关于FANUC Oimate-TD系统数控车床换刀程序的优化研究

作者：张毅

     本文以某Qimate-TD系统数控车床为例，介绍了数控车床换刀PMC程序的应用及其改进。

  1  现有案例分析

  某Oi mate-TD系统数控车床采用立式四工位转塔刀架，采用蜗杆传动，由定位销进行粗定位，由端齿盘啮合进行精定位。通过电动机正转松开刀塔并进行分度，通过电动机反转进行锁紧并定位，电动机的正、反转由接触器KM1、KM2控制。刀架的刀位由霍尔元件检测和控制，4个刀位的信号分别为X7.0、X7.1、X7.2和X7.3，刀架电机过载保护输入信号为X8.0。

   刀架的控制过程如下：

  (1)T功能选通。当执行T指令时，系统自动将刀具号转换成二进制代码，并将该代码存到PMC的F存储区的F26中，经过由参数3010设定的时间后，T功能选通信号(F7.3)变为1。

  (2)T指令译码。在PMC侧，当T功能选通信号(F7.3)变为1时通过译码指令( DECB)将F26中的刀具号转换给Rl0。即当加工程序换1号刀时，对应的R10.1为1；当加工程序换2号刀时，R10.2为1；当加工程序换3号刀时，R10.3为1；以此类推。T指令译码PMC程序如图1所示。

  (3)刀架正转。X7.0～X7.3为刀架实际刀号输出信号，当T功能选通(F7.3=1)时，若当前位置的刀号与加工程序的T指令刀号不一致，输出刀架电动机正转信号Y4.4；Y4.5为刀架电机反转信号，实现电动机互锁；F1.1为复位信号。刀架正转PMC程序如图2所示。

  (4)到位检测。刀架电动机转动过程中通过霍尔元件检测实际刀位信号( X7.0～X7.3)，当与T指令刀号一致时，发出刀架到位信号（R103.0 =1），同时刀架电机停止正转。到位检测PMC程序如图3所示。

  (5)刀架反转。当刀架到位信号(R103.0)为1、刀架电机停止正转并在T功能选通(F7.3=1)后接通刀架电动机反转信号(Y4.5)，刀架电机开始反转进行转塔的锁紧和定位。刀架反转PMC程序如图4所示。

  (6)反转延时。经过（反转停止）延时定时器0001的延时（定时器0001设为1s）后，发出R103.1信号作为夹紧到位信号。反转延时PMC程序如图5所示。

  (7)换刀结束。夹紧到位后并且指令刀号(R10. 1～R10. 4)为1～4时，发出T功能完成信号TFIN(G5.3)。当完成信号(G5.3)保持1的时间超过由参  数3011设定的时间TFIN(标准设定为16 ms)时，CNC将选通信号(F7.3)设定为0。PMC在选通信号(F7.3)变为0的时刻将完成信号(G5.3)设定为0，接着CNC将F26中的代码信号全都设定为0，T功能的顺序全部完成。换刀结束PMC程序如图6所示。

  (8)报警信息。当电机过载保护开关(X8.0)断开时发出电机过载报警(A0.2)，如图7所示。

2存在问题

  对现有的PMC程序分析后，发现存在以下几个问题：

  (1)由于该程序只对1号～4号刀进行了响应处理，故当程序遇到T指令超出范围时，PMC程序和T功能就永远无法完成，且没有任何报警提示。

  (2)当程序中T指令刀号与当前刀号一致时，PMC仍执行刀架电机反转锁紧定位，这样容易导致刀架锁死。

  (3)系统还缺少对整个换刀时间的控制，即当刀位信号故障时，刀架电动机会一直正转寻找目标刀号且不会停止。

3解决办法

  由于PMC程序逻辑性较强、程序之间存在相互制约关系，为了解决以上存在的问题并且尽量保留原有程序，因此作出以下修改。

3.1保留某些原有程序

  保留原来的T指令译码（图1）、到位检测（图3）、反转延时（图5）的PMC程序不变。

3.2  增加以下程序

  (1)对T指令刀号进行合法判断。通过范围比较指令RNGB判断T指令刀号是否在1～4范围之内。若1≤F26≤4，则输出R100. 0=1作为换刀执行条件；否则R100.0为0，同时输出T代码错误报警。这样就可以避免出现第一个问题。T指令合法判断PMC程序如图8所示。

  (2)刀架启动指令。当前刀号与指令刀号不一致(R103.0=0)，同时没有T代码错误报警、刀架故障(A0.2)和急停报警，系统发出换刀启动指令( R100. 2=1)。用换刀启动指令作为刀架执行正转、反转的条件，可以有效地避免程序中T指令刀号与当前刀号一致时PMC仍执行刀架电机反转锁紧定位；并且由于刀架故障(A0.2)信号包含了刀架过载与换刀时间过长两种情况，故可以避免第3个问题的出现。刀架启动指令如图9所示。

  (3)换刀超时处理。当整个换刀过程超过定时器0002设定的时间后，输出R100.3信号，如图10所示。

3.3  需修改的程序

(1)刀架正转程序如图11所示。

(2)刀架反转程序如图12所示。

  (3)当换刀超时(R100.3)或者刀架电机过载(X8.0=O0时输出刀架故障报警(A0.2=1)；当T功能选通、T代码超出范围（R100.0 =0）时输出T代码错误报警(A0.3=1)。报警程序如图13所示。

  (4)当T指令与当前刀号不相同时产生换刀启动指令(R100. 2=1)，直到刀号一致（R103. 0=1）并且反转夹紧( R103. 1=1)后认为T功能结束(G5.3=1)；当T指令与当前刀号相同时（R103.0=1），不产生换刀启动指令(R100. 2=0)，同样认为T功能结束。换刀结束程序如图14所示。

4结束语

该数控机床的换刀程序经过以上修改后，通过现场反复运行试验，很好地避免了文中提到的几个方面的问题：即当刀架无须换刀时再也不会出现只反转锁紧的情况，同时系统既对无效刀号进行了报警处理，又对整个换刀过程加上了时间控制。

 5 摘要：主要介绍了某O i mate-TD系统数控车床换刀PMC程序，详细分析了PMC (Program Machine Control) 程序设计思路及其存在的问题，并对相应问题提出改进措施，最后针对具体问题设计出了合理的PMC程序。