尤东升

YOU Dong-sheng

（江苏信息职业技术学院，无锡 214153）

0 引言

在数控加工逐渐普及的今天，数控设备的智能化和高精度越来越受到用户的青睐。企业在数控设备使用中为了适应产品的快速更新换代，经常会出现设备的超规格使用案例。超规格使用又以超行程和超负荷加工最为常见，它的出现是以付出降低效率和降低精度等级为代价的无奈之举。如果我们能发掘数控系统隐藏功能，来弥补缺失，提高加工效率和精度，将极大的提高设备的加工范围。

在汽车、模具、航空等零部件加工中，数控机床常遇到多次装夹，重复定位的操作。当前企业一般通过巡边器来解决此问题，但除了增加成本外繁琐的操作使得工件与刀具都出现了多次装夹，另外巡边器的基准刀设定使得每换任何一把刀都要重新对刀，略显麻烦。下面以FANUC 0i系统的加工中心为例，利用扭矩极限跳跃特性（简称TLS）来实现内型腔自动分中定位功能。

1 跳转与定位功能分析

数控加工中程序段的执行一般通过给定的终点或中间点坐标，根据G代码来完成轨迹运行。其中，程序段在完成前除了暂停和退出一般不允许跳转执行其他程序段，对此我们解决方法如下：

1）实现跳转功能的方法：选定G31跳转功能，它是用高速跳转信号代替普通跳转信号。该功能最多可输入8个信号。在NC侧，跳转信号输入有延迟和误差，约为02ms（不考虑PMC侧的延迟与误差）。由于内型腔两边切削情况相似，以此我们可以认为延迟与误差相等，以此用指令方式完成跳转。如果需要实现高精度测量，可以在高速跳转信号输入功能时控制上述值小于0.1ms。

2）实现定位功能的方法： 通过每轴（如X轴）两次自动跳转，跳转信号接通时坐标值可以在用户宏参数（如#5061和）中，它们被存储在用户宏程序系统变量中，如下表所示。

名称 X轴坐标值 Y轴坐标值 Z轴坐标值 第4轴坐标值跳转信号位置 #5061 #5062 #5063 #5064

在获取内型腔直线轨迹上左右亮点坐标值后，通过取中间值的数学方法不难算出中间点坐标值（见第四部分宏程序）。此时，关键在于如何获取跳转信号。

1）内部获取：加工中心在切削时主轴电机扭矩负载值是会变化的，我们通过窗口功能代码153，配合WINDR（SUB51）功能指令读取当前主轴电机负载值，并保存在D（数据）地址中；然后通过COIN（SUB16）功能指令进行电机负载工艺数据比较判断，最终通过F54与G54信号（如下表）把判断结果送至宏变量#1000与#1001中待用。

2）外部验证与保护：数控设备加工时会发出噪音，此为刀具与工件振动现象。我们可以选用压电陶瓷片的模拟振动传感器，利用压电陶瓷给电信号产生振动的反变换过程。压电陶瓷片振动时就会产生电信号，通过判断电信号数值的高低就可以判断是否已切入，同时也通过此方法判断是否切削力过大，加以保护。读信号主程序（如图1所示）可读取串口电信号。

振动测试选取了主轴电机X、Y方向 ，各上下两个测点，共四个测点， X、Y方向波形差异不大，此处限于篇幅仅提供故障诊断分析仪导出数据PC分析软件X方向测点的空载波形截图（如图2所示）和切削时跳转点的波形截图（如图3所示）。

小结：内外部获取信号可以在PMC中作为调整信号的串联条件，外部数据能作为振动极限值预设碰撞保护。

2 信号采集与窗口功能应用

系统跳转信号的采集设定在手动和自动两种方式下进行。信号采集通过以下三部分来完成。

2.1 扭矩跳转信号的读取

图1 读信号主程序

图2 空载时振动波形

图3 加工时跳转点振动波形

添加保持性继电器信号（K000.0）为自动分中功能启用和关断设定开关；选取二分频电路编制循环启动按钮（X8.6）的对应状态保持信号（R0100.7）。窗口功能153使用的信号范围为D0 D19。

图4 扭矩跳转信号读取程序

2.2 双向极限型号的比较

通过主轴电机扭矩负载值状态读取信号R100.6（负载值存储在以D10 D13四字节）和外部传感器状态信号R100.1为选通条件的判断一致指令 COIN（SUB16）来决定跳跃状态。不同的主轴电机可以通过预设R400的特征值来控制跳转信号R102.0的输出时机。

通过以上方法同样能获取内型腔另一侧的跳转信号R102.1，以及第二个宏参数#1001（对应信号G54.1）。外保护功能的添加还需要在编制时考虑互锁问题，以此避免误报警现象。

2.3 跳转信号的保持

获取的跳转信号为脉冲信号，我们通过以下方式取得以下效果：1）跳转信号能保持；2）奇数次脉冲为A侧跳跃信号，偶数次脉冲为B侧跳跃信号。

注意：由于切削时可能遇到切深变化或者工件有杂质等特殊情况，可以在跳转信号保持的梯形图中加入固定定时器（TMRB），通过信号延时来避免误动作。

3 分中宏功能应用

以上梯形图已经获取了跳转信号，以下我们将通过它来控制宏程序的运行状态。首先通过相应操作就能获取跳转点的机械坐标值，选取一个未被定义的G代码，作为断点定位指令代码。例如G26定义指令格式为G26 X Y Z F ；在参数6050中设定值为26；指令G26中个参数按发那科系统设定如下表：

图5 双向极限型号比较程序

自变量I地址 宏变量 自变量II地址 自变量I地址 宏变量 自变量II地址X#24 K7 Z #26 J8 Y#25 I8 F #9 K2

下面对以上数据进行运算整理：

以上程序在系统运行G26指令时自动执行。操作方法如下：操作者把刀具处在内型腔中，在程序中或MDI方式下运行指令G26 X__Y__Z__F__；即可。其中G26为分中定位指令，其在运行时调用O9010程序运行；XYZ为预设刀具运动距离，F为预设进给率。

4 结论

通过以上操作运行，我们可以发现此方法不但可适用于不规则内型腔，而且还可以使刀具精确定位在内型腔中心的任何加工点，这使得我们可以通过此功能来实现图纸某基准的相对坐标重复定位。同样如果在FANUC 0i数控车系统中也能完成此功能，仅需修改为X、Z两轴即可，其他不变，此处不再说明。

据此我们会发现数控机床厂家或用户可以通过FANUC提供的PMC功能指令和宏参数来扩展系统功能，以满足多样化高效率高精度加工。我坚信数控机床功能的不断强大，必将引起加工理念的革命。

[1]FANUC 0i C维修说明书[Z]. 北京发那科机电有限公司.

[2]FANUC 0i C连接说明书(功能)[Z]. 北京发那科机电有限公司.

[3]FANUC 0i C连接说明书(硬件)[Z]. 北京发那科机电有限公司.

[4]FANUC 0i MC参数说明书[Z]. 北京发那科机电有限公司.

[5]FANUC 0i MC操作说明书[Z]. 北京发那科机电有限公司.

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