FANUC 0i Mate MD系统数控铣床改造成为加工中心的自动换刀程序设计

张培

（天津中德应用技术大学，天津300350）



FANUC 0i Mate MD系统数控铣床改造成为加工中心的自动换刀程序设计

张培

（天津中德应用技术大学，天津300350）

摘要：以基于FANUC 0i Mate-MD系统的YL569-A型数控铣床为研究对象，阐述增加斗笠式刀库（12T）升级改造为加工中心的自动换刀程序设计。采用PMC控制结合宏程序的方法，实现斗笠式刀库的换刀控制，保证机械加工的精度，实现了加工中心的高效、高精加工，提高了生产效率和效益。

关键词：数控铣床；升级改造；自动换刀程序；FANUC 0i Mate MD

虽然四轴、五轴甚至六轴数控加工中心在我国得到越来越广泛使用，但由于历史和经济原因，数控铣床仍然大量存在于国内的各机械加工企业。数控铣床与数控加工中心的最大区别就是数控加工中心含有自动换刀的刀库装置，而数控铣床没有自动换刀功能，因而需要进行手动换刀。在大批量生产中，频繁的手动换刀使数控铣床的生产效率较低[1]。为了拓展数控铣床的功能，增加设备的使用范围，提高生产效率，本文以基于FANUC 0i Mate-MD系统的YL569-A型数控铣床为研究对象，如图1所示，阐述增加斗笠式刀库（12T）升级改造为加工中心的自动换刀程序设计。

本论文通过PMC（PMC=Programmable Logic Machine）和宏程序的有机结合，实现刀库的动作，可以大大的节省PMC编程的内容，减少工作量，同时增强可读性，在时序的处理上，可以避免类似梯形图中的复杂处理，而是利用程序的执行顺序方便的完成，提高了机床的生产效率，使斗笠式刀库的换刀更为安全、简捷、有效、经济。

图1　基于FANUC 0i Mate-MD系统的YL569-A型数控铣床

1　换刀工作过程

换刀逻辑流程如图2所示[2-3]，当系统检测到程序执行M06T××换刀指令时，首先判断存储单元中主轴当前刀具号与换刀指令刀具号是否相同，若相同，则换刀结束，若不相同，则进行下一步，判断主轴上是否有刀，若没有刀，则跳过还刀过程，直接换刀，若有刀，先执行以下还刀动作。

图2　换刀逻辑流程图

还刀动作：首先，判断主轴刀号与刀库当前刀号的一致性，若不一致，刀库旋转到与主轴刀号一致为止。随后，Z轴移至第二参考点主轴定向，刀库向前，靠近主轴，主轴松刀吹气，将当前刀具还回刀库并移至第一参考点，完成还刀动作。

随后，判断指令刀号是否为T0，若是T0，则跳过换刀过程，处理TFIN信号，并更新主轴刀号数据库，换刀结束；若指令刀号不为T0，则执行以下换刀动作。

换刀动作：数控系统发出刀库电动机正/反转起动信号，启动刀库电动机的转动，刀库旋转至加工程序指定的刀号，Z轴移到第二参考点，进行抓刀动作，主轴刀具夹紧，刀库向后，远离主轴，换刀结束。

2　换刀宏程序的设计

当系统检测到程序执行M06T××换刀指令时，NC系统会自动调用换刀宏程序，并对T代码进行译码处理。宏程序的设计原理是根据斗笠式刀库的动作过程实现逻辑控制和轴进给，并与PMC配合完成斗笠式刀库的自动换刀。

将系统参数6071设定为6，即当执行M6换刀指令时调用O9001宏程序，以实现M06换刀指令。将系统参数3202#4设定为0，O9001宏程序可以显示、编辑、删除。根据换刀逻辑流程图，斗笠式刀库实现自动换刀，其换刀宏程序如下[4-5]：

O9001；

IF[#1001EQ1]GOTO 40；（主轴刀号与指令刀号一致，跳到N40，#1001对应G54.1）

#199=#4003；（G90、G91模态）

#198=#4006；（G20、G21模态）

IF[#1003EQ1]GOTO 20；（判定主轴是否有刀，没有刀直接跳到N20，#1003对应G54.3）

M81；（主轴刀号与刀库当前刀号一致性判断，若不一致刀库旋转到与主轴刀号一致为止）

G91 G30 P2 Z0 M19;（Z轴移到第二参考点主轴定向）

M80；（刀库向前，靠近主轴）

M82；（松刀吹气）

G91 G28 Z0；（Z轴移到第一参考点）

IF[#1002EQ1]GOTO 10；（指令是否为T0#1002对应G54.2）

M83；（在主轴端，刀库旋转至加工程序指定的刀位）

G91 G30 P2 Z0；（Z轴移到第二参考点）

N10 M84；（刀具夹紧）

M86；（刀库向后，远离主轴）

GOTO 30；

N20 G91 G28 Z0 M19；（Z轴移到第一参考点主轴定向）

M83；（在远离主轴端，刀库旋转至加工程序指定的刀位）

M80；（刀库向前，靠近主轴）

M82；（松刀吹气）

G91 G30 P2 Z0；（Z轴移到第二参考点）

M84；（刀具夹紧）

M86；（刀库向后，远离主轴）

N30 G#199G#198；（模态恢复）

N40 M99；（子程序结束）

3　PMC逻辑控制程序的设计

换刀宏程序和PMC程序执行换刀动作是采取应答工作方式。换刀宏程序向PMC发出刀库动作命令，PMC执行，执行完毕后，把完成信息反馈到换刀宏程序，换刀宏程序才继续执行下面的程序。宏变量与G代码的对应关系如表1所示。

表1　宏变量与G代码的对应关系

辅助功能指令M代码的功能如表2所示。

表2　辅助功能指令M代码功能

限于篇幅，本论文只对刀库旋转的PMC控制程序作说明。刀库旋转PMC控制程序及说明如图3所示。

图3　刀库旋转PMC控制程序

4　结束语

本文将FANUC 0i Mate-MD系统的数控铣床，加装斗笠式刀库（12T）升级改造为加工中心后，经过一段时间的运行试验，能较大地提高生产效率，且改装成本比较低，能充分扩展数控铣床的功能。通过PMC和宏程序的有机结合控制刀实现斗笠式刀库的自动换刀，改善了原来的换刀速度和换刀的安全性。

参考文献：

[1]黄祖平.数控铣床加装自动换刀的刀库装置[J].机电工程技术，2013，42（8）:172-174；

[2]王刘成，等.基于宏程序和PMC控制的斗笠式刀库换刀的实现[J].探索与观察，2012，19（10）:14-15.

[3]王茜.基于Fanuc系统的四轴加工中心刀库电气控制[J].功能部件设计，2010，（22）:111-113.

[4]张建玲.FANUC 0i MD数控系统斗笠式刀库实现自动换刀[J].机床自动化，2013，（10）:61-62.

[5]黄风.数控机床斗笠式刀库换刀宏程序的开发和调试[J].自动化与传动，2010，（7）:39-40.

中图分类号:TG659

文献标识码：A

文章编号：1672-545X（2016）04-0193-03

收稿日期：2016-01-28

作者简介：张培（1984-），女，天津市人，硕士研究生，讲师，研究方向：数控设备维修。

Design of ATC Program for Milling Machine based on FANUC 0i Mate-MD System Upgrading to Machining Center

ZHANG Pei
（Tianjin Sino-German University of Applied Science，Tianjin 300350，China）

Abstract:The paper discusses the design of ATC program for milling machine based on FANUC 0i Mate-MD system，which is upgraded to machining center by assembling the carousel type magazine with 12 tools.The method of tool magazine controlled by PMC and macro program is used，which can make the tool changing more safely and effectively to improve the production efficiency.

Key words:FANUC 0i Mate-MD；ATC program；upgrade；machining center