FANUC系统数控机床调试方法的改进与应用

摘要 以刀库加工中心为平台介绍了PMC程序的设计与调试过程，并从切换轴急停信号、卸刀手状态指示器调试及旋转轴位置检测调试3方面，对斗笠式牛刀FANUS系统的操作方法和调试过程进行了论述，指出了PMC对于数控机床调试具有的机床运行稳定、调试方便作用，并提高了工作效率。
关键词 FANUC；PMC；数控机床；调试方法

    在数控机床行业中，数控系统是指计算机数字控制装置、可编程序控制器、进给驱动与主轴驱动装置等相关设备的总称。有时是指其中的计算机数字控制装置，并将该控制装置称为数控装置。数控系统的组成及各部分的作用，如图1所示。

    从图1 Position-Mate-A轴切换控制原理框图中可看出本单轴CMC操作系统主要适用于刀库，这需要连续且更为精确定位的CMC系统，该加工中心由以下结构组成：单轴定位控制器、两个伺服电动机、1个伺服单元。这些设备主要用于对刀库转台的控制。该机床具有一种优势，就是转台和刀库无需同时动作，这就避免了由于摩擦等原因产生的设备磨损，从而达到降低成本的目的。
    对程序指令的发放和处理具体步骤为：(1)CNC控制器负责对PMC发放指令。(2)PMC根据对CNC发放指令的运算处理并发出控制指令和移动指令。转台运行指令和轴切换指令的作用是使控制器的运行方式发生转变。即由刀库运行转变为转台运行。具体流程为：(1)伺服处于断开状态；(2)切换伺服电动机动力线；(3)地位控制器由刀库方式变为转台方式；(4)接通伺服；(5)到达指定位置。
    值得注意的是，上述步骤运行完成后切换到刀库的运行方式，其中需要急停信号切换到控制器急停接口。
    在机床的运行过程中通常会出现较多意外情况，操作者要凭经验对其进行分析，当出现刀库剧烈抖动时，如果处理不当刀库中各部件损坏程度将加深。这种现象的出现是由于在急停释放时，控制器处于复位状态，此时轴的运行方式发生转变，但实际上该指令并未执行，因此会出现非正常的轴切换动作。针对上述问题的分析和研究后发现，使用常用的方法去解决这一问题并未得到较好的效果。经过实践研究发现采用以下的方法解决该问题，将起到满意的效果。即在转换过程中使输出处于断开状态，这就不会使刀库出现剧烈抖动现象，根据以上分析对PMC急停回路进行了改进，如图2所示。

    具体分析如下；在转台旋转的过程中，按下急停按钮后。ESP信号与EMGB接通，随后进行自行解锁，如果不切除总电源该信号将不发生任何变化。因此，虽然CNC已回到初始状态，但EMGB信号始终为“1”，用于切换转台和刀库的输出信号却始终为“0”，这会使两个切换接触器同时断电，并且定位控制器和伺服单元处于报警状态，此时会对CNC发出报警信号和信息提示。如果要解除报警，则必须切断电源重新启动机床，利用上述方法可从根本上排除该故障。

1 ATC装／卸刀手状态指示器调试分析
    某加工中心使用分离式结构刀库机械手，用液压油缸的方法来完成机械手换刀的环节。机械手在主轴侧顺时针转动180°完成换刀动作。感应块触发LS+180°进而接近开关来得到位检测。在下一换刀工序中，机械手反转180°实现换刀，感应块触发LS+180°进而接近开关来得到位检测。从上述换刀步骤分析可得出结论，机械手需正／反转75°动作就可达到换刀目的。也就是在每次换刀过程中，手架只需正转或反转180°。
    对于确定机械手正传或反转180°较困难。因为每次机械手换刀的起始位置总是处于-75°，而相应的感应块位置并不在接近开关的位置，因此无法确定机械手所处的具体位置。如果能在PLC辨别出机械手的位置和状态，则可简单的控制±180°回转方向。
    如图3所示，文中针对在日本FANUC Oi系统PLC程序基础上进行了改进，以适应实际工作需要。循环技术是该程序的重要组成部分，其工作原理类似于逻辑电路中的触发器。其运行原理如下：PLC中的S信号代表着计数状态，当S信号为“0”和“1”时分别代表携手抓和装刀爪，图3代表装刀手的运行状态变化趋势S。S状态的变化与机械手旋转次数有关，每旋转一周变化一次。此系统运行时为断电保护，因此当出现断电或停机现象时不会发生数据丢失。

    由图3可知，在两次换刀过程中，当M信号传输到机械回路中，第一次机输出+180°，第二次输出-180°。因此机械手第一次正转180°，第二次反转180°，然后分别进入动作ATC6。当进行机械手的拆卸工作时，要依据机械手的位置设置与相对应的0或1数据，设置过程在计数器中完成。

2 旋转轴位置检测调试方法
    通过技术引进而生产的加工中心刀库可取代绝对位置编码器。该技术原理如图4所示。在控制系统PLC输入接口中会得到两位BCD码DL1～DL8、DH1～DH4和同步信号DB。对于每个刀位PG都会给出与刀位号相同的BCD码，PLC根据起动刀链的驱动装置，得到与编码器输出相符的刀位，最终实现精确定位。

    考虑到费用和工作效率等问题，文中设计了一套既经济又适用的位置识别方法。如图5所示，在刀链的主动轮上制作一个感应盘，该感应盘分为4个感应区间。对于刀位旋转的计数和定位监测，又另外安装了2个无触点开关，分别为LS1和LS2。定位控制：在PLC移动指令完成时，将刀链速度在正常运行速度的基础上调慢。当LS1、LS2同时接通时停止机器的旋转，然后进行精确定位。其程序如图6所示。

    PLC中含有加／减循环计数装置，该程序计数装置的范围是1～60，断电保持型循环计数器的地址为D515，其中D517内寄存的数据格式为现行计数值类型。由刀链刀号顺序确定的刀库在正转(MGCCW)时的计数由CCWP触发，CMP触发刀库反转计数信号。当刀位旋转一次，计数器进行加减计数，防止在计数的过程中出错。例如：机床在正常工作过程中出现断电或停车。如果重新启动，计数将发生错误。针对该问题，文中设计了一个特殊装置CANP。该装置确保了刀链运动至LS1和LS2时，均未感应位置起动直到停止期间才允许计数。为随后换刀程序的顺利进行，在刀库运行期间将D517内部数据保存到D560内。该机床无需担心机床突然停机而造成的数据丢失，因为该机床具有断电保护功能。
    机床的调试与使用要根据实际工作情况而定，不能按照统一的模板解决所有问题，文中仅针对之前所遇到的问题做出了分析。在实际工作中采用以上方法使机床运行稳定，且方便调试。同时还提高了工作效率。因此，该方法具有较好的发展与应用前景。