基于FANUCI／OLink轴的数控机床自动刀库设计.pdf

2 0 1 2年 2月 第4 0卷 第 4期 机床与液压 MACHI NE T00L HYDRAUL I CS F e b ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 4 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 4 ． 0 1 5 基于 F A N U C I ／ O L i n k轴的数控机床 自动刀库设计 纪涛，王磊 皮姆西科技 实业南京有限公司，江苏南京 2 1 1 1 0 0 摘要介绍了基于 F A N U C B系列 I ／O L i n k轴的数控机床自动刀库的设计方法。给出了 I ／ O L i n k轴的系统硬件连接、 I ／ O模块地址分配，分析了 I ／ O L i n k轴功能实现的方法，并提供了关键的P MC程序。现场调试结果表明该 自动刀库能够 满足数控机床加工要求，且性能稳定 ，可以应用在国内数控机床的改造上。 关键词 F A N U C系统；I ／ O L i n k轴 ；自动刀库 中图分 类号 T Q 3 9 1 ． 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 40 3 9 2 De s i g n o f Au t o To o l - c ha n g e r o f t he CNC M a c h i ne Ba s e d o n FANUC I ／0 Li n k Ax i s J I T a o。WANG L e i P MC S c i e n c e T e e h I n d u s t ri e s N a n j i n g C o ． ，L t d ． ，N a n j i n g J i a n g s u 2 1 1 1 0 0，C h i n a Ab s t r a c t T h e d e s i g n me t h o d o f t h e a u t o t o o l c h a n g e r o f t h e CNC ma c h i n e b a s e d o n F ANUC I ／ O L i n k a x i s w a s i n t r o d u c e d ． S y s t e rn h a r d wa r e l i n k o f t h e I ／ O L i n k a x i s an d t h e I ／ O mo d u l e a d d r e s s a s s i g n me n t w e r e s h o w n ． T h e r e a l i z a t i o n me t h o d o f I ／ O L i n k ax i s f u n c t i o n w a s a n a l y z e d ． Th e k e y P MC p r o g r a m wa s p r o v i d e d ． I t i s i n d i c a t e d t h a t t h e a u t o t o o l - c h a n g e r c a n s a t i s f y t h e d e ma n d o f CNC ma c h i n e ma c h i n i n g w i t h s t a b l e p e rf o r m anc e b y fi e l d d e b u g n g ．I t c a n b e a p p l i e d i n t h e r e f o r ma t i o n o f t h e d o m e s t i c C N C m a c h i n e ． Ke y wo r dsFANUC s y s t e m；I ／O Li n k ax i s；Au t o t o o l c h a n g e r 在机械加工行业中，数控机床有着十分重要的应 用。为了提高数控机床的加工效率和自动化程度，国 外的很多机床厂家都为数控机床配备了自动刀库。国 内机床产业发展较晚，且 自动化程度不高，因此 ，许 多机械加 工企业都购买进 口的数控机 床 ，以提 高企业 的机械加工效率 。鉴于上述原 因 ，有必要设计 开发一 种 自动刀库，提高国内数控机床的加工效率。 日本 F A N U C有 限公 司是世 界上 最大 的数控 系统 生产商 ，被公认为 C N C技术 的领导者，其产品在世 界范 围内 已被 广泛 采 用。它 目前 生产 的数控 系 统 有 FANUC P o we r Ma t e MODEL A／B ／C 、 F ANUC S e rie s 0 MO D E L C 、 F AN UC S e ri e s 1 5 ／ 1 6 ／ 1 8 ／ 2 0 ／ 2 1 和 F A N U C S e ri e s 1 5 i ／ 1 6 i ／ 1 8 i ／ 2 0 i ／ 2 1 i 等。以能控制 4个 伺服轴的 F A N U C S e ri e s 2 1 ／ 2 1 0 一 MB为例，它共有4种 内装 I ／ O板可供选择。数控系统的型号不同，其软件 功能 和控 制的最 大伺服轴数就不 同，用户可 以根据具 体应用情 况选择 。 1 F A N U C O i 系统 I ／ O L i n k的硬件连接及地址分配 在 F A N U C O i 系统 中有 一 种独 特 的 I ／ O连 接 方 式 I ／ O L i n k连 接。I ／ O L i n k是一个 串行接 口，将 C N C 、单元控制器 、分布式 I ／ O、机床操作面板或 P o w e r Ma t e 连接起来 ，并在各设备间高速传送 I ／ 0信 号 位数据 。当连接多个设备时，F A N U C I ／ O L i n k 将一个设备认作主单元，其他设备作为子单元。子单 元的输入信号每隔一定周期送到主单元 ，主单元的输 出信号也每隔一定周期送至子单元。 每组 I ／ O点 最 多 为 2 5 6 ／ 2 5 6 ，一 个 I ／ O L i n k的 I ／ O点不超过 1 0 2 4 ／ 1 0 2 4 。每个模块 可以用组 号 、基 座号 、插槽号来定 义 ，模块 名称 表示其 唯一 的位置 。 一 个 I ／ O L i n k最多可连接 1 6组子单元 ，以组 号表示 其所在 的位 置 ；在一组子单元 中最多可连接 2个基本 单元 ，以基座号表示其所 在的位 置 ；在 每个基本单元 中最多可安装 1 0个 I ／ O模 块 ，以插相号 表示 其所在 的位置；再配合模块的名称 ，最后确定了这个 I ／ O模 块在整个 I ／ O中的地址 ，也就确定了 I ／ O模块中各个 I ／ O点的唯一地址 。F A N U C I ／ O L i n k 连接 的模块有很 多种 ，包括 F A N U C标准操作面板、分布式 I ／ O模块 以及带 有 F A N U C IZ O L i n k接 13的 B系 列伺 服单 元 ， 只要具有 L ／ O L i n k接 口的单元都可以连接。图 1为 F A N U C 0 i 系统 I ／ O L i n k的硬件连接 图。 1 I 块 蓄 伺鑫 放 l 伺 服 放 l ／ 换 刀 、 大器 广 码 图 1 F A N U C O i 系统 I ／ O L i n k的硬件连接图 根据模块的类型以及 I ／ O点数的不同，I ／ O L i n k 有多种连接方式 ，P MC程序可以对 I ／ O信号的分配 地址进行编程 。 当使用 I ／ O L i n k作为系统与放大器之间的通讯 收稿 日期 2 0 1 1 0 11 4 作者简介纪涛 1 9 7 6 一 ，女，本科，工程师，研究方向为电气控制技术。Em a i l k y 2 5 2 8 w ang l e i 1 6 3 ． c o m。 B D 4 0 机床与液压 第 4 O卷 时 ，需要设定通讯地址。当通过 I ／ O L i n k对 B轴进 行控 制时 ，B轴 的地 址分配要符合系 统对 I ／ O地址 分 配的原则 。对于系统侧而言 ，进行 I ／ O模块的地址分 配 时 ，需 要 分 配 一 个 1 6字 节 大 小 的模 块 O C 0 2 I 输 入 或者 O C 0 2 0 输 出 。 对于地址表示方 法 ，通 常表示 为 Y y0 。在 此 我们以 X 9 8与 Y 9 8作 为起始地址。由于 I ／ O L i n k轴 对于系统而言属于外部的通讯设备，因此地址 Y的 信号对于系统而言是输出信号 ，而对于 I ／ O L i n k轴 而言是输入信号 ，该信号用于控制其状态与动作 ；而 x地址的信号对于 I ／ O L i n k 轴而言是其发送至系统的 状 态与信息反馈 。 2 I ／ O L i n k轴相关参数设置 1 初始参数设定 I ／ O L i n k 轴初始参 数见表 1 。 表 1 初 始参数 电机是 F A N U C B e t a 0 ． 5 ／ 5 0 0 0 i s 设定内容 设定参数号 设定值 说 明 ① 关 于 N o ． 1 0 5 、1 0 6参 数 的设 定 。电机 每转动一圈的脉冲数 电机每转动一圈的移动量／ 检 测单位。在此作者选用了9 1 1的减速箱 ； ② 电机旋转方向设定。由编码器看沿顺时针方 向旋转为正方 向 ，设定值 是 1 1 1 ；由编码 器看沿 逆时 针方向旋转为反方向，设定值是 一1 1 1 ； ③ 参考计数器容量 回零时使用 ，如果使用绝对 式脉冲编码器对其可以不作处理。设定值为电机旋转 一 转 的位置 脉冲数 。 上述设定 完成后 ，设 定 电机初始化位 为 0进行初 始化 N o ． 1 2 1 0 。此时与普通伺服类似，同样出现 0号 报 警 ，提示 关 机 。关 机 开 机后 ，如 果 初 始 化 完 成 ，则 N o ． 1 2 1 1 。 2 关 于使 用绝对式脉 冲编码 器的参 数操作 为 了避免每次 开机的 回零操作 ，从而减少梯形 图 的处 理量 ，在此选用绝对 脉冲编码器 。 设定参数 N o ． 1 1 7 A P C X 1 ，表示绝对式脉冲 编码器的检测器为通 电状态。其次，设定 N o ． 1 1 0 A B S X ，该参数的含义为绝对式位置检测器和机床的 位置是否对应 ，设定为 1 ，表示其对应关系已经建立。 3 其他参数说 明 N o ． 6 8 料盘 、转 台号数 因为 作者 设 计 的是 容纳 1 5把刀的刀库 ，所以此参数设为 1 5 。 其他参 数设定包 括 坐标 系行程极 限、进 给速 度 、 J J n ／ 减速控制、输 k ／ 输出信号相关以及伺服相关参数 的设 定 ，在此就不一一列 出了。 3 P MC实 现 F A N U C N C控制器是 集 P MC与 N C于一体 的控制 器 ，P MC即可 编程 机 床控 制 器 ，简 单 地 说 它是 P L C 可编程控制器在数控机床上的应用。数控机床分 为 “ N C侧”和 “ M T侧” 即机床侧 两大部分。 “ N C侧 ”包括 C N C系统 的硬件 和软件 以及 与 C N C系 统连接的外部设备。 “ M T侧”包括机床机械部分及 其液压、气压、冷却 、润滑、排屑等辅助装置、机床 操作面板、继电器线路、机床强电线路等。P MC处于 N C 与M T 之 间 ， 对N C 厂 ] 厂 ] 和 M T的 I ／ O信号进行 L_ _ J G L_ _ J Y。 L_ J 处理 ，如图 2 所示 j 。 图2 P M C与 N C 、M T 关系图 P M C 按 照 预 先 规 定的逻辑顺序对诸如主轴的起停、换 向、刀具的更 换 、工件 的夹 紧、松 开 、润 滑 系 统 的运行 等 进行 控 制 。B伺服放 大器通 过 I ／ O L i n k接 口与 P MC进 行 数 据交 换 ，P MC通 过 I ／ O L i n k接 口来 给 8放 大器 传 送 运动指令并监测其运行状态。文中以自动刀库控制子 程序为例 ，介绍 P M C的编程 方法 ， 自动刀 库控 制 流 程图如 图 3所示 。 输入 换 刀指 令 二二 ] [ 二 进入换 刀 宏 程 序 二二[ 停 止 主 轴 转 动 ， 将z 车 由 上 升 到原点 y I I l 打开集 尘罩 l 打开集尘 罩 刀 盘 旋 转 到 目标 刀 位 二[ 主 轴 到 达 目 标 刀 位 上 方 L 一 主 轴 伸 出 DRAW BAR 把 当 前 刀 还 回 刀 库 主 轴 伸 出 DRAW BAR 二二[ 瑚 上 升 4 0m I 1 1 一 刀 盘 旋 转 到 目标 刀 位 三 二 轴 下 降 至 换 刀 位 置 i 一 主 轴 缩 回 DRAW BAR 二二 I 二 J 轴 离开刀盘 ， 渤上 升 至 原 点 程序结束 图 3 自动刀库控 制流程 图 4结论 介绍了基于F A N U C 8系列 I ／ O L i n k轴的数控机床 自动刀库的设计方法。给出了 I ／ O L i n k轴的系统硬件 连接、1 ／ O模块地址分配，分析了 I ／ O L i n k轴功能实 现 的方法 ，并提供 了关键 的 P M C程序 流程 图。现场 调 试表明该 自动刀库能够满足数控机床加工要求，且 性能稳定 ，可 以应用在 国内数控机床的改造上 。 参考文献 【 1 】F A N U C O I - M O D E L B连接说明书[ M] ． 【 2 】史永利． P MC技术在数控机床中的应用 [ J ] ． 机械与电 子 ， 2 0 1 0 1 5 9 2 9 3 ．