鉆攻中心刀庫在軟件和參數的性能優化
鉆攻中心憑借其高速、高精度的加工特點,備受市場青睞，是蘋果、三星等3C產品零件制造的關鍵設 備。為了提高我國制造裝備技術水平，從“中國制造” 向“中國創造”轉變，研制T5鉆攻中心,通過系列攻關，解決了鉆攻中心的 關鍵技術問題，并廣泛用于企業生產。從系統研究鉆攻中心的刀庫控制技術，提出了影響品質的解決方法。 T5鉆攻中心采用 FANUC - 0I -MATED精工系統，德大BT30 16T輻射式刀庫,采用提 高換刀速度,減少換刀時間，降低換刀過程中的噪聲， 提高了鉆攻中心控制技術水平，從而進一步提升了鉆 攻中心品質。1提高換刀速度1.1改變刀庫電動機輸入頻率 本機床刀庫旋轉采用臺達VFD004EL43A(400 W) 變頻器，控制CM09RA150TJT - UB刀庫電動機。根據 電動機轉速控制原理n =60/今（其中f為電源頻率,P 為電動機極對數）可知，通過提高電源輸入頻率,提高電動機轉速，從而提高刀庫的整體換刀速度。根據刀庫信 號跟蹤測試,刀庫電動機輸入頻率為分別50 Hz、60 Hz、 70 Hz時,連續換16把刀具所用時間見表1。 刀庫電動機輸入頻率為50 Hz,相鄰刀套轉動用時 0.4 s,換16把刀具，刀庫旋轉用時為6.4 s。刀庫電動 機輸入頻率調整為60 Hz后,理論應該減少1. 1 s;調整 為70 Hz后,理論應該減少1.8 s。與實際測試數據不 符，原因是使用變頻器后控制上有電動機加減速時間參 數設定,而最少的加減速時間設定為0.1 s,刀庫旋轉一 個刀位總時間為0.4 s,處于加減速過程中的時間就達 到0.2 s,占據了刀庫旋轉時間的一半，所以電源頻率的 提高對于這種測試方式影響不大。連續換16把刀測試 中，每個換刀動作中，刀庫只轉動了一個刀位，使用變頻 器效果不明顯。分別對裝了 8把測試刀柄與刀庫沒裝 刀的情況進行測試,具體情況見表2、表3。 從表2、表3看出，可以刀庫連續轉過多個刀位， 電源頻率提高到60 Hz時，刀庫選刀效率提高17%左 右；電源頻率提高到70 Hz時，刀庫選刀效率提高27% 左右。綜合考慮換刀整個過程，換刀過程中，刀庫轉過 刀位數越多，刀庫換刀效率提高越多。筆者公司刀庫為就近選刀，一次換刀，刀庫最多轉過8個刀位，即換刀 效率為最高的情況。根據計算得出，整個換刀動作完成，刀庫電動機工作頻率為60 Hz時，最高提高換刀效 率為10% ;刀庫電動機工作頻率為70 Hz時，最高提高 換刀效率為16%。 刀庫電動機額定電流為0.5 A,從表4可看出，提 高電動機頻率后，未超出電動機額定電流，刀庫頻繁換 刀后，電動機未出現發熱情況，且刀庫換刀動作正常。 但是與刀庫廠家溝通，刀庫廠家允許的刀庫電動機最 大工作頻率為60 Hz,若繼續提升刀庫電動機工作頻率,換刀過程中可能出現危險。1.2改變換刀參數改寫方式 在換刀動作完全相同的情況下，PMC的窗口功能 可改寫系統數據,按執行速度可分為低速響應指令和 高速響應指令，但寫系統參數功能只有低速響應，需要 數個掃描周期才可完成，且一個掃描周期只能執行一 個數據寫入功能。為了改變這種情況，子程序中使用 M代碼激活PMC進行參數寫入，并在程序結束時，將 參數寫成原來值。如程序G10L52,設定參數輸入方 式;N1601R0100010,將參數P1601斜修改為“0”，快速移動程序段不允許重疊；N2092P3R0,將參數P2092 Z 軸快速移動前饋系數設為“0” ； N1826P3R11000,將參 數P1826 Z軸到位寬度設為“11000” ；G11 L52,取消設 定參數輸入方式。通過試驗直接更改完系統參數后執 行換刀程序，比在換刀子程序中使用PMC的窗口功能 寫參數功能少用4 s。1.3減少寫入參數程序段 換刀子程序中，Z軸移動使用G54. 1 P48坐標系， 在程序開始與結束時，都要對此坐標系的Z軸偏置進 行更改，增加了子程序運行的時間。為省略對坐標系 更改的時間，直接使用G53機械坐標系，子程序中使 用G53進行編程。程序更改完成后，進行時間測試, 發現使用G53坐標系的子程序，比使用G54. 1 P48坐 標系的子程序時間增加了 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 動程序段間程序重疊功能，與之前的減速方式沖突。 為不在子程序中增加坐標系更改的程序段，利用 第2、3、4參考點,將換刀過程中Z軸之間的移動，轉化 為Z軸回參考點的運動。通過參考點參數的設定，與 程序的配合，達到不使用具體坐標系來移動Z軸。更 改程序之后，與之前使用G54. 1 P48坐標系的程序對 比，換刀時間減少了 4 s。經過使用G53坐標系及回參 考點方式對Z軸移動的測試，時間對比結果為，使用 G54. 1 P48坐標系方式，換刀時間最少。1.4簡化換刀子程序 通過測試,不使用G10指令對G45. 1 P48坐標系 進行更改，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的指 令，只在程序開始指定一次，之后的都簡化掉,如程序 N80M19G54. 1P48G64G90G00G40G49G15G21G80Z0H0。 按此方式簡化換刀子程序后，測試時間比未簡化時 減少 2 s。1.5使用高速M/S/T/B接口 試驗過程中發現,M代碼的處理也會占用一部分 時間，每個換刀子程序中有7個M指令，換16把刀， 累加起來也是非常可觀的。 FANUC低速M/S/T/B接口首先捕捉M/S/T/B的 完成信號FIN的上升(從‘0’變為‘1’），而后在接收到 完成信號的下降（從1變為10’）后才完成動作，而高 速M/S/T/B功能的不同之處在于，其只捕捉完成信號 一次的變化,就算完成動作。且完成信號是分別處理, 而不是M、S、T功能的完成信號都由G4. 3處理。 FANUC高速M/S/T/B接口，可以提高M代碼的處理速 度，從而提高機床的加工效率。設置P3001#7為“1”，使用高速M/S/T/B接口功能。對PMC進行改動,實現高 速處理M代碼。使用高速M代碼處理后，與未用高速 M代碼相比，換刀時間減少了 3 s,提高M代碼的處理速 度，也就直接減少了換刀時間，提高了加工效率。1.6優化系統參數 通過將減速點之前的程序段打斷，換刀聲音有了 很大的好轉，但要配合對系統參數進行更改，且只能在 換刀過程中按照此參數執行,換刀完成之后，要將更改 的參數還原，進行正常的加工。 使用G10可編程數據輸入功能，在子程序開始 時,使用此功能將系統參數改為換刀過程中要求的參 數，即P2092設置為“0”、P1826設置為“11000”、 P1601#4設置為“0”。換刀動作完成之后，再使用此功 能將參數恢復為原來的值。 經過上述各種試驗與探索，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 由于刀庫導板的圓弧與直線過渡處有一定夾角， 當刀庫經過此處時，導向輪會與直線面、圓弧面產生沖 擊。如圖1所示,刀庫廠家建議編程是在刀庫導向輪 距離夾角另一邊有0. 2?0. 3 mm的位置,Z軸移動速 度將為零，然后再讓Z軸用G00的速度加速,從而使 接觸時有小的速度,不會產生過大的沖擊，找到合適的 停頓位置成為關鍵。 按刀庫廠家推薦的距離，用0. 25 mm的塞尺放入 導輪與導板的夾縫處，逐漸調節Z軸位置，保證Z軸 向上、向下停頓處導輪與導板有0.25 mm間隙，記下Z 軸的機械坐標值，分別作為Z軸向上與向下的停頓位 置。設定好后進行換刀動作，當進給倍率比較低時，換 刀聲音比較小，但隨著倍率的提升，換刀聲音也隨之增 加。當進給倍率達到100%時，換刀聲音較大，不可用行調整，再判斷換刀聲音。調整之后，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程序段細化，調整系統參數，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速 度。先將程序在接觸點之前3 mm打斷，再移動到接 觸停頓點，再加速移動。加上程序停頓之后，換刀聲音 有所好轉，但Z軸移動有明顯停頓，移動圖形如圖2 所示。將Z軸參數P1826 (到位寬度）從“500”加大到 “5000 ” ； P2092 (先行前饋系數）從“9000 ”降為“0 ” ； P1601#4設為“0”，在快速移動程序段間不進行程序重 疊，對參數更改之后，換刀聲音有明顯好轉，但對換刀 時間的影響不大。使用 servo guide軟件對Z軸減速程 序移動速度曲線進行跟蹤，并逐漸改P2092、P1826參 數數值，將P2092設置為“0”、P1826設置為“11000”， 打斷距離為2 mm時,得到的運行圖形最好，在程序打 斷處，可以保持一個較低的速度，然后再繼續降速，如 圖3所示，更改參數后換刀時間有所降低，而對于換刀 過程中刀庫與導板之間接觸產生的聲音，通過程序打 斷后,聲音有了明顯好轉。3結語 為減少鉆攻中心刀庫換刀時間，對系統參數、換刀 子程序進行更改，并在保證其他參數不變的情況下，對 單獨項目進行更改，做出時間統計,通過時間對比，體 現出更改的效果，具體更改項目及對換刀時間的影響， 如表5所示。表5不同項目改進成效情況 經過換刀位置、減速方式、系統參數的更改，換刀 動作過程及噪聲已達到******狀態，按目前的測試情況， 相鄰刀刀對刀換刀時間為2.4 s,刀庫旋轉時間為 0.424 s/把。刀庫換刀過程平穩，滿足正常使用。