數(shù)控系統(tǒng)中同步控制及自動(dòng)對(duì)刀功能的實(shí)現(xiàn)
2020-6-29 來源：廣州數(shù)控設(shè)備有限公司 作者：陳 鵬
摘 要：以廣州數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的GSK208D系列數(shù)控系統(tǒng)（GSK208D雕銑數(shù)控系統(tǒng)）為例，介紹如何在數(shù)控系統(tǒng)中通過增加同步控制及自動(dòng)對(duì)刀功能來提高加工效率及加工精度的方法。
關(guān)鍵詞： GSK208D雕銑數(shù)控系統(tǒng)；同步控制；自動(dòng)對(duì)刀
0 引言
在工件加工過程中，刀具調(diào)整、工件裝卸等輔助時(shí)間在加工周期中占比相當(dāng)大，減少輔助時(shí)間對(duì)提高加工效率至關(guān)重要，因此自動(dòng)對(duì)刀功能便顯現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。此外，一般的設(shè)備裝夾一次只能加工一個(gè)零件，如果裝夾一次能加工多個(gè)零件，就能成倍提高效率，降低成本。本文將介紹在數(shù)控系統(tǒng)中增加同步控制和自動(dòng)對(duì)刀功能及嵌入操作界面來簡(jiǎn)化操作、提高效率的方法。
1、 控制原理
1.1 同步控制
在一些機(jī)床上，如雙立軸（Z和A兩個(gè)立軸）龍門雕銑機(jī)床（圖1），通過外部控制信號(hào)來切換同步控制的啟動(dòng)和關(guān)閉，同步控制啟動(dòng)時(shí)可以通過僅指令其中一個(gè)立軸使Z和A兩個(gè)進(jìn)給軸同步驅(qū)動(dòng)。
成為同步控制標(biāo)準(zhǔn)的軸為主控軸，與主控軸同步移動(dòng)的軸為從控軸。
為了做到機(jī)械的同步動(dòng)作，還需對(duì)同步控制中的主控軸和從控軸的伺服驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行同步性調(diào)整。啟動(dòng)同步控制，與主控軸保持同步而使從控軸移動(dòng)的運(yùn)行稱為同步運(yùn)行；而關(guān)閉同步控制，使主控軸、從控軸各自獨(dú)立移動(dòng)的運(yùn)行稱為通常運(yùn)行[1]。
1.2 自動(dòng)對(duì)刀
自動(dòng)對(duì)刀就是在數(shù)控系統(tǒng)中通過執(zhí)行對(duì)刀專用程序及G31程序跳轉(zhuǎn)指令來使刀具移動(dòng)碰觸對(duì)刀儀得到刀具長(zhǎng)度、半徑、磨損量等相關(guān)數(shù)據(jù)的方法，其中對(duì)刀儀是自動(dòng)對(duì)刀功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵設(shè)備。在自動(dòng)對(duì)刀功能使用前應(yīng)對(duì)對(duì)刀儀在工作臺(tái)上的位置坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定，并將標(biāo)定后坐標(biāo)存儲(chǔ)到數(shù)控系統(tǒng)的變量中去，為下一步的使用提供基準(zhǔn)。在G31指令之后指定軸移動(dòng)，可以像G01一樣進(jìn)行直線插補(bǔ)。若在執(zhí)行G31指令期間輸入外部跳轉(zhuǎn)信號(hào)（即對(duì)刀儀動(dòng)作觸發(fā)信號(hào)）SKIP <X002#1>，則中斷該指令的執(zhí)行并轉(zhuǎn)入執(zhí)行下一程序段。
數(shù)控系統(tǒng)在接收到跳轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)把各軸的坐標(biāo)值存儲(chǔ)到專用的變量#5016～#5019中[2]。
1.3 同步控制及對(duì)刀操作界面
為方便操作人員使用，在GSK208D雕銑數(shù)控系統(tǒng)中增加操作界面，如圖2所示。
界面參數(shù)說明：測(cè)量模式選擇：1—長(zhǎng)度；2—直徑；3—長(zhǎng)度&直徑；4—長(zhǎng)度標(biāo)定；5—直徑標(biāo)定。刀具號(hào)：當(dāng)前需要測(cè)量的刀具號(hào)。刀長(zhǎng)偏置號(hào)：存儲(chǔ)當(dāng)前刀具長(zhǎng)度的偏置號(hào)（默認(rèn)與T相同）。
刀徑偏置號(hào)：存儲(chǔ)當(dāng)前刀具直徑的偏置號(hào)（默認(rèn)與T相同）。
刀具直徑：被測(cè)刀具直徑（+s：右旋刀具；-s：左旋刀具）。刀具長(zhǎng)度估測(cè)：被測(cè)刀具長(zhǎng)度（標(biāo)定時(shí)請(qǐng)輸入準(zhǔn)確值）。測(cè)量深度：從起始位置到測(cè)量位置的增量深度。越程量：越程量和徑向安全間隙值。破損標(biāo)識(shí)刀偏號(hào)：一個(gè)空余刀偏號(hào)用作刀具破損標(biāo)識(shí)的位置。
破損允差：程序設(shè)定的破損檢測(cè)允差。刀具半徑尺寸調(diào)整：刀具尺寸調(diào)整的切削狀態(tài)（直徑標(biāo)定時(shí)為測(cè)頭直徑）。坐標(biāo)系選擇：選擇范圍為G54～G59，P1～P50（G54）。按鍵說明：【Z軸對(duì)刀】：選擇對(duì)刀軸為Z軸；【A軸對(duì)刀】：選擇對(duì)刀軸為A軸；【同步啟動(dòng)】/【同步取消】：?jiǎn)?dòng)或取消同步控制功能；【啟動(dòng)】：?jiǎn)?dòng)對(duì)Z軸/A軸上刀具的測(cè)量程序。
2、 同步控制及自動(dòng)對(duì)刀的實(shí)現(xiàn)
這里包括兩部分功能的實(shí)現(xiàn)：同步控制功能和自動(dòng)對(duì)刀功能。
2.1 同步控制功能的實(shí)現(xiàn)
2.1.1 同步控制功能參數(shù)定義及設(shè)置
為滿足不同機(jī)械結(jié)構(gòu)的同步控制，需定義一些關(guān)于同步控制的參數(shù)，如表1所示。
表1 同步控制相關(guān)表
2.1.2 同步控制功能指令代碼、信號(hào)及控制邏輯
為滿足同步控制啟動(dòng)和關(guān)閉的自由切換，需要定義同步控制啟動(dòng)代碼M33、關(guān)閉代碼M34及同步控制輸入信號(hào)SYNC，如表2所示。
表2 同步控制相關(guān)代碼及信號(hào)表
圖3給出了同步控制實(shí)現(xiàn)的示意梯形圖。
2.1.3 同步控制操作
為方便同步控制操作，除在數(shù)控系統(tǒng)中嵌入開發(fā)操作界面及按鈕外，還需編寫同步控制啟動(dòng)和取消按鈕操作調(diào)用的子程序，如表3所示。
表3 同步控制啟動(dòng)/取消子程序
操作步驟：（1）切換到自動(dòng)操作模式并切換界面到對(duì)刀界面；（2）選擇【同步啟動(dòng)】/【同步取消】按鈕，選擇之后將調(diào)用O82100/O82101號(hào)子程序；（3）按下操作面板上的循環(huán)啟動(dòng)按鈕。
2.2 自動(dòng)對(duì)刀的實(shí)現(xiàn)
指令代碼格式：G31 G90/G91 X_ Y_ Z_ F_。X_ Y_ Z_：各軸的終點(diǎn)坐標(biāo)；F：移動(dòng)到終點(diǎn)坐標(biāo)的進(jìn)給速度（mm/min）。功能：在G31代碼之后，像G01一樣可以指令直線插補(bǔ)，在該代碼執(zhí)行期間，如果輸入一個(gè)外部跳轉(zhuǎn)信號(hào)，則中斷代碼的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行下個(gè)程序段。當(dāng)不編程加工終點(diǎn)，而是用來自機(jī)床的信號(hào)指定加工終點(diǎn)時(shí)，使用跳躍功能，例如用于磨削。跳躍功能還用于測(cè)量工件的尺寸。說明：G31為非模態(tài)G代碼，僅在指定的程序段中有效。
例：G31的下個(gè)程序段是絕對(duì)值指令的單軸移動(dòng)，如圖4所示。
2.2.1 自動(dòng)對(duì)刀I/O連接
由于這里用于刀具測(cè)量的信號(hào)是G31跳轉(zhuǎn)信號(hào)X2.1，因此要求在Z軸方向及A軸方向上的測(cè)量到達(dá)信號(hào)都應(yīng)能被X2.1檢測(cè)到。信號(hào)連接如圖5所示。
2.2.2 自動(dòng)對(duì)刀操作步驟
（1）切換到自動(dòng)控制模式，確認(rèn)同步控制是否取消，若同步控制已取消，則跳過第（2）步直接操作第（3）步；（2）選擇【同步取消】按鈕，并按下循環(huán)啟動(dòng)執(zhí)行同步取消；（3）選擇【Z軸對(duì)
刀】或【A軸對(duì)刀】，并在界面中設(shè)定相關(guān)的測(cè)量參數(shù)；（4）按下界面【啟動(dòng)】按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)用O82000號(hào)對(duì)刀宏程序；（5）按下操作面板上的循環(huán)啟動(dòng)按鈕，執(zhí)行對(duì)刀宏程序；（6）重復(fù)
第（3）步中的另一軸進(jìn)行對(duì)刀；（7）Z軸和A軸均對(duì)刀完畢后，選擇【同步啟動(dòng)】按鈕，并按下循環(huán)啟動(dòng)執(zhí)行同步啟動(dòng)；（8）選擇工件加工程序，執(zhí)行雙工件的同步加工。
2.2.3 自動(dòng)對(duì)刀程序
按圖6所示控制流程圖進(jìn)行宏程序的編寫，對(duì)刀宏程序號(hào)設(shè)定為O82000。
3 、結(jié)語
根據(jù)用戶實(shí)際加工結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，使用同步控制和自動(dòng)對(duì)刀功能，操作簡(jiǎn)單、方便、易學(xué)，加工效率提高了一倍多，綜合成本降低。隨著技術(shù)的進(jìn)步、競(jìng)爭(zhēng)的加劇，精工機(jī)械設(shè)備的選用會(huì)越來越先進(jìn)，自動(dòng)化水平越來越高，多工位加工及自動(dòng)對(duì)刀應(yīng)用也會(huì)越來越普及。
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