数控机床自动化生产线在制版行业的应用

方恩辉

（沈阳机床（集团）有限责任公司，辽宁沈阳 110142）

生产线的自动化是现代装备制造业的一个重要特点，同时也是对生产线提出的基本要求。所以生产线的自动化也已成为现代制造业必备的条件之一。最大限度提高生产效率。这是生产线自动化的最具有优势的地方。由于采用自动化作业，从原材料供给到生产加工都是由设备来完成，减少了人的参与，一方面避免了人为误操作的不利影响，另一方面设备运作的效率也远比人的效率要高。从而能够最大程度提高劳动生产率，提高设备利用效率。为企业创造最大的效益。

沈阳机床成套设备有限责任公司设计的SUC8202S 系列数控车床采用FANUC 0i 系列CNC数控系统，其中配置了北京超同步主轴变频单元，和FANUC 伺服轴X、Z电机，排屑电机、冷却电机、润滑电机、刀架电机，各种电磁阀、液压阀等。其主要的加工产品滚筒，应用于制版企业印刷机当中。SUC8202S 系列数控车床电气设备组成如图1所示。

图1 SUC8202S系列数控车床电气设备配置图

上海运城制版自动化生产线为桁架型机械手，与SUC8202S 数控机床的数控系统的交互通讯方式为以太网通讯。其原理为通过上位机专业软件，如C SHARP 等手段读取FAUNC 系统内部的FOCUS 函数库（Fanuc focas2 是FANUC 采集数据的开发包，为开发者提供通讯，采集的数据库函数），分别读取数控机床和桁架机械手的输入输出变量，再进行调配和交换，最终完成数控机床与桁架机械手的数据通讯。

FANUC 数控系统的以太网功能主要通过TCP/IP协议实现，使用的时候在数控系统中只需设CNC 的IP、TCP 和UDP 端口等信息即可。设置数控系统端的具体操作方法如下所述。

1 机床与上位机通讯

将上位机与FANUC 数控系统以太网接口连接，需借助相关软件实现CNC 程序传输、PMC 程序和参数的备份和恢复、机床的调整和维护等。其步骤如下：

（1）步骤1。按下功能键后，扩展显示[内嵌]菜单，单击[内嵌]，会出现[公共]、[FOCAS2]、[FTP传送]菜单。单击[公共]，进入公共设定页面。可根据实际情况设定CNC 的IP 地址，或使用PCMCIA以太网卡推荐值192.168.1.1，或者按照厂家给出的IP地址输入。

（2）步骤2。单击[FOCAS2]，进人FOCAS2 设定页面，在显示的页面中设定TCP、UDP 和时间间隔，通常TCP 设为8193，UDP 设为8192，时间间隔根据实际需要设定，一般来说设定为10 s 即可。

（3）步骤3。单击[FTP 传送]，进人FTP 传送设定页面，在显示的页面中设定主机名（IP 地址）、端口号、用户名、密码等相关参数（主机指与CNC 进行以太网通信的计算机）。

完成以上设定后，系统侧的设定就完成了。单击[（操作）]、[设备]，出现内嵌以太网主机文件列表显示页面。操作全部完成后重新上电即可让机械手厂家对机床进行连通操作，如ping 通则机床与机械手联机成功。如联机不成功可能有以下原因：

①在更改完数据后未重新上电。

②机床本身未使用高速口，点击软件“system”→PMC 配置→在线→高速口→使用，即可调用网口。

③网线问题，如上位机ping 不通，可以让厂家找一根网线重新ping 一次，如ping 通则说明接入操作站的网线未插紧或网线本身出现问题。

2 数控机床的自动生产线PLC部分

目前SUC8202S 系列机床与机械手是通过一个单独的子程序模块控制，这样设置可方便于通过调用参数调整整机在单机与自动化时的一键切换控制。具体如下。

2.1 K41.0=1生效机械手部分

K41.0=1即机床PLC 调用自动化程序。

2.2 数控机床与桁架机械手交互信号总览

（1）机床给机器人信号如下：

G54.0即#1000号宏变量 机床信号就绪；

G54.1即#1001号宏变量 M83请求数据；

G54.2即#1002号宏变量 M81请求上料；

G54.3即#1003号宏变量 M84工件预定位；

G54.4即#1004号宏变量 M82请求下料；

G54.5即#1005号宏变量 M85工件松开；

G54.6即#1006号宏变量 气动门开到位；

G54.7即#1007号宏变量 Y 轴位置安全；

G55.1即#1009号宏变量 Z 轴位置安全；

G55.2即#1010号宏变量 刀架位置安全；

G55.3即#1011号宏变量 X 轴位置安全；

G55.4即#1012号宏变量 调整模式。

（2）机器人给机床信号：

F54.1即#1101号宏变量 M83请求数据回答信号；

F54.2即#1102号宏变量 M81请求上料回答信号；

F54.3即#1103号宏变量 M84工件预定位完成回答信号；

F54.4即#1104号宏变量 M82请求下料完成回答信号；

F54.5即#1105号宏变量 M85工件松开完成回答信号。

（3）额外信号：

R410.0 上料条件；

R410.1 下料条件。

2.3 M代码功能及加工部分工序

（1）M 码功能及对应工序介绍。

M81：请求上料，给出M81 后机械手将版辊放入机床中，将版辊主轴侧插入主轴顶尖，此序完成，由机械手给完成信号。

M82：请求下料，给出M82 后机械手到机床上方放下机械手吸住版辊，此序完成，由机械手给完成信号。

M83：请求加工参数，给出M83 后机械手移动到机床上方同时输送加工数据，此序完成，由机械手给完成信号。

M84：工件预定位，在执行完M81 扭矩尾台移动到版辊处并将顶尖插入版辊但未顶紧后执行M84，放下工件并离开机床加工区域，此序完成，由机械手给出完成信号。

M85：工件松开，在加工完成门开执行完M82后，等待Y轴移动到安全位置，之后将版辊从主轴处顶尖取出，将工件带出机床，此序完成，由机械手给出完成信号。

（2）M 代码对应工序。

调整模式并循环启动；

M79：气动门开X Y Z轴、刀架移动到安全位置；

工作模式并循环启动；

M83：请求数据；

M81：请求上料；

尾座移动到预定位位置；

M84：工件预定位；

M32：伺服轴转换为扭矩轴；

M88：扭矩尾台顶紧；

M80：门关；

工件测量；

M8：冷却开启；

加工工件；

M9：冷却关闭；

刀架及XZ轴移动到安全位置；

M82：请求下料；

M33：扭矩轴转换为伺服轴；

Y轴移动到安全位置；

M85：工件松开完成取料；

M99：循环。

2.4 安全位置的设定

桁架机械手进行上料和下料时，机床各个轴需提前运行至安全位置，以保证上下料过程中工件机械手等不与机床设备发生干涉。

FANUC 系统参数6901#1=1生效更多安全位置坐标。

FANUC 系统参数6923-25分别设置为3、1、2。

FANUC 系统参数6943-45 为Y、X、Z轴安全位置最大坐标值，数值根据实际来设定。

FANUC 系统参数6963-65 为Y、X、Z轴安全位置最小坐标值，数值根据实际来设定。

刀架安全位置根据机床使用的刀架种类（液压/伺服）来确定使用哪种刀架信号，确定后根据刀架的实际安全位置的信号来更改梯图中G55.2线圈前的信号开闭点，以此来保证刀架和机械手安全。

2.5 机械手相关报警

（1）提示性报警。此类提示性报警在执行机械手部分M 码1min 后未回答则会出现，目的是提示M码未完成是因为机械手哪部分信号机床未收到。如出现此类报警时机床一直处在循环启动状态且无其他进给保持的报警，则需要检查机械手的对应信号。

报警信号A50.2：请求加工参数未回答，检查机械手信号#1101；

报警信号A50.3：请求上料未回答，检查机械手信号#1102；

报警信号A50.4：请求下料未回答，检查机械手信号#1104；

报警信号A50.5：工件预定位未回答，检查机械手信号#1103；

报警信号A50.6：工件松开未回答，检查机械手信号#1105。

（2）进给保持报警。此类报警是在如机床出现加工程序错误、硬件错误或者逻辑错误时会出现，由于某些条件未达到导致M 码无法执行并且机床进给保持。这时需要检查机床的硬件或者加工程序。由于部分机床信息过于久远，A40.1到A50.0报警以下列信息为准。

报警信号A40.1上料时Y轴未在安全位置；

报警信号A40.2机械手上料条件未满足；

报警信号A40.3机械手下料条件未满足；

报警信号A40.4预定位时上料条件未满足；

报警信号A40.5工件松开时下料条件未满足；

报警信号A40.6工件松开Y轴未到位；

报警信号A40.7机床未就绪，无法请求加工参数；

报警信号A50.0Y 轴未到安全位置，无法请求参数。

（3）以下报警为后续联机增加的报警，部分信息与上述报警一样，当上述报警不明朗时也可参考下列报警。

报警信号A50.1调整模式，与机械手断开连接；

报警信号A50.7机械手上料或预定位时上料条件不满足；

报警信号A51.0机械手下料或在完成工件松开时下料条件不满足；

报警信号A51.1请求加工参数时Y轴未在指定位置。

2.6 自动化设备中刀具寿命相关报警

机床在使用过程中，刀具会有不同程度的磨损，而一把刀具能够用多少次或多长时间往往是固定的。在刀具的寿命即将结束时，机床用户想提前知道刀具马上快要更换了的事实，来准备新的刀具，而不至于在刀具寿命结束，而加工出废件才去更换刀具。刀具寿命管理主要是两个方面：①刀具分组；②信号使用。刀具分组，即将刀库中的刀具分为不同的组，相同类型的刀具放在一个组中。信号使用，即使用刀库寿命管理功能中提供的信号。

无论是刀具分组，还是信号使用，都必须考虑刀具的寿命是按照使用次数来统计，还是按照使用时间来统计。按照次数进行寿命管理，系统只有每收到一个M02（M30）其值才加1，而不论该加工程序中调用过多少次该组刀具。按照时间方式进行寿命管理，在切削方式下按照一定的时间间隔，计数实际切削（G01，G02，G03）使用的时间。对于单段停止、进给保持、快速移动、暂停、机械锁住以及互锁等所需时间不予计数。

由于在自动化设备运行过程中，刀具的使用情况无法通过常规人为手段进行干预，那么只有精准的系统刀具寿命管理才能保证加工成品率。

参数8132#0=1使用刀具寿命管理功能，按MDI键盘上的offset/setting 键找到TOOLLF 的按键即可进入刀具寿命管理画面。

SUC8202S 系列机床刀具寿命分组时，直接指令刀具和刀偏值，格式为T****，前两位为刀具号，后两位为刀偏号，同一把刀具可以带不同的刀偏，而且在刀具分组画面（也即刀具管理画面）显示出来。

T 系列分组的指令意义：

指令格式 指令意义而且在刀具分组画面（也即刀具管理画面）显示出来T 系列分组的指令意义。

需要注意的是，F64.3（刀具寿命预告信号）需要在6805#4（LFB）=1 的情况下使用，6802#4=0 的情况下，每把刀都将输出F64.3 信号，6802#4=1 的情况下，只有本组内的最后一把刀输出F64.3信号。PLC 可以通过F64.3信号做出刀具寿命相关报警，提示操作人员进行更换刀具的处理。

3 结束语

生产自动化正改变着人们的生活。近些年来，工业生产一直追求快捷性和智能化，设计灵活高效的生产管理系统，以满足智能柔性变化的需求。相信随着技术水平的提高，未来会有越来越多的公司使用自动化系统来采集和分析数据。基于行业标准的互联网生态系统，相互协作，互利互惠的基础上，聚焦行业，做深做透，推动行业可持续发展。这将有助于优化生产能力和安全性，促进生产力的提升。