左敬飛 魏 瑋 付貴金

（東風康明斯發(fā)動機有限公司設備部 湖北襄陽）

東風康明斯發(fā)動機有限公司于1993年購置1臺S3-247型數(shù)控車床，用于軸類零件的加工。該車床所使用的數(shù)控系統(tǒng)為FANUC 0系統(tǒng)。由于目前數(shù)控系統(tǒng)故障開始增多，且0系統(tǒng)備件已不再生產，為保障設備的正常運行，決定用FANUC 0i-D系統(tǒng)對設備進行升級改造。

一、選型

該數(shù)控車床結構見圖1，該數(shù)控車床由兩個移動軸X、Z和主軸構成。兩個移動軸由伺服電機來進行驅動控制，主軸由變頻器加普通電機進行驅動控制。該機床驅動系統(tǒng)為α系列放大器和伺服電機，內置L型PMC，輸入輸出單元為IO C7接口板。根據(jù)這些情況，在進行控制系統(tǒng)升級時，數(shù)控系統(tǒng)選用FANUC 0i-D系統(tǒng)，驅動系統(tǒng)選用αi系列放大器和伺服電機，內置0i-D型PMC，輸入輸出單元選用0i-D用IO單元（96輸入/64輸出）。

圖1 數(shù)控車床結構

二、技術方案

1.工作內容

將數(shù)控系統(tǒng)由FANUC 0系統(tǒng)升級為當前主流的FANUC 0i-D系統(tǒng)。將驅動系統(tǒng)由α系列升級為αi系列產品。PMC控制程序升級為0i-D系列，編制PMC程序。編制加工程序。電氣圖紙的繪制和線號的規(guī)范化。線路及低壓電器的更改及整理。

2.主要電氣元部件（表1）

表1 主要電氣元部件

3.PMC程序

PMC程序包括IO硬件的組態(tài)和梯型圖的編制等，其篇幅較長，這里也就不全部列出了，僅對PMC梯形圖編制中的幾個重點進行簡述。

（1）刀庫部分。刀庫選用AK31系列全功能數(shù)控轉塔刀庫，動作流程：①轉塔制動裝置失電，使轉塔處于松動狀態(tài)。②通過FANUC系統(tǒng)PMC中的ROT指令可以給出就近轉位的旋轉方向，轉位電機旋轉。③檢測目標刀位的前一位到達信號和選通信號（低電平）是否到達，當這兩個信號到達時預分度電磁鐵得電。④預分度接近開關信號到達后，轉位電機停轉，延時50 ms后，轉位電機反向旋轉。⑤反靠到位信號到達后，轉位電機再停轉，同時轉塔制動得電，轉塔處于鎖緊狀態(tài)。⑥延時200 ms后，預分度電磁鐵失電，至此整個刀庫轉位動作完成。

刀庫轉位部分的PMC程序所用到的一個重要功能指令-SUB6 ROT。圖2為ROT指令的形參示意圖，ROT指令用于轉塔刀庫、分度工作臺等需要進行轉位控制的場合。該指令能夠根據(jù)當前位置、目標位置結合形參的實際設定值，給出旋轉方向和目標計算結果。各形參的意義解釋如下。

RNO=0轉臺的最小位置從0開始，RNO=1轉臺的最小位置從1開始；

BYT=0位置數(shù)據(jù)為2位BCD碼，BYT=1位置數(shù)據(jù)為4位BCD碼；

圖2 ROT指令形參示意圖

DIR=0不使用最短路徑轉位 (旋轉方向僅為正向)，DIR=1使用最短路徑轉位；

POS=0計算目標位置，POS=1計算目標位置的前一位；

INC=0計算位置號，INC=1計算步數(shù)；

ACT=1執(zhí)行ROT指令。

轉臺位置數(shù)地址：指定回轉體的位置總數(shù)；

當前位置地址：指定當前位置的存儲地址；

目標位置地址：指定目標位置的存儲地址；

計算結果輸出地址：指定計算步數(shù)結果輸出的地址。

輸出W1=0：正方向旋轉；輸出W1=1：負方向旋轉。

刀庫部分所用到的輸入輸出信號。輸入信號：刀位BCD編碼1、刀位BCD編碼2、刀位BCD編碼4、刀位BCD編碼8、選通位、奇偶校驗位、預分度插銷到位、反靠到位。輸出信號：轉塔正轉、轉塔反轉、轉塔制動、預分度電磁鐵插銷。

（2）手動、自動方式下的軸移動倍率值。手動、自動方式下的軸移動倍率值使用的接口信號和編程方法是不一樣的。PMC編程中要用到的功能指令是SUB27-CODB和SUB62-NOT。

手動方式下，軸移動倍率的接口信號是G10、G11兩個字節(jié)組成的字，編程方法是使用指令根據(jù)倍率開關編碼信號得到倍率值表中不同的倍率值(單位為0.01%)，再將倍率值按位取反后的值傳送給G10、G11兩個字節(jié)組成的字。

自動方式下，軸移動倍率的接口信號是G12這一個字節(jié)，編程方法是使用指令根據(jù)倍率開關編碼信號得到倍率值表中不同的倍率值 (單位為1%)，再將倍率值按位取反后的值傳送給G12這一個字節(jié)。由于篇幅有限，這里就不展開描述了。

（3）急停信號的處理。FANUC 0i-D系統(tǒng)中有兩個最基本的急停信號，分別是X8.4和G8.4，這兩個信號必須都為1，系統(tǒng)才能夠正常運行，否則會一直有“急?！眻箦e信息。其中的X8.4是可以直接進入到NC的信號，這個信號可以不在PMC中編程，但必須要處于接通的狀態(tài)；G8.4是PMC發(fā)給NC的接口信號，必須在PMC中編程，且要處于接通的狀態(tài)。

（4）軸移動的幾個互鎖控制信號。在位置畫面中的軸名左上角處有個“I”標志說明該軸處于被鎖定狀態(tài)，即互鎖條件不滿足，不能移動。這時應主要考慮以下幾個軸鎖信號：①所有軸互鎖信號*IT（G8.0），該信號應當為1。當參數(shù)NO.3003#0為1時，此信號失效，即軸的移動不受此信號的影響。②各軸互鎖信號*IT1～*IT5（G130.0～G130.4），該信號應當為 1。當參數(shù) NO.3003#2為1時，此信號失效，即軸的移動不受此信號的影響。③各軸方向互鎖信號，對于M系列來說互鎖信號為+MIT1～+MIT5（G132.0～G132.4）、-MIT1～-MIT5（G134.0～G134.4），對于 T 系列來說互鎖信號為+MIT1（X4.2）、-MIT1（X4.3）、+MIT2（X4.4）、-MIT2（X4.5），該信號應當為0。當參數(shù)NO.3003#3為1時，此信號失效，即軸的移動不受此信號的影響。

4.系統(tǒng)參數(shù)設置

系統(tǒng)參數(shù)設置包含NC軸基本設定、FSSB設定、伺服設定、主軸設定等。

（1）系統(tǒng)參數(shù)設定的基本步驟。對系統(tǒng)進行全清。按下MDI單元的“reset”和“del”兩個按鍵不放，然后對系統(tǒng)進行上電可完成對系統(tǒng)的全清。按[SYSTEM]→[+]擴展多次→[PRM設定]進入“參數(shù)設定支援”畫面中，對軸設定、FSSB（AMP）、FSSB（軸）、伺服設定、主軸設定這幾項進行設定。對于多數(shù)一般要求的機床來說，完成以上這幾項設定就足夠了；對于較高要求的機床，或者對于調試過程中需要進行伺服參數(shù)等的情況，還需要對“參數(shù)設定支援”畫面中的其他項目進行設定。

（2）注意事項。全清后出現(xiàn)的幾個報警的處理。全清后屏幕上一般會出現(xiàn)幾個報警，如硬限位超程、伺服設定出錯、放大器出錯等。這時不用擔心，只要在PLC程序中編輯相應的接口信號以及隨后進行正確的參數(shù)設定即可。電機代碼的設定。電機代碼要根據(jù)電機型號和電機圖號（即電機規(guī)格號的中間四位）來進行查詢。例如對于伺服電機A06B-0253-B401（αiF 30/3000），電機型號即為αiF 30/3000，電機圖號即為0253，從FANUC伺服電機說明書（B-65270）的第2章 中可以查到電機代碼為303。說明：HRV*表示針對不同的應用場合要求加載的不同類型的伺服參數(shù)，對于多數(shù)常規(guī)的應用場合加載標準伺服參數(shù)即可，因此一般使用HRV2型的。直徑編程的軸的伺服設定。對于直徑編程的軸的伺服設定，F(xiàn)ANUC 0i-D系統(tǒng)與此前的0、0i-A/B/C、16i/18i/21i等老系統(tǒng)的設定方法有所不同。將某個軸設定為直徑編程的參數(shù)為NO.1006#3（DIAx），設為1時表示軸為直徑編程，設為0時表示軸為半徑編程。

對于0i-D之前的系統(tǒng)，除了要將設定軸為直徑編程的參數(shù)設為1之外，還要在伺服設定畫面中進行以下兩者之一的處理：①將指令倍承比設為半徑編程時的一半，即設為1。②在計算柔性齒輪比(N/M)時，將指令單位換算為設定單位的一半后再進行N/M的計算。例如，設定單位為1 μm，則當軸為直徑編程時指令單位=0.5 μm。對于0i-D系統(tǒng)，只需將設定軸為直徑編程的參數(shù)設為1即可。以本次用FANUC 0i-D系統(tǒng)改造的數(shù)控車床為例，設定單位為1μm，X、Z軸電機與絲杠直連。X軸為直徑編程，螺距為6 mm，故X軸齒輪比N/M=6/0.001/1000000=3/500，指令倍乘比設為2；Z軸為半徑編程，螺距為8 mm，故Z軸齒輪比N/M=8/0.001/1000000=1/125，指令倍乘比設為2。伺服設定畫面見圖3。

5.加工程序編制和刀補值設置

加工程序和刀補值與原FANUC 0系統(tǒng)基本一樣，這里就不展開敘述了。

三、安裝調試過程中的其他注意事項

圖3 伺服設定畫面

（1）伺服電源模塊分為三相AC 220 V型和三相AC 380 V型兩種，設計和安調人員要先認清楚型號，對于三相AC 220 V型的伺服電源模塊要增加交流變壓器。

（2）0i-D系統(tǒng)的伺服電源模塊上的CX1A（220V）插頭、CX3（MCC）插頭、ESP（CX4）插頭和原來0系統(tǒng)的插頭的結構和功能是一樣的，可直接使用以減少安裝調試的工作量。

（3）0i-D系統(tǒng)用的I/O單元的輸入點所用的直流24 V電壓是I/O單元自身提供的（端口CB104/105/106/107的B01號端子），不是由外部直流電源提供的；而輸出點所用的直流24V電壓是由外部直流電源提供的。I/O單元的輸入和輸出所用的兩個24 V不能混接在一起。

（4）0i-D系統(tǒng)用的I/O單元的CB106的COM4端子本身是浮動的，為輸入信號的接線公共端提供了可選項。如果要使用CB106的話，要根據(jù)輸入信號的接線需求將COM4（A14）與0 V（A01）或者 24 V（B01）短接，不能將 COM4（A14）空著不接線。

（5）原來的α系列伺服電機的抱閘控制電壓為直流90 V，現(xiàn)在的αi系列伺服電機的抱閘控制電壓為直流24 V，改造時要注意改變電壓的接線方式。

在使用以上技術方案對該數(shù)控車床的控制系統(tǒng)進行升級改造后，設備故障率顯著降低，數(shù)控系統(tǒng)備件得到了有效保障；同時通過實踐，對數(shù)控系統(tǒng)的應用加深了理解，解決問題的能力也得到了提高。