，PMC数据的处理全部为二进制。

PMC的I/O定义如下：

Y1.5刀库伺服使能;

Y1.6刀库位置信号触发;

Y1.7=1，刀库手动旋转模式，Y2.0=1，Y2.1=0时，手动正转，速度设在参数P1-09;Y2.0=0，Y2.1=1时，手动反转转，速度设在参数P1-10;

Y1.7=0，刀库自动旋转，由Y1.6脉冲触发，位置由YB0决定;

Y5.0刀库速度模式，Y5.1，手动正转，Y5.2，手动反转;

X0.0，伺