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發那科 0i系統加工中心刀庫控制功能
閱讀：3611 發布時間：2020-8-12以發那科 0i系統加工中心或調試臺為例，介紹一種通過宏程序調用實現斗笠式刀庫換刀控制的方法。刀庫容量為16（裝16把刀），利用伺服主軸電動機的內置編碼器進行定向/準停。
實訓學時：10學時。
實訓目的:
（1）加工中心斗笠式刀庫的操作與控制程序的編制。
（2）掌握調用宏程序實現刀庫控制的編程方法。
（3）掌握調用宏程序實現刀庫控制的相關參數設置。
實訓內容：
（1）斗笠式刀庫的操作。
（2）控制刀庫的宏程序設計。
（3）刀庫梯形圖程序的設計與調試。
（4）梯形圖功能的調試。
（5）宏程序調用實現刀庫控制的相關參數設置。
實訓設備:
（1）配置發那科 0i數控系統的加工中心/綜合調試臺。
（2）個人計算機（PC）。
（3） 發那科公司的梯形圖編輯軟件（FLADDER Ⅲ 版本）。
實訓要點：
（1）用FLADDER Ⅲ 軟件對PMC離線編程。
（2）發那科 0i PMC操作。
（3）發那科 0i 系統PMC程序傳輸與功能調試。
（4）刀庫控制用宏程序設計與加載。
（5）PMC功能指令的應用。
（6）刀庫梯形圖程序設計。
（7）調用宏程序控制刀庫的相關參數設置。
（8）刀庫控制功能驗證。
實訓具體要求：
（1）規范實訓，按操作規范操作機床。
（2）機床工作時，嚴禁用手或導體去觸碰各通電電器，確保人身和設備安全。
（3）操作刀庫之前，必須保證機床執行手動回零操作。
（4）驗證刀庫功能時，可采用單程序運行模態或單獨執行相關的刀庫輔助功能指令（M指令）操作，密切關注機床的動作，確保刀庫與主軸不撞機。
（5）具備加工中心的基本操作能力和應用水平。
（6）熟悉發那科 0i系統參數的設置方法與操作。
組織形式：
教師：演示與指導，組織學生訓練、演示、討論與評估。
學生：根據設備數量，可在課內分組定時訓練，也可預約訓練，采取組長負責制，負責指導、提問與考核各組員。
相關知識與技能：
1．與刀庫相關的電氣連接
假設加工中心刀庫的主電路如圖附9-1所示。
圖附9-1 刀庫的主要電氣連接
有關PMC的I/O接口分配地址如表附9-1所示。
表附9-1 刀庫相關I/O地址分配
序號 | 地址 | 信號名稱 | 說明 |
1 | X7.6 | 松刀到位 | |
2 | X7.7 | 緊刀到位 | |
3 | X10.0 | 刀庫推出到位 | |
4 | X10.1 | 刀庫退回到位 | |
5 | X10.3 | 刀庫計數 | |
6 | X10.4 | 刀庫原定/回零 | |
7 | X10.7 | 松刀 | |
8 | X10.5 | 刀庫電動機過載 | 過載保護器觸點 |
10 | Y6.0 | 刀庫正轉 | 通過繼電器帶動接觸器線圈 |
11 | Y6.1 | 刀庫反轉 | 通過繼電器帶動接觸器線圈 |
12 | Y6.5 | 松刀 | 通過繼電器帶動電磁閥 |
13 | Y7.6 | 刀庫推出 | 通過繼電器帶動電磁閥 |
14 | Y6.6 | 三色燈(綠燈) | 通過繼電器驅動 |
15 | Y6.7 | 三色燈(紅燈) | 通過繼電器驅動 |
16 | Y6.8 | 三色燈(黃燈) | 通過繼電器驅動 |
表中地址為I/O LINK的“0"組地址，加工中心配置I/O Link標準鍵盤，如圖1-1所示，其地址定義為I/O LINK的“1"組，輸入的起始地址為X20，輸出的起始地址為Y24。鍵盤的[D8]鍵（從上至下的第4排，從左至右的第8位）作為手動主軸準停控制鍵，其輸入地址為X28.3，對應的按鍵指示燈地址為Y28.3。鍵盤的[D7]鍵（從上至下第4排、從左至右的第7位）作為手動選刀按鍵，其輸入地址為X28.2，對應的按鍵指示燈地址為Y28.2。
2．刀庫控制的相關信號及其功能
2．1 主軸準停控制信號ORCMA（G70.6）/ORARA（F45.7）
ORCMA信號用于主軸換刀或主軸還刀時的準停控制，保證刀柄不會與刀庫發生撞擊而損壞刀庫或主軸，可通過PMC編程實現M19（主軸準停M指令）或手動主軸準停控制。與此對應的主軸準停結束信號為F45.7（ORARA），當此信號為“1"時表示主軸準停結束。
主軸準停控制用的傳感器可用外部接近開關和電動機速度傳感器、外部位置編碼器、主軸電動機內置傳感器等多種形式，參見第四部分的“實訓項目4.4"所述。目前大多利用伺服主軸電動機的內置位置編碼器實現。
2．2 宏程序所用的系統變量
2．2．1 用戶宏程序輸入信號（G54.0～G54.2）
為了實現用戶宏程序調用換刀，使用三個系統變量UI000（G54.0-#1000）、UI001（G54.1-#1001）、UI002（G54.2-#1002）供宏程序與PMC間跳轉控制。G54.0為“1"表示編程刀號大于等于刀庫容量，G54.1為“1"時表示主軸刀號等于編程刀號（T碼值），G54.2為“1"時表示編程刀號為0。
2．2．2 宏程序報警變量
發那科 0iC系統的“#3000"變量用于宏程序報警，可在其表達式后不超過26個字符的報警信息。可顯示報警號和報警信息，其中報警號為變量#3000的值加上3000。
例：“#3000=1（TOOL NOT FOUND）"對應屏幕上的顯示為“3001 TOOL NOT FOUND"
2．2．3 模態信息變量（#4003、#4006）
系統變量#4003保存系統當前所處的編程坐標模態值G90/G91；#4006保存系統當前所用的編程單位系統G20（英制）/G21（米制）。這兩個系統變量用于保護宏程序執行過程中系統的模態，在宏程序執行結束后，再恢復至系統調用宏程序前的模態。
3．宏程序調用及刀庫相關系統參數
本項目采用M指令的M06調用宏程序實現刀庫的換刀控制。
3．1 調用宏程序的M代碼值參數（PRM#6080～6089）
PRM#6080～PRM#6089分別對應調用程序號為O9020～9029的宏程序所需的M代碼值。當用“M06“調用O9023宏程序時，必須將PRM#6083設為“6"。本項目中的宏程序號為O9021，所以PRM#6081設置為“6"。
3．2 主軸準停位置設置參數（PRM#4031）
當刀庫調整好后，將所測主軸準停的位置數據設置在參數PRM#4031中，參數PRM#4077（定向時停止位置偏移量）設為0。當執行完主軸準停指令（M19或手動主軸準停）后，NC輸出的準停結束信號（F45.7）為“1"。
3．3 主軸定向速度參數（PRM#4038）
在執行M19或手動主軸準停指令時，主軸按參數PRM#4038所設定的運轉速度進行準停定向。
3．4 換刀點設置參數（PRM#1241）
一般情況下，用第二參考點作為主軸換刀或還刀點。對于立式加工中心，一般只需將刀庫調整好后所測的Z軸位置數據設置在參數PRM#1241中。
3．5 其他相關參數
（1）PRM#4000.0——主軸和電動機的旋轉方向設定
若使用主軸內置編碼器，該參數位設為0時，表示主軸和電動機的旋轉方向相同。
（2）PRM#4002.3、2、1、0——使用主軸位置編碼器作為位置反饋
該參數位分別對應設置為“0、0、0、1"。
（3）PRM#4015.0——定向是否有效
該參數位設為“1"，使定向有效。
（4）PRM#4010.2、1、0——設定電動機傳感器類型
使用內置位置編碼器時，設為“0、0、1"。
若主軸和主軸電動機間的傳動比為1：1時，PRM#4056～4059不需要設置。
4．換刀宏程序
下面提供換刀調用的宏程序例子供分析參考，例中刀庫容量為16。
%
O9021 ；換刀宏（子）程序號
#23=#4003 ；保存米制或英制系統
#24=#4006 ；保存增量或編程方式（G90、G91方式）
G91 ；增量坐標編程
M05 ；主軸停止
G30P2Z0 ；至抓刀點（換刀點）
M19 ；主軸準停
M26 ；刀號讀取（判斷刀庫刀號與主軸刀號是否一致）
IF[#1000EQ1]GOTO30 ；T碼值≥17時退出換刀程序
IF[#1001EQ1]GOTO40 ；主軸刀號等于T碼值時退出換刀程序
IF[#1002EQ1]GOTO50 ；T碼值為0時退出換刀程序
M23 ；刀庫推出
G04P500 ；停0.5秒
M25 ；松刀
G04P500 ；停0.5秒
G28Z0 ；至Z軸零點
M21 ；刀庫轉（刀盤旋轉選刀）
G30P2Z0 ；至抓刀點
M24 ；緊刀（抓刀）
M22 ；刀庫退回
GOTO100 ；換刀結束并返回
N30#3000=1（TOOL NOT FOUND） ；刀沒找到報警
GOTO100 ；結束換刀并返回
N40#3000=2（TOOL NO. ON SPINDLE） ；主軸刀號已是需換刀刀號報警
GOTO100 ；結束換刀并返回
N50#3000=3（T CODE IS 0） ；換刀刀號為0報警
N100M05 ；主軸停轉
G#23 ；恢復到主程序的米、英制系統
G#24 ；恢復至主程序的增量或編程系統
M99 ；返回主程序
%
從程序中可以看出，M19為主軸準停指令，M20為刀庫回零指令，M21為選刀（刀庫轉）指令，M22為刀庫退回指令，M23為刀庫推出指令，M24為緊刀指令，M25為松刀指令，M26為刀號讀取指令。
5．PMC控制程序
PMC參考程序如圖附9-2～圖附9-7所示。
圖附9-2 刀庫控制的PMC程序-1
圖附9-3 刀庫控制的PMC程序-2
圖附9-4 刀庫控制的PMC程序-3
圖附9-5 刀庫控制的PMC程序-4
圖附9-6 刀庫控制的PMC程序-5
圖附9-7 刀庫控制的PMC程序-6
實訓總結：
參照附表1格式要求編制實訓總結報告
思考題：
（1）請按調用宏程序實現換刀控制的編程思路，設計不調用宏程序而直接用PMC編程實現刀庫控制的編程思路。
（2）當不用M代碼調用宏程序而改用G06（假設G06不作為其他準備功能指令）調用宏程序時，且宏程序為“O9023"，應如何設置系統參數（發那科 0i系統）？
（3）繪制本項目中宏程序的執行流程圖。
（4）對于半閉環控制的加工中心，在進行換刀操作之前必須進行哪些操作？為什么？
（5）對于如本項目所述的加工中心，沒出現亂刀現象時，主軸刀號與刀庫刀號是什么對應關系？
（6）分析梯形圖程序，當執行刀庫回零操作后，主軸刀號、刀庫刀號分別為多少？若刀庫的“1"號位上有刀，且主軸上也裝有刀時，在執行完刀庫回零操作、換刀操作前，應采取什么措施保證不會發生刀庫與主軸撞擊事故？
（7）分析梯形圖程序，當加工中心刀庫進行過手動選刀操作后，刀庫會不會出現亂刀現象？若會出現，應如何改進梯形圖程序，保證在手動選刀操作后不會出現亂刀現象？什么情況下會出現亂刀現象？
（8）在什么情況下，編程刀號（T碼值）、刀庫刀號、主軸刀號相等？在什么情況下，編程刀號等于主軸刀號？在什么情況下，刀庫刀號等于編程刀號？在什么情況下，刀庫刀號一定等于主軸刀號？
（9）分析梯形圖程序，本項目中的自動選刀是就近方式還是固定方式？手動選刀是什么方式？