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(diǎn),備受市場青睞,，是蘋果、三星等3C產(chǎn)品零件制造的關(guān)鍵設(shè) 備,。為了提高我國制造裝備技術(shù)水平,，從“中國制造” 向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變,，研制T5鉆攻中心,通過系列攻關(guān)，解決了鉆攻中心的 關(guān)鍵技術(shù)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(shù)，提出了影響品質(zhì)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(shù)水平,，從而進(jìn)一步提升了鉆 攻中心品質(zhì)。1提高換刀速度1.1改變刀庫電動機(jī)輸入頻率 本機(jī)床刀庫旋轉(zhuǎn)采用臺達(dá)VFD004EL43A(400 W) 變頻器,，控制CM09RA150TJT - UB刀庫電動機(jī),。根據(jù) 電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制原理n =60/今（其中f為電源頻率,P 為電動機(jī)極對數(shù)）可知，通過提高電源輸入頻率,提高電動機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)輸入頻率為50 Hz,相鄰刀套轉(zhuǎn)動用時 0.4 s,換16把刀具，刀庫旋轉(zhuǎn)用時為6.4 s,。刀庫電動 機(jī)輸入頻率調(diào)整為60 Hz后,理論應(yīng)該減少1. 1 s;調(diào)整 為70 Hz后,理論應(yīng)該減少1.8 s,。與實(shí)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(jī)加減速時間參 數(shù)設(shè)定,而最少的加減速時間設(shè)定為0.1 s,刀庫旋轉(zhuǎn)一 個刀位總時間為0.4 s,處于加減速過程中的時間就達(dá) 到0.2 s,占據(jù)了刀庫旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)過8個刀位,，即換刀 效率為最高的情況,。根據(jù)計(jì)算得出，整個換刀動作完成,，刀庫電動機(jī)工作頻率為60 Hz時,，最高提高換刀效 率為10% ;刀庫電動機(jī)工作頻率為70 Hz時，最高提高 換刀效率為16%,。 刀庫電動機(jī)額定電流為0.5 A,從表4可看出,，提 高電動機(jī)頻率后，未超出電動機(jī)額定電流,，刀庫頻繁換 刀后,，電動機(jī)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(jī)最 大工作頻率為60 Hz,若繼續(xù)提升刀庫電動機(jī)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(yīng)指令和 高速響應(yīng)指令,，但寫系統(tǒng)參數(shù)功能只有低速響應(yīng)，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(jìn)行參數(shù)寫入,，并在程序結(jié)束時,，將 參數(shù)寫成原來值。如程序G10L52,設(shè)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(shè)為“0” ； N1826P3R11000,將參 數(shù)P1826 Z軸到位寬度設(shè)為“11000” ,；G11 L52,取消設(shè) 定參數(shù)輸入方式,。通過試驗(yàn)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(biāo)系， 在程序開始與結(jié)束時,，都要對此坐標(biāo)系的Z軸偏置進(jìn) 行更改,，增加了子程序運(yùn)行的時間,。為省略對坐標(biāo)系 更改的時間，直接使用G53機(jī)械坐標(biāo)系,，子程序中使 用G53進(jìn)行編程,。程序更改完成后，進(jìn)行時間測試, 發(fā)現(xiàn)使用G53坐標(biāo)系的子程序,，比使用G54. 1 P48坐 標(biāo)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(biāo)系更改的程序段，利用 第2,、3,、4參考點(diǎn),將換刀過程中Z軸之間的移動，轉(zhuǎn)化 為Z軸回參考點(diǎn)的運(yùn)動,。通過參考點(diǎn)參數(shù)的設(shè)定,，與 程序的配合，達(dá)到不使用具體坐標(biāo)系來移動Z軸,。更 改程序之后,，與之前使用G54. 1 P48坐標(biāo)系的程序?qū)?比，換刀時間減少了 4 s,。經(jīng)過使用G53坐標(biāo)系及回參 考點(diǎn)方式對Z軸移動的測試,，時間對比結(jié)果為，使用 G54. 1 P48坐標(biāo)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(biāo)系 進(jìn)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(fèi)/S/T/B接口 試驗(yàn)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,， 累加起來也是非常可觀的,。 FANUC低速M(fèi)/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(fèi)/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(fèi)/S/T/B接口，可以提高M(jìn)代碼的處理速 度,，從而提高機(jī)床的加工效率,。設(shè)置P3001#7為“1”，使用高速M(fèi)/S/T/B接口功能,。對PMC進(jìn)行改動,實(shí)現(xiàn)高 速處理M代碼,。使用高速M(fèi)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(jìn)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(diǎn)之前的程序段打斷,，換刀聲音有了 很大的好轉(zhuǎn)，但要配合對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)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(jìn)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(shè)置為“0”,、P1826設(shè)置為“11000”,、 P1601#4設(shè)置為“0”。換刀動作完成之后,，再使用此功 能將參數(shù)恢復(fù)為原來的值,。 經(jīng)過上述各種試驗(yàn)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(diǎn) 由于刀庫導(dǎo)板的圓弧與直線過渡處有一定夾角,， 當(dāng)?shù)稁旖?jīng)過此處時，導(dǎo)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(dǎo)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(guān)鍵,。 按刀庫廠家推薦的距離，用0. 25 mm的塞尺放入 導(dǎo)輪與導(dǎo)板的夾縫處,，逐漸調(diào)節(jié)Z軸位置,，保證Z軸 向上,、向下停頓處導(dǎo)輪與導(dǎo)板有0.25 mm間隙，記下Z 軸的機(jī)械坐標(biāo)值,，分別作為Z軸向上與向下的停頓位 置,。設(shè)定好后進(jìn)行換刀動作，當(dāng)進(jìn)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(dāng)進(jìn)給倍率達(dá)到100%時,，換刀聲音較大，不可用行調(diào)整,，再判斷換刀聲音,。調(diào)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(xì)化,，調(diào)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(diǎn)之前3 mm打斷，再移動到接 觸停頓點(diǎn),，再加速移動,。加上程序停頓之后，換刀聲音 有所好轉(zhuǎn),，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(shè)為“0”，在快速移動程序段間不進(jìn)行程序重 疊,，對參數(shù)更改之后,，換刀聲音有明顯好轉(zhuǎn)，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(jìn)行跟蹤,，并逐漸改P2092、P1826參 數(shù)數(shù)值，將P2092設(shè)置為“0”,、P1826設(shè)置為“11000”,， 打斷距離為2 mm時,得到的運(yùn)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(dǎo)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(zhuǎn),。3結(jié)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(jìn)行更改,，并在保證其他參數(shù)不變的情況下，對 單獨(dú)項(xiàng)目進(jìn)行更改,，做出時間統(tǒng)計(jì),通過時間對比,，體 現(xiàn)出更改的效果，具體更改項(xiàng)目及對換刀時間的影響,， 如表5所示,。表5不同項(xiàng)目改進(jìn)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(dá)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(zhuǎn)時間為 0.424 s/把,。刀庫換刀過程平穩(wěn)，滿足正常使用,。