FANUC 0i系统加工中心刀库和凸轮式机械手的PMC控制

0 引言

　　加工中心利用刀库实现换刀，这是目前加工中心大量使用的换刀方式。由于有了刀库，机床只要一个固定主轴夹持刀具，有利于提高主轴刚度。独立的刀库，大大增加了刀具的储存数量，有利于扩大机床的功能，并能较好地隔离各种影响加工精度的干扰因素。

　　刀库换刀，按照换刀过程有无机械手参与，分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况。在有机械手换刀的过程中，使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出，与此同时，另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出，然后两者交换位置，完成换刀过程。有机械手的系统在刀库配置、与主轴的相对位置及刀具数量上都比较灵活，换刀时间短。FANUC系统是国内外在加工中心上使用最多的数控系统之一。

1 凸轮机械手刀库简介

　　以无原点的刀库为例，介绍凸轮机械手的刀库与FANUC 0i系统配套的PMC控制实现方法。与电气设计相关的机械手部件主要包括刀库电机，机械手电机，倒刀气缸及一些传感器。其中刀库电机为三相异步电机并带制动机构，用于驱动刀库正转和反转；机械手电机为三相异步电机，单方向旋转，带动凸轮控制机械手完成“扣刀”“交换刀具”“机械手回原点”等动作；倒刀气缸，控制刃库中换刀位置的刀套进入水平，或垂直状态。传感器包括刀库计数、刀库到位信号、刀套水平信号、刀套垂直信号、机械手原点信号、机械手电机停止信号、扣刀到位信号等。各传感器及刀库时序如图1所示。

图1机械手各信号时序图

2 随机换刀算法

　　机械手换刀涉及到随机换刀。要实现随机换刀需要相应的算法并建立刀号数据表。数据表可建立在FANUC系统的D数据寄存区。以24个刀位的刀库为例，将初始化时每个刀位上的刀编号为1-24，把初始化时主轴上的刀编为25号。则可在D寄存区建立下面的数据表：

　　D1-刀盘1号位置上的刀号
　　D2-刀盘2号位置上的刀号
　　D24-刀盘24号位置上的刀号
　　D25-主轴上的刀套号

　　当然也可以根据采用刀位置作为数据表内容，相应的表如下：

　　D1-1号刀所在的刀盘位置或者在主轴上
　　D2-2号刀所在的刀盘位置或者在主轴上
　　D24-24号刀所在的刀盘位置或者在主轴上
　　D25-25号刀所在的刀盘位置或者在主轴上

　　实际编写PMC程序时还有旋转控制指令所需要的转台定位号，当前换刀位置，目标地址，运行结果等可以选择D寄存器或者C寄存器给出地址。

　　地址分配完成后，可以给出随机换刀算法，随机换刀是由数控程序给出的T指令作为程序入口，根据T指令给出的目标刀号作出旋转刀盘或者给出出错或者提示信息，流程图如图2所示。

图2选刀流程图

　　需要说明的是其中流程图中由T代码结束信号作为程序人口比用T代码选通信号作为程序人口的好处是，当连续出现T指令时多个选通信号容易造成一个T代码未处理完成而另一个T代码已经开始处理，这样容易造成乱刀现象。由于CTR指令可以存储转台位置，ROT(ROTB)指令的输出结果相应的可以选择目标位。这样比起ROT(ROTB)指令运算结果输出转台步数方便，也不容易出现乱刀。ROTB指令和CTR指令实现选刀的PMC梯形图，如图3所示。

图3部分选刀PMC图