FANUC 0i Mate MD系統數控銑床改造成為加工中心的自動換刀程序設計

張培

（天津中德應用技術大學，天津300350）

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FANUC 0i Mate MD系統數控銑床改造成為加工中心的自動換刀程序設計

張培

（天津中德應用技術大學，天津300350）

摘要：以基于FANUC 0i Mate-MD系統的YL569-A型數控銑床為研究對象，闡述增加斗笠式刀庫（12T）升級改造為加工中心的自動換刀程序設計。采用PMC控制結合宏程序的方法，實現斗笠式刀庫的換刀控制，保證機械加工的精度，實現了加工中心的高效、高精加工，提高了生產效率和效益。

關鍵詞：數控銑床；升級改造；自動換刀程序；FANUC 0i Mate MD

雖然四軸、五軸甚至六軸數控加工中心在我國得到越來越廣泛使用，但由于歷史和經濟原因，數控銑床仍然大量存在于國內的各機械加工企業。數控銑床與數控加工中心的最大區別就是數控加工中心含有自動換刀的刀庫裝置，而數控銑床沒有自動換刀功能，因而需要進行手動換刀。在大批量生產中，頻繁的手動換刀使數控銑床的生產效率較低[1]。為了拓展數控銑床的功能，增加設備的使用范圍，提高生產效率，本文以基于FANUC 0i Mate-MD系統的YL569-A型數控銑床為研究對象，如圖1所示，闡述增加斗笠式刀庫（12T）升級改造為加工中心的自動換刀程序設計。

本論文通過PMC（PMC=Programmable Logic Machine）和宏程序的有機結合，實現刀庫的動作，可以大大的節省PMC編程的內容，減少工作量，同時增強可讀性，在時序的處理上，可以避免類似梯形圖中的復雜處理，而是利用程序的執行順序方便的完成，提高了機床的生產效率，使斗笠式刀庫的換刀更為安全、簡捷、有效、經濟。

圖1　基于FANUC 0i Mate-MD系統的YL569-A型數控銑床

1　換刀工作過程

換刀邏輯流程如圖2所示[2-3]，當系統檢測到程序執行M06T××換刀指令時，首先判斷存儲單元中主軸當前刀具號與換刀指令刀具號是否相同，若相同，則換刀結束，若不相同，則進行下一步，判斷主軸上是否有刀，若沒有刀，則跳過還刀過程，直接換刀，若有刀，先執行以下還刀動作。

圖2　換刀邏輯流程圖

還刀動作：首先，判斷主軸刀號與刀庫當前刀號的一致性，若不一致，刀庫旋轉到與主軸刀號一致為止。隨后，Z軸移至第二參考點主軸定向，刀庫向前，靠近主軸，主軸松刀吹氣，將當前刀具還回刀庫并移至第一參考點，完成還刀動作。

隨后，判斷指令刀號是否為T0，若是T0，則跳過換刀過程，處理TFIN信號，并更新主軸刀號數據庫，換刀結束；若指令刀號不為T0，則執行以下換刀動作。

換刀動作：數控系統發出刀庫電動機正/反轉起動信號，啟動刀庫電動機的轉動，刀庫旋轉至加工程序指定的刀號，Z軸移到第二參考點，進行抓刀動作，主軸刀具夾緊，刀庫向后，遠離主軸，換刀結束。

2　換刀宏程序的設計

當系統檢測到程序執行M06T××換刀指令時，NC系統會自動調用換刀宏程序，并對T代碼進行譯碼處理。宏程序的設計原理是根據斗笠式刀庫的動作過程實現邏輯控制和軸進給，并與PMC配合完成斗笠式刀庫的自動換刀。

將系統參數6071設定為6，即當執行M6換刀指令時調用O9001宏程序，以實現M06換刀指令。將系統參數3202#4設定為0，O9001宏程序可以顯示、編輯、刪除。根據換刀邏輯流程圖，斗笠式刀庫實現自動換刀，其換刀宏程序如下[4-5]：

O9001；

IF[#1001EQ1]GOTO 40；（主軸刀號與指令刀號一致，跳到N40，#1001對應G54.1）

#199=#4003；（G90、G91模態）

#198=#4006；（G20、G21模態）

IF[#1003EQ1]GOTO 20；（判定主軸是否有刀，沒有刀直接跳到N20，#1003對應G54.3）

M81；（主軸刀號與刀庫當前刀號一致性判斷，若不一致刀庫旋轉到與主軸刀號一致為止）

G91 G30 P2 Z0 M19;（Z軸移到第二參考點主軸定向）

M80；（刀庫向前，靠近主軸）

M82；（松刀吹氣）

G91 G28 Z0；（Z軸移到第一參考點）

IF[#1002EQ1]GOTO 10；（指令是否為T0#1002對應G54.2）

M83；（在主軸端，刀庫旋轉至加工程序指定的刀位）

G91 G30 P2 Z0；（Z軸移到第二參考點）

N10 M84；（刀具夾緊）

M86；（刀庫向后，遠離主軸）

GOTO 30；

N20 G91 G28 Z0 M19；（Z軸移到第一參考點主軸定向）

M83；（在遠離主軸端，刀庫旋轉至加工程序指定的刀位）

M80；（刀庫向前，靠近主軸）

M82；（松刀吹氣）

G91 G30 P2 Z0；（Z軸移到第二參考點）

M84；（刀具夾緊）

M86；（刀庫向后，遠離主軸）

N30 G#199G#198；（模態恢復）

N40 M99；（子程序結束）

3　PMC邏輯控制程序的設計

換刀宏程序和PMC程序執行換刀動作是采取應答工作方式。換刀宏程序向PMC發出刀庫動作命令，PMC執行，執行完畢后，把完成信息反饋到換刀宏程序，換刀宏程序才繼續執行下面的程序。宏變量與G代碼的對應關系如表1所示。

表1　宏變量與G代碼的對應關系

輔助功能指令M代碼的功能如表2所示。

表2　輔助功能指令M代碼功能

限于篇幅，本論文只對刀庫旋轉的PMC控制程序作說明。刀庫旋轉PMC控制程序及說明如圖3所示。

圖3　刀庫旋轉PMC控制程序

4　結束語

本文將FANUC 0i Mate-MD系統的數控銑床，加裝斗笠式刀庫（12T）升級改造為加工中心后，經過一段時間的運行試驗，能較大地提高生產效率，且改裝成本比較低，能充分擴展數控銑床的功能。通過PMC和宏程序的有機結合控制刀實現斗笠式刀庫的自動換刀，改善了原來的換刀速度和換刀的安全性。

參考文獻：

[1]黃祖平.數控銑床加裝自動換刀的刀庫裝置[J].機電工程技術，2013，42（8）:172-174；

[2]王劉成，等.基于宏程序和PMC控制的斗笠式刀庫換刀的實現[J].探索與觀察，2012，19（10）:14-15.

[3]王茜.基于Fanuc系統的四軸加工中心刀庫電氣控制[J].功能部件設計，2010，（22）:111-113.

[4]張建玲.FANUC 0i MD數控系統斗笠式刀庫實現自動換刀[J].機床自動化，2013，（10）:61-62.

[5]黃風.數控機床斗笠式刀庫換刀宏程序的開發和調試[J].自動化與傳動，2010，（7）:39-40.

中圖分類號:TG659

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0193-03

收稿日期：2016-01-28

作者簡介：張培（1984-），女，天津市人，碩士研究生，講師，研究方向：數控設備維修。

Design of ATC Program for Milling Machine based on FANUC 0i Mate-MD System Upgrading to Machining Center

ZHANG Pei
（Tianjin Sino-German University of Applied Science，Tianjin 300350，China）

Abstract:The paper discusses the design of ATC program for milling machine based on FANUC 0i Mate-MD system，which is upgraded to machining center by assembling the carousel type magazine with 12 tools.The method of tool magazine controlled by PMC and macro program is used，which can make the tool changing more safely and effectively to improve the production efficiency.

Key words:FANUC 0i Mate-MD；ATC program；upgrade；machining center