FANUC 系統在數控車床改造中的應用

尹昭輝，周禮根

(1. 淮安信息職業技術學院，江蘇淮安223003; 2. 江蘇福斯特液壓科技有限公司，江蘇淮安223003)

某企業現有CK6136 經濟型數控車床2 臺，標配國產基于PC 機的數控系統，主軸無極調速采用變頻器控制，x、z 軸步進電機驅動，定位精度0.01 mm，刀具裝置為四工位電動刀架，其他主要附加裝置有冷卻和手動潤滑系統。該機床近期出現系統不穩定現象，隨機故障率增加，使用效率下降，維修成本增高，直接影響生產。經查，機床機械性能良好，外圍電氣元件、線路未見老化，綜合各方面考慮，決定對該機床進行數控系統升級改造。

1 改造內容

1.1 數控系統升級

該機床故障率升高的原因主要是由數控系統引起，車間的工作環境不佳使得控制計算機的硬件出現受損、老化，粉塵使得外部接口信號不穩定，所以對于數控系統的升級主要考慮的因素就是穩定性。結合當前市場上一些主流數控系統，并綜合考慮價位以及員工可操作能力，作者決定選用FANUC 0i Mate TD數控系統，它的高可靠性、高集成性、高性價比使其獲得了良好的口碑，在經濟型數控車床上得到了廣泛的應用，其各硬件以及接口、線纜隨系統標配，連接、維修更加方便。

1.2 機械部分的改造

由于該機床機械性能良好，不需要做大的改動，絲杠、導軌、主軸箱等關鍵部件要做清潔和防銹處理，改造的重點是FANUC 系統標配伺服電機與機床主體以及絲杠的連接、調試。

1.3 電氣控制改造

由于主要機械動作能滿足使用要求，不做大的改動，因此主軸控制、刀架控制、冷卻控制等部分的主回路和控制回路基本不變，需要增加的是自動潤滑系統相關的液面反饋、潤滑輸出和潤滑泵動作等控制線路。基于該機床的各I/O 信號要與FANUC 數控系統進行通訊，與原來開放式系統有所不同，故該部分需要重新設計。

1.4 上電調試

在完成各部分改造之后，要對機床進行整機上電調試，需要進行PMC 地址的設定、梯形圖的編制、伺服參數的設定、軸參數的設定、試切削等項目，根據試切削情況進行必要的優化，最后完成機床的升級改造。

2 改造過程

2.1 機械部分

將原有步進電機拆下，改為FANUC 伺服電機，由于該電機結構尺寸和原有安裝位置尺寸不同，需要重新制作一個電機支撐座，需要重點保證電機安裝面與支撐座地面的垂直度以及電機與絲杠的同軸度;電機與絲杠采用1∶1 同步齒形帶連接;考慮到安裝調整方便，同步帶輪和絲杠采用無鍵錐環連接;這樣形成伺服電機－同步齒形帶－絲杠的傳動鏈;自動潤滑裝置安裝在原有手動潤滑位置即可，考慮潤滑油管的連接。

2.2 數控系統的連接

FANUC 系統的伺服驅動器、主控制器、I/O LINK、接口、線纜等均為統一配備，只需要按照硬件連接說明書要求連接即可。主控制器上的COP10A通過FSSB 與驅動器COP10B 連接，進行伺服信號的發送;JD1A 端口與I/O LINK JD1B 端口連接，負責外部信號與內部PMC 的輸入輸出控制;JA40 連接變頻器輸出主軸轉速指令模擬電壓信號;JA7A 口接主軸原有的脈沖編碼器，負責主軸轉速的反饋;JD36A口接一RS2S2 串口電路，負責串行通信。伺服驅動器上CX19B 口接入24 V 直流電源，CZ4 口連接來自伺服變壓器三相電源，CZ5 口接伺服電機，CX30 口接急停信號，JF1 口接伺服電機位置反饋。手搖脈沖發生器接I/O LINK 上JA3 口。如圖1 所示。

圖1 FANUC 數控系統硬件連接圖

2.3 電氣控制部分

首先梳理出該機床的所有I/O 信號，主要有機床側信號和操作面板信號。機床側信號包含限位、刀位檢測、換刀輸出、冷卻輸出、潤滑檢測、三色燈等，將這些信號線接入繼電器模塊組，來實現信號的轉換、放大等，然后各信號從繼電器模塊組出來，再接入分線器模塊的各個位置，此時需要注意分線器上各個端子位置的使用說明，防止接錯，最后利用50 芯扁平線纜接入到I/O LINK 的CB104 端口;機床操作面板上的各個按鈕、旋鈕、指示燈、波段開關等功能信號也通過50 芯扁平線纜連接到I/O LINK 的CB105、CB107 端口，連接示意圖如圖2 所示。其布線按照相關電氣標準執行。

圖2 外圍控制信號連接圖

2.4 上電調試

2.4.1 PMC 地址的設定及梯形圖編制

FANUC 0i Mate TD 配備的單板式I/O LINK 有4個接口，分別為CB104、CB105、CB106、CB107，每個口有24 個輸入點和16 個輸出點，即該板總共96個輸入點和64 個輸出點，完全可以滿足該機床的信號使用要求。CB104 用于機床側信號，CB105 和CB107 用于機床操作面板，同時考慮X8.4、X9.1 和X9.2 這3 個地址NC 系統內部已固定，必須使用，在進行完組、座、槽、名稱的設定后，其PMC 地址就被定義，如表1 所示。

表1 PMC 地址分配及占用端子

接下來根據各信號地址和需要實現的功能進行梯形圖的編制，主要考慮兩個方面:

(1)容易造成嚴重后果、需要快速響應的信號編入一級程序，比如急停、各方向超程限位等，其他功能塊程序編入二級程序。

(2)嚴格按照FANUC 梯形圖編制要求執行。

梯形圖編輯完成后，利用CF 卡導入數控系統中去，進行各信號測試。

2.4.2 參數的設定

數控系統能夠正常運行的重要條件是必須保證各種參數的正確設定，不正確的參數設置與更改，都可能造成嚴重的后果，因此必須在機床運行前對相應的參數進行正確的設定，在設置參數時嚴格按照參數說明書執行。

(1)基礎性參數設置。主要包括I/O 通道、超程檢查、各軸互鎖、手輪有效等，進入SYSTEM 畫面，軟鍵選取參數畫面，找到各參數對應的位置號，然后輸入相應的參數。

(2)主軸參數的設定。主要對電機名稱、電機代碼、主軸最高轉速、電機最高轉速、電機回轉方向、主軸傳感器類別、位置編碼器旋轉方向等參數進行設定，需要連續按SYSTEM 功能鍵，顯示設定幫助畫面，然后選取主軸設定，按照要求對各參數進行正確的設定。

(3)伺服參數的設定。主要對電機代碼、指令倍乘比、AMR、電機旋轉方向、柔性齒輪比N、速度反饋脈沖數、位置反饋脈沖數、參考計數器容量等參數進行設定。對這些參數設定時特別注意是位型還是位軸型，位型參數由8 位組成，每個位都有不同的意義;軸型參數允許對每個軸分別設定參數，各參數類型的數據范圍為一般有效范圍，具體參數范圍根據實際情況確定，x 軸和z 軸分別設定，還需要注意在有些參數設定完畢后必須斷電重啟。

(4)軸參數的設定。該類參數包含各個軸的名稱、伺服增益、運行速度、軟限位、加減速常數等，主要集中在1 006 ～1 624 號參數。同樣進入參數設定幫助畫面，然后選取軸設定，進入后對每個參數進行有效設定，需要特別注意的是對機床零點的設置。β8/3000is 伺服電機內置絕對值編碼器，根據改造需要進行無擋塊參考點設置，步驟如下:

①用手動方式，移動x 軸和z 軸到達所需要設定的零點附近位置;

②設定參數1815#4 和1815#5 為0;

③系統斷電后重新啟動系統;

④在不移動x 軸和z 軸的情況下，重新設定1815#4 為1，再重新啟動系統;

⑤系統報警，要求回原點，然后設置1815#5 參數為1，再次斷電啟動。

以上參數設置完整性以畫面有無報警為標準。

2.4.3 調試與試切

(1)對機床的各個功能進行運行調試，包括手動操作、快速操作、手輪操作、編輯功能、MDI 功能、自動運行、刀架控制、主軸控制、其他輔助動作等。

(2)試件切削。以該機床承擔的加工任務中的典型零件作為試切載體，通過對刀、程序輸入、加工、檢測等環節對改造后的機床加工性能進行評估。

3 結束語

改造后機床經過一段時間的生產使用后，未發生系統性故障，各項功能正常，產品質量穩定，生產效率大大提高，充分證明此次改造是成功可行的，為企業節省了大量的設備成本，同時也為該企業在其他傳統設備的數控化改造方面提供了理論和實踐依據。

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