基于FANUC PMI-A的壓力機位置糾偏功能的實現

單素素 王目樹 秦石銘 王艷君

(山東交通學院信息科學與電氣工程學院，山東 濟南 250357)

壓力機是金屬成形領域被普遍應用的機械設備，隨著板料成形精度及尺寸需求，壓力機正朝著大加工臺面及多工位方向發展[1]。壓力機生產廠家一般通過設備零件加工精度和部件裝配精度來保證精度。但隨著壓力機加工臺面的增大以及壓力機長時間偏載使用，很可能導致滑塊及導軌發生形變，造成壓力機滑塊傾斜，左右位置發生偏差，這種情況將進一步導致沖壓過程中模具受力不均勻，影響模具以及成形件質量，同時加劇滑塊導軌、機械傳動、銅套等活動機構磨損，影響設備使用壽命[2-3]。

本文通過改善壓力機微調結構，實時監測壓力機滑塊左右位置偏差，并通過FANUC PMI-A 系統外部坐標偏移功能，通過滑塊微調機構來保證滑塊水平度，以解決壓力機左右位置偏差的問題。

1 壓力機糾偏原理

圖1為壓力機結構示意圖，主電機通過絲杠及連桿傳動機構帶動滑塊上下運行。連桿與滑塊連接處配置位置調整機構，該機構主要目的是可以根據沖壓模具高度來微調滑塊位置，使得壓力機下死點位置正好在模具閉合位置，保證沖壓過程中的安全[4]。但這里與常規壓力機不同的是，滑塊左右位置各配置一個微調機構，分別由2個伺服電機驅動，正常情況下2個電機需保持位置同步關系，滑塊水平。

當滑塊由于其他原因發生左右位置偏差時，偏差通過分別位于滑塊左右兩側的光柵尺檢出，此時若取消兩個微調電機的同步關系，單獨調整某個電機位置，會造成兩個電機絕對坐標不再一致，當重新建立同步調整關系時，會使得系統發出同步誤差過大報警。不過此時若將其中一個電機的坐標系偏移，偏移量即為滑塊左右偏差，該電機為保持絕對位置，發生移動，且移動量等于坐標偏移量，以此糾正滑塊左右位置偏差。此時兩個電機的絕對坐標依然保持一致，同步位置偏差為零，不會產生同步誤差過大報警。特別地，如果滑塊兩側偏差過大，如超過5 mm，則直接觸發系統報警以保護設備機身。圖2表示通過坐標偏移功能來實現壓力機滑塊位置糾偏的工作流程。

2 外部工件坐標系偏移功能

2.1 功能設置

在FANUC數控系統中，標配外部數據輸入功能，即一種從機械側等外部向CNC發送數據并執行規定動作的一種功能，包含外部刀具補償、外部程序號檢索、外部工件坐標系偏移、外部報警信息等一系列具體功能，這里用到的外部工件坐標系偏移可以通過PMC指令觸發某個軸的參考坐標系按給定值發生偏移，比如X軸坐標系發生+2 mm的偏移，如果X軸當前位置指令未發生變化，那么X軸伺服使能后，會自動移動-2 mm，以保持當前絕對坐標位置不變。

要通過使得某個軸的工件坐標系發生偏移，需要通過PMC寄存器地址激活外部坐標偏移功能、指定對哪個軸進行偏移以及具體的偏移量等，相關的PMC地址如表1。

CNC外部數據輸入(含外部工件坐標系偏移)執行過程如下[5]：

① 通過PMC設定功能(EA6～EA4)、軸選擇(EA3～EA0)及偏移量(ED31～ED0)。

② 通過PMC將讀取信號ESTB置1。

③ ESTB為1時，CNC即讀取相關地址數據。

④ 讀取完成后，CNC將讀取完成信號EREND(Fn060.0) 置1。

⑤ 當 EREND為1時，在PMC中將ESTB復位為0。

⑥ 當 ESTB為0時，CNC將EREND復位為0，完成數據輸入過程。

表1 外部工件坐標系偏移相關PMC地址

2.2 偏移量計算

由表1知，坐標偏移量是通過帶符號BCD碼指定的。當CNC系統參數No.6301#3=0時，使用ED15～ED0，16個二進制位(最高位為符號位)，即4位BCD碼來指定偏移量，范圍為±0～7 999；當No.6301#3=1時，使用ED31～ED0，32個二進制位(最高位為符號位)，即8位BCD碼來指定偏移量，范圍為±0～79 999 999；

其中偏移量單位為CNC檢測單位，例如當CNC最小檢測單位為0.000 2 mm時，采用帶符號8位BCD碼來指定偏移量(No.6301#3=1),且ED31～ED0中寫入數值為-10 000(BCD格式即1001 0000 0000 0000 0000)時，此時實際偏移量為：

(-10 000)[脈沖] ×0.000 2[mm/脈沖] = 2 mm。

3 壓力機糾偏功能實現

壓力機在沖壓過程中，合模之前，沒有產生壓力，此時微調電機可以靈活運動。在合模建壓之后，微調電機連接的螺桿調節機構由于受到較大壓力，如果此時微調電機嘗試向下旋轉，會因微調電機扭矩限制旋轉不動而報警。直接影響沖壓質量以及導軌受力磨損的主要是合模建壓后的零件成形過程。我們可以檢測合模建壓后的滑塊位置偏差，并將其保存下來，待滑塊回程模具分離后，再開始觸發微調電機坐標偏移，實現壓力機糾偏功能。

3.1 PMC程序

圖3為坐標偏移主要PMC程序。PMC獲取到需調整的偏移量(偏移量大于5 mm時直接觸壓機設備報警)后，根據文中2.2偏移量計算，結合CNC最小檢測單位，進一步運算得出以檢測單位為單位的偏移量，賦值給ED31～ED0。另外為了在NC程序中靈活控制偏移動作，PMC中定義M100開始坐標偏移，M101取消坐標偏移。

3.2 NC程序

%

O9005

G90

#1=#1200124*48000/100;

#2=#1200104*48000/100; //速度計算

...

M100; //開始偏移調整

G01X1=#1200024F#1; //滑塊下行點1

G01X1=#1200028F#2; //滑塊下行點2

…

M101; //關閉偏移調整

G01X1=#1200052F#8 ; //滑塊下行點8(開始合模)

G01X1=#1200056F#9;

G01X1=#1200060F#10;

G04P#1200244; //滑塊到下死點，開始保壓

G01X1=#1200064F#11; // 滑塊開始回程

G01X1=#1200068F#12; //

M99%;

以上O9005程序為伺服壓力機某沖壓工藝部分NC程序，在FANUC多軸高速響應模式下，宏變量地址#120XXXX對應寄存器地址DXXXX，程序中宏變量地址可以直接通過D寄存器地址來對應修改。在壓力機開始沖壓時，首先通過M指令結合PMC程序根據上次沖壓成形過程中記錄的滑塊左右偏載量觸發某側微調進行坐標偏移，微調電機移動，滑塊糾偏，同時開始沖壓過程。在合模建壓之前，通過M指令及時關閉坐標偏移功能，以防微調絲杠受壓，微調電機調節不動而發生報警。

4 控制效果分析

為了驗證以上方法在壓力機上的糾偏效果，在伺服壓力機上試驗平臺上進行驗證，該壓力機滑塊左右各固定一型號為海德漢 LC-193F的光柵尺，其位移分辨率可達±5 μm，通過對試壓塊連續下壓，同時精確采集滑塊左右兩側位移數據即可反應壓機偏載情況。這里通過FANUC SERVO GUIDE V9.0軟件將反饋位移數據采集到計算機以供分析。

壓力機主要參數包括：機械結構為三梁四柱閉式；標稱壓力為3 000 kN；有效行程為1 000 mm；滑塊平均移動速度為500 mm/s；單沖次時間為5 s；試壓塊高度為200 mm。

圖4為壓力機相關位置曲線，其中，壓力機首次下壓過程中，在滑塊最低點附近明顯存在左右位置偏差。滑塊上行至初始位置，第二次下壓之前，滑塊右側位置向正方向發生了微小變化，說明滑塊右側微調機構根據首次沖壓偏差數據進行了適當補償。壓力機第二次下壓至成形階段，可以看出兩邊光柵尺位置反饋基本一致，即兩側不再存在較大位置偏差。基于FANUC外部工件坐標系偏移功能在壓力機滑塊位置糾偏中有明顯效果。

5 結語

壓力機位置偏差將導致影響成形質量及壓力機壽命。借助FANUC PMI-A外部工件坐標系偏移功能，可以根據沖壓成形過程中的滑塊兩側位置偏差，通過滑塊微調機構，及時進行糾正，保證壓力機再次沖壓過程中基本不再存在位置偏差。通過采集并分析壓力機運行數據知，文中提到的方法可有效解決壓力機成形過程中的位置偏差問題，且具有一定實用性。