基于FANUC-0i-TTC的曲軸連桿頸內銑控制系統設計及應用

羅 敏

(湖北汽車工業學院電氣工程系，湖北十堰 442002)

東風輕型發動機有限公司由東風汽車有限公司和東風汽車股份有限公司共同出資組建，主要生產日產和東風品牌ZD30系列柴油發動機，為東風汽車股份公司日產和東風品牌的輕卡、輕客、SUV提供動力總成。其曲軸生產線以進口二手設備加少量國產新設備組成。在該生產線上，曲軸主軸頸加工采用車拉工藝，連桿頸加工采用內銑工藝，均為二手設備。該連桿頸內銑機床型號為CKM200(圖1)，原控制系統為兩套FANUC-0MC系統，需要進行技術改造。

CKM200內銑與 FKP20內銑機床［1］結構相同的是：機床有1個固定卡盤和1個移動卡盤；機床有2個刀盤，刀盤1和刀盤2；機床共有6個坐標軸，Z1和Z2分別用于門架1和門架2的縱向移動，實現軸向定位，X1/Y1和X2/Y2分別用于刀盤1和刀盤2的銑削進給。所不同的是CKM200機床配有2個中心架，中心架1固定在門架1上，借助Z1坐標軸而移動，中心架2固定在門架2上，借助Z2坐標軸而移動。

此前，我們曾為東風康明斯發動機公司進行過兩輪曲軸內銑機床數控改造，分別用于連桿頸和主軸頸加工。2003年，用兩套FANUC-0MC系統構建和開發了曲軸連桿頸內銑控制系統，用于連桿頸內銑數控改造［1-2］。2007年，用西門子840D構建和開發了曲軸主軸頸內銑控制系統，用于主軸頸內銑數控改造［3-4］。本次技改用FANUC-0i-TTC雙刀架車床控制系統構建和開發新型曲軸連桿頸內銑控制系統。

1 硬件配置

硬件配置框圖見圖2。X1、Y1、Z1由通道1控制。X2、Y2、Z2由通道2控制。6個坐標軸配置絕對編碼器，構成半閉環控制的伺服軸。6個坐標軸電動機選用40 N·m/3000 r/min電動機，其中Y1/Y2軸電動機帶內置抱閘。掛在I/O LINK總線上的伺服放大器用于測量機的控制。

具體配置如下：

(1)操作顯示單元：10.4英寸LCD觸摸屏。

(2)NC 基本單元：0i-TTC。

(3)系統主板：Pentium/PMC-SB7/有模擬主軸，A02B-0309-H107。

(4)MDI單元：A02B-0281-C126#TBE。

(5)分線盤I/O模塊(基本模塊)：A03B-0815-C001，3 塊。

(6)分線盤I/O模塊(擴展模塊)：有手輪接口，A03B-0815-C002，1 塊。

(7)分線盤I/O模塊(擴展模塊)：無手輪接口，A03B-0815-C003，8 塊。

(8)X1/Z1/X2/Z2 伺服電動機：40 N·m，3000 r/min伺服電動機4臺，型號為A06B-0257-B100。

(9)Y1/Y2伺服電動機：40 N·m，3000 r/min伺服電動機2臺，型號為A06B-0257-B400。

(10)電源模塊：55 kW，型號為 A06B-6140-H055。

(11)伺服放大器：160 A模塊6個，型號為A06B-6117-H106。

(12)測量機電動機：4 N·m，4000 r/min伺服電機1臺，型號為A06B-0063-B203。

(13)I/O LINK伺服放大器：A06B-6132-H002。

(14)便攜式手輪：A860-0203-T013。

2 FSSB伺服總線的設定

CKM200內銑共有6個直線軸，按單CPU雙通道進行設定。

FSSB設定見圖3，采用手動設定2方式。系統參數 1902#0=1，1902#1=0。

(1)軸名的設定：通道1和通道2軸名作相同設定。

N01020 A1 P88 A2 P89 A3 P90；軸名

(2)伺服軸號的設定：通道1伺服軸號為1，2，3；通道2伺服軸號為4，5，6。

N01023 A1 P1 A2 P2 A3 P3；通道1軸號

N01023 A1 P4 A2 P5 A3 P6；通道2軸號

(3)從屬器地址轉換表數據設定：全部在通道1中設定。

N1910 P0；從屬器1地址(從屬器號-1)

N1911 P1；從屬器2地址

N1912 P2；從屬器3地址

N1913 P3；從屬器4地址

N1914 P4；從屬器5地址

N1915 P5；從屬器6地址

N1916-1919 P40；無從屬器

3 同步M指令的應用

雙刀盤加工的運行需要同步協調，對于軸頸的銑削要求同步切入切出。這里通道1即刀盤1負責加工曲軸第3、4連桿頸，通道2即刀盤2負責加工曲軸第1、2連桿頸。因此第3和第1連桿頸、第4和第2連桿頸的加工開始與結束分別需要同步。使用M指令實現同步。用參數指定同步M代碼的范圍M100～M150。

N8110 P100；同步M代碼起始代碼

N8111 P150；同步M代碼結束代碼

4 坐標軸零點的設定

總體思路是：不用柵格方式找零點，而是將刀盤中心與主軸母線中心完全重合點強制設定為坐標軸X1/X2和Y1/Y2的零點。Z1/Z2也一樣，采用設零點的方法建立參考點。其基本的原理是在合適的時候，將“絕對編碼器零點建立否”參數1815#4強制為1。一般情況下，該參數自動設定。

零點設定的具體方法如下：

(1)設定參數1002#1=1，全部軸回參考點都不使用減速信號。

(2)設定參數1815，使用絕對編碼器。

①1815#4=0：絕對編碼器零點未建立。

①1815#5=1：使用絕對編碼器。

(3)確認絕對編碼器電池已連上。

(4)用手輪進給移動坐標軸，使電動機移動一轉以上，方向和速度不受限制。

(5)切斷電源，再接通電源。

(6)用手輪進給將坐標軸移動到零點位置。

(7)將參數1815#4置1。

(8)切斷電源，再接通電源。

5 內銑宏指令

針對曲軸內銑加工的工藝要求，采用宏程序開發了基于幾何形狀尺寸、刀具信息、切削工藝參數、刀具補償等數據編程的固定循環。其調用格式為：

G102 Rr Qq Ss Aa Bb Ee Ii Jj Kk Cc Dd；順銑

G103 Rr Qq Ss Aa Bb Ee Ii Jj Kk Cc Dd；逆銑

R=#18：刀盤半徑(mm)

Q=#17：連桿頸半徑(mm)

S=#19：曲炳半徑(mm)

A=#1：切入長度 1，即 PA(mm)

B=#2：切入長度 2，即 PB(mm)

E=#8：空切入長度(mm)

I=#4：PA 切入段進給速度，即 EA(mm/min)

J=#5：PB 切入段進給速度，即 EB(mm/min)

K=#6：整圓切削速度(mm/min)

C=#3：切入角度(°)

D=#7：補償號

6 刀補輸入畫面的開發

應用FANUC PICTURE開發了機床刀具補償輸入畫面，如圖4所示。

在進行刀補輸入時，先將光標定位到需要修改或輸入刀補的數據上，然后輸入緩沖區輸入刀補值，如果按［+輸入］鍵，則當前輸入值疊加到原刀補值；如果按［輸入］鍵，則用當前輸入值替換原刀補值。［清除］和［回退］鍵用于輸入緩沖區數據的刪除，按［清除］鍵，即清除輸入緩沖區的數據；按［回退］鍵，則只刪除1個字符。

7 結語

采用FANUC-0i-TTC數控系統改造CKM200曲軸連桿頸內銑，于2008年6月成功投入運行，用于東風輕型發動機有限公司ZD30曲軸連桿頸加工。與前兩次曲軸內銑數控改造的技術對比如表1所示。

表1 技術對比

［1］羅敏.利用宏程序開發曲軸內銑及補償功能［J］.制造技術與機床，2003(12)：89-91.

［2］羅敏.用雙0M系統控制曲軸內銑［J］.制造技術與機床，2004(3)：81-83.

［3］羅敏.基于840D的曲軸內銑控制系統設計及應用［J］.制造技術與機床，2009(6)：141-144.

［4］羅敏.基于R參數的曲軸主軸頸內銑加工循環編程［J］.制造技術與機床，2009(7)：117-120.

［5］石青輝，王洋，原泉，等.SIEMENS 840D系統在內銑機床改造中的應用［J］.制造技術與機床，2005(3)：120-122.