鉆攻中心刀庫在軟件和參數(shù)的性能優(yōu)化
鉆攻中心憑借其高速,、高精度的加工特點,備受市場青睞,，是蘋果,、三星等3C產(chǎn)品零件制造的關鍵設 備,。為了提高我國制造裝備技術水平,，從“中國制造” 向“中國創(chuàng)造”轉變,，研制T5鉆攻中心,通過系列攻關,，解決了鉆攻中心的 關鍵技術問題,，并廣泛用于企業(yè)生產(chǎn),。從系統(tǒng)研究鉆攻中心的刀庫控制技術,，提出了影響品質的解決方法。 T5鉆攻中心采用 FANUC - 0I -MATED精工系統(tǒng),，德大BT30 16T輻射式刀庫,采用提 高換刀速度,減少換刀時間,，降低換刀過程中的噪聲， 提高了鉆攻中心控制技術水平,，從而進一步提升了鉆 攻中心品質,。1提高換刀速度1.1改變刀庫電動機輸入頻率 本機床刀庫旋轉采用臺達VFD004EL43A(400 W) 變頻器，控制CM09RA150TJT - UB刀庫電動機,。根據(jù) 電動機轉速控制原理n =60/今（其中f為電源頻率,P 為電動機極對數(shù)）可知,，通過提高電源輸入頻率,提高電動機轉速，從而提高刀庫的整體換刀速度,。根據(jù)刀庫信 號跟蹤測試,刀庫電動機輸入頻率為分別50 Hz,、60 Hz、 70 Hz時,連續(xù)換16把刀具所用時間見表1,。 刀庫電動機輸入頻率為50 Hz,相鄰刀套轉動用時 0.4 s,換16把刀具,，刀庫旋轉用時為6.4 s。刀庫電動 機輸入頻率調整為60 Hz后,理論應該減少1. 1 s;調整 為70 Hz后,理論應該減少1.8 s,。與實際測試數(shù)據(jù)不 符,，原因是使用變頻器后控制上有電動機加減速時間參 數(shù)設定,而最少的加減速時間設定為0.1 s,刀庫旋轉一 個刀位總時間為0.4 s,處于加減速過程中的時間就達 到0.2 s,占據(jù)了刀庫旋轉時間的一半，所以電源頻率的 提高對于這種測試方式影響不大,。連續(xù)換16把刀測試 中,，每個換刀動作中，刀庫只轉動了一個刀位,，使用變頻 器效果不明顯,。分別對裝了 8把測試刀柄與刀庫沒裝 刀的情況進行測試,具體情況見表2、表3,。 從表2,、表3看出，可以刀庫連續(xù)轉過多個刀位,， 電源頻率提高到60 Hz時,，刀庫選刀效率提高17%左 右；電源頻率提高到70 Hz時,，刀庫選刀效率提高27% 左右,。綜合考慮換刀整個過程，換刀過程中,，刀庫轉過 刀位數(shù)越多,，刀庫換刀效率提高越多。筆者公司刀庫為就近選刀,，一次換刀,，刀庫最多轉過8個刀位,，即換刀 效率為最高的情況。根據(jù)計算得出,，整個換刀動作完成，刀庫電動機工作頻率為60 Hz時,，最高提高換刀效 率為10% ;刀庫電動機工作頻率為70 Hz時,，最高提高 換刀效率為16%。 刀庫電動機額定電流為0.5 A,從表4可看出,，提 高電動機頻率后,，未超出電動機額定電流，刀庫頻繁換 刀后,，電動機未出現(xiàn)發(fā)熱情況,，且刀庫換刀動作正常。 但是與刀庫廠家溝通,，刀庫廠家允許的刀庫電動機最 大工作頻率為60 Hz,若繼續(xù)提升刀庫電動機工作頻率,換刀過程中可能出現(xiàn)危險,。1.2改變換刀參數(shù)改寫方式 在換刀動作完全相同的情況下，PMC的窗口功能 可改寫系統(tǒng)數(shù)據(jù),按執(zhí)行速度可分為低速響應指令和 高速響應指令,，但寫系統(tǒng)參數(shù)功能只有低速響應,，需要 數(shù)個掃描周期才可完成，且一個掃描周期只能執(zhí)行一 個數(shù)據(jù)寫入功能,。為了改變這種情況,，子程序中使用 M代碼激活PMC進行參數(shù)寫入，并在程序結束時,，將 參數(shù)寫成原來值,。如程序G10L52,設定參數(shù)輸入方 式;N1601R0100010,將參數(shù)P1601斜修改為“0”，快速移動程序段不允許重疊,；N2092P3R0,將參數(shù)P2092 Z 軸快速移動前饋系數(shù)設為“0” ,； N1826P3R11000,將參 數(shù)P1826 Z軸到位寬度設為“11000” ；G11 L52,取消設 定參數(shù)輸入方式,。通過試驗直接更改完系統(tǒng)參數(shù)后執(zhí) 行換刀程序,，比在換刀子程序中使用PMC的窗口功能 寫參數(shù)功能少用4 s。1.3減少寫入?yún)?shù)程序段 換刀子程序中,，Z軸移動使用G54. 1 P48坐標系,， 在程序開始與結束時，都要對此坐標系的Z軸偏置進 行更改,，增加了子程序運行的時間,。為省略對坐標系 更改的時間，直接使用G53機械坐標系,，子程序中使 用G53進行編程,。程序更改完成后,，進行時間測試, 發(fā)現(xiàn)使用G53坐標系的子程序，比使用G54. 1 P48坐 標系的子程序時間增加了 12 s,。通過查找資料,G53 有快速定位方式,，但開啟快速定位方式,要使用快速移 動程序段間程序重疊功能，與之前的減速方式?jīng)_突,。 為不在子程序中增加坐標系更改的程序段,，利用 第2、3,、4參考點,將換刀過程中Z軸之間的移動,，轉化 為Z軸回參考點的運動。通過參考點參數(shù)的設定,，與 程序的配合,，達到不使用具體坐標系來移動Z軸。更 改程序之后,，與之前使用G54. 1 P48坐標系的程序對 比,，換刀時間減少了 4 s。經(jīng)過使用G53坐標系及回參 考點方式對Z軸移動的測試,，時間對比結果為,，使用 G54. 1 P48坐標系方式，換刀時間最少,。1.4簡化換刀子程序 通過測試,不使用G10指令對G45. 1 P48坐標系 進行更改,，而是使用宏變量直接賦值,如程序N20#501 =#7943; N30#502 = #5203;且子程序中使用模態(tài)的指 令，只在程序開始指定一次,，之后的都簡化掉,如程序 N80M19G54. 1P48G64G90G00G40G49G15G21G80Z0H0,。 按此方式簡化換刀子程序后，測試時間比未簡化時 減少 2 s,。1.5使用高速M/S/T/B接口 試驗過程中發(fā)現(xiàn),M代碼的處理也會占用一部分 時間,，每個換刀子程序中有7個M指令，換16把刀,， 累加起來也是非?？捎^的。 FANUC低速M/S/T/B接口首先捕捉M/S/T/B的 完成信號FIN的上升(從‘0’變?yōu)?lsquo;1’）,，而后在接收到 完成信號的下降（從1變?yōu)?0’）后才完成動作,，而高 速M/S/T/B功能的不同之處在于，其只捕捉完成信號 一次的變化,就算完成動作,。且完成信號是分別處理, 而不是M,、S、T功能的完成信號都由G4. 3處理。 FANUC高速M/S/T/B接口,，可以提高M代碼的處理速 度,，從而提高機床的加工效率。設置P3001#7為“1”,，使用高速M/S/T/B接口功能,。對PMC進行改動,實現(xiàn)高 速處理M代碼。使用高速M代碼處理后,，與未用高速 M代碼相比,，換刀時間減少了 3 s,提高M代碼的處理速 度，也就直接減少了換刀時間,，提高了加工效率。1.6優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù) 通過將減速點之前的程序段打斷,，換刀聲音有了 很大的好轉,，但要配合對系統(tǒng)參數(shù)進行更改，且只能在 換刀過程中按照此參數(shù)執(zhí)行,換刀完成之后,，要將更改 的參數(shù)還原,，進行正常的加工。 使用G10可編程數(shù)據(jù)輸入功能,，在子程序開始 時,使用此功能將系統(tǒng)參數(shù)改為換刀過程中要求的參 數(shù),，即P2092設置為“0”、P1826設置為“11000”,、 P1601#4設置為“0”,。換刀動作完成之后，再使用此功 能將參數(shù)恢復為原來的值,。 經(jīng)過上述各種試驗與探索,，最終確定換刀子程序如下。 2降低換刀噪聲 2.1尋找合適的停頓點 由于刀庫導板的圓弧與直線過渡處有一定夾角,， 當?shù)稁旖?jīng)過此處時,，導向輪會與直線面、圓弧面產(chǎn)生沖 擊,。如圖1所示,刀庫廠家建議編程是在刀庫導向輪 距離夾角另一邊有0. 2?0. 3 mm的位置,Z軸移動速 度將為零,，然后再讓Z軸用G00的速度加速,從而使 接觸時有小的速度,不會產(chǎn)生過大的沖擊，找到合適的 停頓位置成為關鍵,。 按刀庫廠家推薦的距離,，用0. 25 mm的塞尺放入 導輪與導板的夾縫處，逐漸調節(jié)Z軸位置,，保證Z軸 向上,、向下停頓處導輪與導板有0.25 mm間隙，記下Z 軸的機械坐標值，分別作為Z軸向上與向下的停頓位 置,。設定好后進行換刀動作,，當進給倍率比較低時，換 刀聲音比較小,，但隨著倍率的提升,，換刀聲音也隨之增 加。當進給倍率達到100%時,，換刀聲音較大,，不可用行調整，再判斷換刀聲音,。調整之后,，聲音沒有大的改 善，仍有較大的撞擊聲,。使用此方法很難改善換刀噪 聲,，考慮使用其他方式處理。2.2尋找好的減速方式 通過G00程序段細化,，調整系統(tǒng)參數(shù),，讓Z軸在 特定位置以較低的速度通過，而不是直接降低移動速 度,。先將程序在接觸點之前3 mm打斷,，再移動到接 觸停頓點，再加速移動,。加上程序停頓之后,，換刀聲音 有所好轉，但Z軸移動有明顯停頓,，移動圖形如圖2 所示,。將Z軸參數(shù)P1826 (到位寬度）從“500”加大到 “5000 ” ； P2092 (先行前饋系數(shù)）從“9000 ”降為“0 ” ,； P1601#4設為“0”,，在快速移動程序段間不進行程序重 疊，對參數(shù)更改之后,，換刀聲音有明顯好轉,，但對換刀 時間的影響不大。使用 servo guide軟件對Z軸減速程 序移動速度曲線進行跟蹤,，并逐漸改P2092,、P1826參 數(shù)數(shù)值，將P2092設置為“0”,、P1826設置為“11000”,， 打斷距離為2 mm時,得到的運行圖形最好,，在程序打 斷處，可以保持一個較低的速度,，然后再繼續(xù)降速,，如 圖3所示，更改參數(shù)后換刀時間有所降低,，而對于換刀 過程中刀庫與導板之間接觸產(chǎn)生的聲音,，通過程序打 斷后,聲音有了明顯好轉。3結語 為減少鉆攻中心刀庫換刀時間,，對系統(tǒng)參數(shù),、換刀 子程序進行更改，并在保證其他參數(shù)不變的情況下,，對 單獨項目進行更改,，做出時間統(tǒng)計,通過時間對比，體 現(xiàn)出更改的效果,，具體更改項目及對換刀時間的影響,， 如表5所示。表5不同項目改進成效情況 經(jīng)過換刀位置,、減速方式、系統(tǒng)參數(shù)的更改,，換刀 動作過程及噪聲已達到******狀態(tài),，按目前的測試情況， 相鄰刀刀對刀換刀時間為2.4 s,刀庫旋轉時間為 0.424 s/把,。刀庫換刀過程平穩(wěn),，滿足正常使用。