鉆攻中心刀庫(kù)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(chǎng)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(guó)制造裝備技術(shù)水平，從“中國(guó)制造” 向“中國(guó)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(kù)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(kù),采用提 高換刀速度,減少換刀時(shí)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(kù)電動(dòng)機(jī)輸入頻率 本機(jī)床刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)采用臺(tái)達(dá)VFD004EL43A(400 W) 變頻器，控制CM09RA150TJT - UB刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)。根據(jù) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制原理n =60/今（其中f為電源頻率,P 為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)）可知，通過提高電源輸入頻率,提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而提高刀庫(kù)的整體換刀速度。根據(jù)刀庫(kù)信 號(hào)跟蹤測(cè)試,刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)輸入頻率為分別50 Hz、60 Hz、 70 Hz時(shí),連續(xù)換16把刀具所用時(shí)間見表1。 刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)輸入頻率為50 Hz,相鄰刀套轉(zhuǎn)動(dòng)用時(shí) 0.4 s,換16把刀具，刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)用時(shí)為6.4 s。刀庫(kù)電動(dòng) 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(cè)試數(shù)據(jù)不 符，原因是使用變頻器后控制上有電動(dòng)機(jī)加減速時(shí)間參 數(shù)設(shè)定,而最少的加減速時(shí)間設(shè)定為0.1 s,刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)一 個(gè)刀位總時(shí)間為0.4 s,處于加減速過程中的時(shí)間就達(dá) 到0.2 s,占據(jù)了刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)時(shí)間的一半，所以電源頻率的 提高對(duì)于這種測(cè)試方式影響不大。連續(xù)換16把刀測(cè)試 中，每個(gè)換刀動(dòng)作中，刀庫(kù)只轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)刀位，使用變頻 器效果不明顯。分別對(duì)裝了 8把測(cè)試刀柄與刀庫(kù)沒裝 刀的情況進(jìn)行測(cè)試,具體情況見表2、表3。 從表2、表3看出，可以刀庫(kù)連續(xù)轉(zhuǎn)過多個(gè)刀位， 電源頻率提高到60 Hz時(shí)，刀庫(kù)選刀效率提高17%左 右；電源頻率提高到70 Hz時(shí)，刀庫(kù)選刀效率提高27% 左右。綜合考慮換刀整個(gè)過程，換刀過程中，刀庫(kù)轉(zhuǎn)過 刀位數(shù)越多，刀庫(kù)換刀效率提高越多。筆者公司刀庫(kù)為就近選刀，一次換刀，刀庫(kù)最多轉(zhuǎn)過8個(gè)刀位，即換刀 效率為最高的情況。根據(jù)計(jì)算得出，整個(gè)換刀動(dòng)作完成，刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)工作頻率為60 Hz時(shí)，最高提高換刀效 率為10% ;刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)工作頻率為70 Hz時(shí)，最高提高 換刀效率為16%。 刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)額定電流為0.5 A,從表4可看出，提 高電動(dòng)機(jī)頻率后，未超出電動(dòng)機(jī)額定電流，刀庫(kù)頻繁換 刀后，電動(dòng)機(jī)未出現(xiàn)發(fā)熱情況，且刀庫(kù)換刀動(dòng)作正常。 但是與刀庫(kù)廠家溝通，刀庫(kù)廠家允許的刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)最 大工作頻率為60 Hz,若繼續(xù)提升刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)工作頻率,換刀過程中可能出現(xiàn)危險(xiǎn)。1.2改變換刀參數(shù)改寫方式 在換刀動(dòng)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(gè)掃描周期才可完成，且一個(gè)掃描周期只能執(zhí)行一 個(gè)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(shí)，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(dòng)程序段不允許重疊；N2092P3R0,將參數(shù)P2092 Z 軸快速移動(dòng)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(dòng)使用G54. 1 P48坐標(biāo)系， 在程序開始與結(jié)束時(shí)，都要對(duì)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(shí)間。為省略對(duì)坐標(biāo)系 更改的時(shí)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(shí)間測(cè)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(shí)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(dòng)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(dòng)，轉(zhuǎn)化 為Z軸回參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。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(dòng)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(shí)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(duì)Z軸移動(dòng)的測(cè)試，時(shí)間對(duì)比結(jié)果為，使用 G54. 1 P48坐標(biāo)系方式，換刀時(shí)間最少。1.4簡(jiǎn)化換刀子程序 通過測(cè)試,不使用G10指令對(duì)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(jiǎn)化掉,如程序 N80M19G54. 1P48G64G90G00G40G49G15G21G80Z0H0。 按此方式簡(jiǎn)化換刀子程序后，測(cè)試時(shí)間比未簡(jiǎn)化時(shí) 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(huì)占用一部分 時(shí)間，每個(gè)換刀子程序中有7個(gè)M指令，換16把刀， 累加起來也是非?？捎^的。 FANUC低速M(fèi)/S/T/B接口首先捕捉M/S/T/B的 完成信號(hào)FIN的上升(從‘0’變?yōu)?lsquo;1’），而后在接收到 完成信號(hào)的下降（從1變?yōu)?0’）后才完成動(dòng)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(hào) 一次的變化,就算完成動(dòng)作。且完成信號(hào)是分別處理, 而不是M、S、T功能的完成信號(hào)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(duì)PMC進(jìn)行改動(dòng),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(shí)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(shí)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(duì)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(shí),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(dòng)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(kù)導(dǎo)板的圓弧與直線過渡處有一定夾角， 當(dāng)?shù)稁?kù)經(jīng)過此處時(shí)，導(dǎo)向輪會(huì)與直線面、圓弧面產(chǎn)生沖 擊。如圖1所示,刀庫(kù)廠家建議編程是在刀庫(kù)導(dǎo)向輪 距離夾角另一邊有0. 2?0. 3 mm的位置,Z軸移動(dòng)速 度將為零，然后再讓Z軸用G00的速度加速,從而使 接觸時(shí)有小的速度,不會(huì)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(kù)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(dòng)作，當(dāng)進(jìn)給倍率比較低時(shí)，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(shí)，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(dòng)速 度。先將程序在接觸點(diǎn)之前3 mm打斷，再移動(dòng)到接 觸停頓點(diǎn)，再加速移動(dòng)。加上程序停頓之后，換刀聲音 有所好轉(zhuǎn)，但Z軸移動(dòng)有明顯停頓，移動(dòng)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(dòng)程序段間不進(jìn)行程序重 疊，對(duì)參數(shù)更改之后，換刀聲音有明顯好轉(zhuǎn)，但對(duì)換刀 時(shí)間的影響不大。使用 servo guide軟件對(duì)Z軸減速程 序移動(dòng)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(shí),得到的運(yùn)行圖形最好，在程序打 斷處，可以保持一個(gè)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(shí)間有所降低，而對(duì)于換刀 過程中刀庫(kù)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(kù)換刀時(shí)間，對(duì)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(duì) 單獨(dú)項(xiàng)目進(jìn)行更改，做出時(shí)間統(tǒng)計(jì),通過時(shí)間對(duì)比，體 現(xiàn)出更改的效果，具體更改項(xiàng)目及對(duì)換刀時(shí)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(dòng)作過程及噪聲已達(dá)到最佳狀態(tài)，按目前的測(cè)試情況， 相鄰刀刀對(duì)刀換刀時(shí)間為2.4 s,刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)時(shí)間為 0.424 s/把。刀庫(kù)換刀過程平穩(wěn)，滿足正常使用。