基于FANUC0i系统的加工中心刀库控制
FANUC0i系统在特殊刀库上的应用
FANUC0i系统在特殊刀库上的应用“FANUC 数控系统应用”有奖征文选登(第二期)FANUC 0i 系统在特殊刀库上的应用Application of FANUC 0i System on Sp ecial Tool Storage何红欣(陕西省汉中市汉川机床有限责任公司)我公司最近推出一种特殊的新型刀库,这个刀库特殊性主要表现在以下几个方面:(1)个刀库必须固定在工作台上;(2)这个刀库有两排刀位,换刀采用非随机形式;(3)换刀只能靠坐标定位来完成;(4)两个主轴同时抓两把刀(两个主轴之间的距离为500mm )。
其结构示意如图1所示1换刀过程的分析(1)换刀过程的流程时序图(图2)图中:①T0表示还主轴上的刀;②换刀动作说明当主轴有刀需换另一把刀时,首先主轴应下降,通过卡盘外侧的外圆中心(例如A 点)继续下降到换刀位,再移动到卡盘中(例如B 点);然后主轴松刀,待完全松开后,Z 轴再抬起完成还刀;再移动工作台,找到新刀,主轴下降到换刀位刀具夹紧(例如D 点),然后移动到卡盘外侧的外圆中心(例如C 点),Z 轴再抬起完成换刀;③当主轴无刀时直接执行抓刀;当T0时,执行还刀动作。
(2)刀库正常运转必须解决的问题①因为刀库固定在工作台上,导致换刀指令发出时刀库的位置不固定,要保证能准确的还刀和抓刀必须知道各个刀位的机床坐标值;②必须正确进行刀库表的刷新。
2解决问题的思路思路1由于刀库的容量比较少,可以先将刀库固定好回完零后,手动移动机床工作台到刀库第一把刀位置处将其机床坐标值记住,然后算出第二把刀……最后一把刀的Y 机床坐标值,(因刀库设计时的间距为已知量)将这些坐标值编程到换刀子程序中用程序段选择跳信号来帮助处理即可完成找刀和还刀。
软件和后置处理器进行升级,使之适应五轴加工的要求;必须对校验程序进行升级,使之能够对整个机床进行仿真处理。
随着CAD/CAM 系统的飞速发展,高性能五轴联动数控系统的不断推出,我国数控机床正朝着高速度、高精度、复合化的方向蓬勃发展。
FANUCOiMD数控系统斗笠式刀库实现自动换刀
Ｎ １ Ｍ ９ ９
％
（ 换刀结束 ，返回主程序）
（ ２）Ｐ ＭＣ 与ＮＣ 程序的配合 。斗笠式 刀库 实 现 自动换 刀是Ｐ ＭＣ与ＮＣ 程 序 的配合 来完成 的 。
Ｐ Ｍ Ｃ在 整 个 换 刀 过 程 中 主 要 控 制 刀 库 的 正 ／反
转 、刀库的前进 ／后退、松 刀 ／紧刀阀的动作以及 换 刀动作 顺序 。主轴 的上 升 、下 降和定 位都是 由
Ｎ Ｃ系统 程序 控 制 的 。
（ ８ ）刀库向远离 主轴 中心位置侧平移如附图ｆ
所示 ，直 ￣ Ｊ Ｉ Ｐ Ｌ Ｃ 接 收 到 传 感 器Ａ发 出 的 反馈 确认 信
步。
斗
换取 ，根据 刀库选取的不同 ，换刀系统 的控制方式 也不同。加 工中心常用的刀库有斗笠式 、凸轮式、 链条式 等 ，斗笠式 刀库是加工中， Ｏｌ ： ｋ 较常见的一种 换刀装置 ，换 刀过程简单 ，体积小、安装方便 、易 于控制和维护等优点 ，因此在中小型加工 中心上得 到了广 泛的应用 。但对 刀库的定位要求高 ，而且在 换刀过 程中需要轴配合其动作 ，而Ｐ Ｌ Ｃ 是无法直接 参与数控轴的控制。基于Ｆ Ａ ＮＵＣ ０ ｉ ＭＤ数控 系统 利用ＮＣ 宏程序可以把轴控制与Ｐ ＭＣ 控制有机地结 合 ，它可以按一定的逻辑控制Ｐ Ｍｃ 和进给轴 ，从而 实现 包含轴移动的换 刀控制。在本文 中，笔者 结合
后 ，这 时 刀库 转 动 ， 当 目标 刀具 对 正 主 轴 正 下 方 时 ，主 轴 下 移 ，使 刀具 进 入主 轴 锥 孔 内 ，刀具 夹 紧 后 ，刀库 退 回原 来 的 位 置 ，换 刀结 束 。 刀库 具 体 动 作过程如下 ：
FANUC_0i-MB系统加工中心编程指令及实训操作
G 指令
组号
功
能
G 指令 组号
功
能
G00* G01（*）
G02 G03
定位 直线插补 01 顺时针圆弧插补/螺旋线插补 逆时针圆弧插补/螺旋线插补
G50.1* G51.1 G52 G53
可编程镜像取消 22 可编程镜像有效
局部坐标系设定 00
选择机床坐标系
G04
停刀，准确停止
G54*
选择工件坐标系 1
图 3－2 设定工件坐标系
1.用 G54～G59 指令选择工件坐标系 G54～G59 指令可以分别用来选择相应的工件坐标系。在电源接通并返回参考点后，系统自动选择 G54 坐标系（图 3－3 中第二行）。 例 3－1 对图 3－4 所示零件在坐标原点处加工一个通孔（工件厚 13mm）。用 G54 指令选择工件坐标 系。编程如下：
图 3－6 局部坐标系与工件坐标系的关系
程序名 换上 1 号刀 选择 G54 工件坐标系，绝对编程，快速移动到 Z35，在 Z 方向调入了刀具长度补偿 刀具快速移动到 G54 工件坐标系设定的点 主轴正转，转速 600r/min 快速定位，切削液开 调用子程序 O8001 加工下平面的型腔 Z 轴快速上移，切削液关 Z 轴快速移动到机床坐标 Z0 处 主轴停转 换上 2 号刀 选择 G55 工件坐标系，绝对编程，快速移动到 Z20，在 Z 方向调入了刀具长度补偿 刀具快速移动到 G55 工件坐标系设定的点 主轴正转，转速 600r/min 快速定位，切削液开 调用子程序 O8002 加工上平面的型腔 Z 轴快速上移，切削液关 取消刀具长度补偿，Z 轴快速移动到机床坐标 Z0 处 程序结束
G47
2 倍刀具偏置量
G48
1/2 刀具偏置量
「0I-MC系列加工中心使用说明书」
X1０移动量：0.01ｍm/Ｐ
Ｘ100移动量：0.1mm/P
选择手轮方式后,选择X1、X１０、X1０0任一倍率，再选择希望移动的座标轴（操作面板上相应的轴选指示灯亮），旋动手摇轮,可将滑板移动到指定的位置。手摇轮顺时针旋动发出正向指令，逆时针旋动发出负向指令。
ＦAＮUC手持盒
[DNC]DNC运行方式（RMT)是自动运行方式的一种,是在读入接在阅读机/穿孔机接口的外设上程序的同时执行自动加工(DＮC运行）。它可以选择存储在外部输入／输出设备上的文件(程序)。
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使 用说明 书
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３-5
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３－12
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3)手动方式
１)[手轮]用于使用手持盒上的手轮移动滑板，此时移动轴和移动倍率均由手持盒上的选择开关选择：
页
共
2－3
页
2电源
２－１输入电压
本机床输入电源电压为三相交流３80V 50HＺ(出国可选择三相交流415V５0HＺ/60HZ或2２0V６0ＨZ）。
电压波动允许在+10%,-15%范围内,否则,机床不能正常工作。
２-2主电源导线规格
主电源开关:100Ａ（VMＣ４５０LVMC５0０L);１５0Ａ（VMC700/80０)
准备操作机床
２-5-２电源的断开
1、压下操作面板上ＮC“断开”键
2、左旋转主电源开关
注:必须严格按上述机床电源通、断电顺序要求操作,否则，会造成对系统的损坏。
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使用说 明书
第
３-１
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共
３-1２
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3、操作面板介绍操作面板见下图：
下面对每一按钮与开关逐一介绍:
基于FANUC0iD系统I/O Link轴实现刀库回转控制
Turning Control of Tool Magazine Based on I/O Link Axis of FANUC0iD System 作者： 雷楠南[1]
作者机构： [1]三门峡职业技术学院机电工程学院,河南三门峡472000
出版物刊名： 湖南工业职业技术学院学报
页码： 1-5页
年卷期： 2019年 第4期
主题词： FANUC0iD系统;I/O Link轴;换刀控制;PMC程序
摘要：介绍了FANUC0iD系统I/O Link轴硬件连接、输入与输出接口的地址分配,分析了I/O Link轴控制方式及基于外围设备控制方式下换刀控制的相关功能。
介绍了I/O Link轴控制功能实现的相关参数设置,基于换刀控制功能编制了PMC程序实现刀库的回零、手动及自动控制。
经过现场刀库的调试,刀库控制满足要求。
FANUC I MD刀库设定
FANUC 0I MD刀库设定
D300;00000000 0 100
K5 1：刀套定位信号取反，V6 V8 马克刀库设1。
其他刀库默认0
K10 0;1 关门启动程序有效
K0.4；1四轴有效。
D0 主轴刀号D1---D24刀具表
C0 当前刀套号
大刀定义；D100=大刀数目，例如有2把大刀时D001 D003 D005 将是99，表示T1 T3和T5号刀不能使用，大刀装在T2和T4 上，自动
换刀时大刀可以和大刀互换，大刀换小刀时有可能会换两次刀，先将大刀放回大刀刀位，再去换小刀。
刀库乱刀时刀具表刷新：
1）在手轮模式下按下刀库正转键和程序暂停键或者程序启动键转动刀库到1号刀位。
（MDI方式下）
2）依次按SYSTEM***右扩展键****PMCMNT***计数器1 C0改为1。
3）依次按SYSTEM***右扩展键****PMCMNT***数据***操作***缩放***将D0---D24按0—24排列。
另外当刀库卡刀时，可以按下SET***操作中的第8个RESET TOOL开关后，在手轮方式下同时按下刀库正转和Z-键，刀库将执行单步动作，直到整个换到动作结束，然后关掉开关8。
另一种方法是手动将刀库复位后如果还有2027报警，则将K1参数8位中是1的都改为0即可。
如果在换刀过程中频繁卡刀，将参数4075（主轴定位宽度）+20-30。
FANUC 0i-MC数控系统编程指令及应用
度补偿，如图5-1所示。对于数控铣床和加工中心，通常都是在XY坐
标平面内进行轮廓加工。该组指令为模态指令，一般系统初始状态为
G17状态，故G17可省略。
指令格式 ；
G17 G18 G19
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5.1 尺寸系统指令
G17用来选择X／Y平面 G18用来选择X／Z平面 G19用来选择Y／Z平面 G17、G18、G19三个坐标平面的含义见表5-2 。
第5章 FANUC 0i-MC数控系统编程指 令及应用
5.1 尺寸系统指令 5.2 坐标轴运动指令 5.3 主轴运动指令 5.4 进给速度指令(G94、G95) 5.5 刀具和刀具补偿 5.6 辅助功能(M) 5.7 标准铣削循环及子程序调用
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第5章 FANUC 0i-MC数控系统编程指 令及应用
功能：刀具以圆弧轨迹从起始点移动到终点。
指令格式：在XY平面内的圆弧：
G02
R _
G17 G03 X_ Z_ I _ J _ F_；
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5.2 坐标轴运动指令
在XZ平面内的圆弧：
G02 G18 G03
X_ Z_
R_ I _ K _
F_；
在YZ平面内的圆弧：
G19
G02 G03
X_ Z_ R _ J _ K _
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任务一 DHCP服务的安装与配置
（9）在“添加排除”界面中，输入不打算租借给客户机使 用的1P地址范围，可以输入一个IP地址，也可输入一段1P 地址，单击“下一步”按钮，打开图6-11所示的“租约期限” 界面。
（10）在“租约期限”界面中，设置租约时间，租约期限默 认为8天。租约期限是指一个IP地址分配给DHCP客户机后， 此IP地址可以连续使用的最长时限。在租约期限到期时，将 更新租约或收回IP地址。单击“下一步”按钮打开图6-12所 小的“配置DHCP选项”界面。
FANUC 0I MD刀库设定
Fall的短语和词组,包括fall for/to/out/over/off/into等习惯用语和俚语
FANUC 0I MD刀库设定
D300;00000000 0 100
K5 1：刀套定位信号取反，V6 V8 马克刀库设1。
其他刀库默认0
K10 0;1 关门启动程序有效
K0.4；1四轴有效。
D0 主轴刀号D1---D24刀具表
C0 当前刀套号
大刀定义；D100=大刀数目，例如有2把大刀时D001 D003 D005 将是99，表示T1 T3和T5号刀不能使用，大刀装在T2和T4 上，自动
换刀时大刀可以和大刀互换，大刀换小刀时有可能会换两次刀，先将大刀放回大刀刀位，再去换小刀。
刀库乱刀时刀具表刷新：
1）在手轮模式下按下刀库正转键和程序暂停键或者程序启动键转动刀库到1号刀位。
（MDI方式下）
2）依次按SYSTEM***右扩展键****PMCMNT***计数器1 C0改为1。
3）依次按SYSTEM***右扩展键****PMCMNT***数据***操作***缩放***将D0---D24按0—24排列。
另外当刀库卡刀时，可以按下SET***操作中的第8个RESET TOOL开关后，在手轮方式下同时按下刀库正转和Z-键，刀库将执行单步动作，直到整个换到动作结束，然后关掉开关8。
另一种方法是手动将刀库复位后如果还有2027报警，则将K1参数8位中是1的都改为0即可。
如果在换刀过程中频繁卡刀，将参数4075（主轴定位宽度）+20-30。
页脚内容1。
FANUC0i系统加工中心操作资料
第九章 FANUC 0i 系统加工中心操作第一节 加工中心机床结构简介一、加工中心的结构加工中心按主轴加工时的空间位置的不同，分为卧式、立式和万能加工中心。
这里只介绍立式加工中心，即主轴的轴线为垂直设置，其结构多为固定立柱式，工作台为十字滑台，如图9-1-1所示。
图9-1-1加工中心1、基础部件 由床身、立柱和工作台等大件组成，它们是加工中心结构中的基础部件。
它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负荷，因此要求具备更高的静动刚度，也是加工中心中质量和体积最大的部件。
汉川机床XH715D 的工作台面尺寸为520*1100毫米。
2、主轴部件 有主轴箱、主轴电机、主轴和主轴轴承等零件组成。
主轴部件是切削加工的功率输出部件，是加工中心的关键部件。
3、数控系统 由CNC 装置、伺服驱动装置以及伺服电机等部分组成，是加工中心执控制面板控制柜主轴刀库伺服电机行顺序控制动作和控制加工过程的核心装置。
汉川机床XH715D采用FANUC 0i MA数控系统。
4、自动换刀装置（ATC）加工中心执行选刀和换刀的装置，主要组成部分是刀库、机械手和驱动机构等。
图9-1-2是汉川XH715D自动换刀装置示意图，其刀库容量为24、刀具型式为BT40。
图9-1-2刀库二、加工中心的结构、性能加工中心主要用于箱体类零件和复杂曲面零件的加工，能把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和车螺纹等功能集中在一台设备上。
因为它具有多种换刀或选刀功能，可自动完成或接近完成工件个面的所有加工工序，从而使生产效率和自动化程度大大提高。
1、高度自动化加工中心按照数控系统的指令自动的读进给速度、切削深度、主轴回转速度、选刀、换刀以及其他辅助功能进行控制，无需操作者进行中间操作，实现了加工自动化。
2、大功率和高精度加工中心在加工时能在一次装夹中进行粗、精加工。
即能保证高效率进行大切削的粗加工，又能进行半精加工和精加工，并把批量生产工件的质量分散度控制在一定范围内。
FANUC 0i系统的输入输出信号控制有两种形式
FANUC 0i系统的输入输出信号控制有两种形式FANUC 0i系统的输入/输出信号控制有两种形式，一种是来自系统内装I/O卡的输入/输出信号，其地址是固定的;另一种是来自外装I/O卡(I/O Link)的输入/输出信号，其地址是有数控厂家在编制顺序程序时设定的，连同顺序程序存储到系统的FROM中，写入FROM中的地址是不能更改的。
如果内装I/O卡控制信号与I/O Link控制信号同时作用，内装I/O卡信号有效。
FANUC 0iA系统的PMC多采用SA3型。
1、机床到PMC的输入信号地址(MT?PMC)如果采用I/O Link时机床到PMC的输入信号的地址号为X0~X127;如果采用内装I/O卡时FANUC 0iA系统的信号输入地址为X1000~X1011(96点输入)。
有些输入信号不需要通过PMC而直接由CNC监控。
这些信号的输入地址是固定的，CNC运行时直接引用这些地址信号。
FANUC 0i系统的固定输入地址及信号功能见表4-4。
2、 PMC到机床的输出信号地址(PMC?MT)如果采用I/O Link时PMC到机床的输出信号地址号为Y0~Y127,如果采用内装I/O卡时FANUC 0iA系统的输出信号地址为Y1000~Y1008(72点输出)。
3、 PMC到CNC的信号地址(PMC?CNC)PMC到CNC的信号的地址号为G0~G255这些信号的功能是固定的，用户通过程序(梯形图)实现CNC各种功能的控制。
如系统急停控制信号为G8.4启动信号为G7.2暂停信号为G8.5、空运转信号为G46.7、外部复位信号为G8.7、程序保钥匙信号为G46.3~G46.6、CNC系统状态信号为G43.0、G43.1、G43.2 G43.5、G43.7等。
4、 CNC到PMC的信号地址(CNC?PMC)CNC到PMC的信号的地址号为F0~F255，些信号的功能也是固定的，用户通过顺序程序(梯形图)确定CNC系统的状态。
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加工 中心与数控铣床的最大区别在 于加工 中心配 备刀库 ，可利用 自动换刀机构 （ Ｔ ）实现 自动更 换 ＡＣ 加工刀具 ，从而实现 了工序集中 ，减少 了重复装夹造 成 的误差 ，稳定 了加工质量 ，提高了生产效率 ，使生 产能力 明显优 于 传统 加工 方式 。某 中心有 一 台采 用 Ｆ Ｎ ＣＯ—ＭＤ系统的加工中心 ，其刀库控制 的电气 Ａ Ｕ ｉ 部分和 Ｐ Ｃ程序 由该 中心技术人 员 自主设 计 ，工 作 Ｍ 效率高 ，且稳定性好 。 １ 刀 库介 绍 目前加工 中心 多采用 盘式 刀库 ，例如 ：斗笠 式 、 凸轮式 、伞式 。刀库旋转动力一般采用液压马达或普 通三相异步 电机 ，都使用感应开关计数 ，且控制方式 相似 ；换刀一般用机械臂来完成 ，由三相异步 电机带 动凸轮机构 ，完成 “ 扣刀 ”一 “ 换刀 具 ”一 “ 交 机 械臂 回原点 ” 一系列动 作 ，整个 换刀 过程 动作 快速 准确 ，是最常 用的形 式 ；气 缸控 制刀 库 中处 于换 刀
２ 随 机换 刀方式 目前加工中心一般采用 随机换刀控制方式 ，根据 加工工艺要求 ，编制好 刀套 、刀具号对应表 ，并将刀 套 、刀具号 对应 表输 入 Ｆ Ｎ Ｃ系 统 的寄 存 器 Ｄ 一 ＡＵ １ Ｄ４ ２ ，其 中 Ｄ ～Ｄ ４与刀 具 １ ４一一 对应 ，Ｄ １ ２ ＿２ ０存 储主轴刀号 。Ｄ 一Ｄ ４中的数 据就是 刀套 １ ４中装 １ ２ —２ 的刀具号 。刀具数据表 Ｄ 一 Ｄ ４内有重复 或大于 ２ ０ ２ ４ 的数据 ，将出现报警信 息。 数据输入完成后 ，给出随机换刀算法 ，以数控程 序 中的Ｔ指令 为程序入 口，根据 Ｔ指令的刀具号判 断 出刀库旋转方向 ，进行选刀 ，或提示 出错信息 ，流程
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｍｅｈ ｄ ｃ ｍｂ ｎ ｎ ＭＣ ｐ ｏ ｒ ｍ ｎ ｃｏ ｐ ｏ ｒ ｍ ａ ｓ ｄ ｔ ｏ ｔ ｌ ｈ ａ ｌ ｙ ｅｔｏ ｉ ｒｒ ｆ ｈ ｃ ｉ ｉ ｇ ｈ ｔ ｏ ｏ ｉｉ ｇＰ ｒｇ ａ ａ ｄ ｍａ ｒ ｒ ｇ ａ ｗ ｓｕ ｅ ｃ ｎｒ ｅ ｃ ｎ － ｐ ｌ ｂ ａｙ ｏ ｅｍａ ｈｎ ｎ ｏ ｏｔ ｔ ｏ ｌ ｔ
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２１ ０ ２年 ８月 第４ ０卷 第 １ ６期
机床与液压
ＭＡＣ ＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩ ＨＩ ＣＳ
Ａｕ ． ０ ２ ｇ２ １
Ｖｏ． ０ Ｎｏ ６ １４ ．１
Ｄ ：１ ．９ ９ ｊｉｓ． ０ １—３ ８ ． ０ ２ １ ． ３ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ ８ １２ １．６ ０２
中图分类 号：Ｔ ６ ９ Ｇ ５ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ — ８ １ （０２ ６— ９ ２ ０ １ ３ ８ ２ １ ）１ ０ ４—
Ｔｏ ｌＬｉ ａ ｙ Ｃｏ ｒ ｌｆ ｒ Ｍ ａ ｈ ｎ ｎｇ Ｃｅ ｅ ｓ ｄ ｏ ＦＡＮＵＣ ｙ ｔ ｍ ｏ ｂｒ ｒ ｎｔ ｏ ｏ ｃ ｉ ｉ ｎｔ ｒ Ｂａ ｅ ｎ ０ｉＳ ｓｅ
基于 Ｆ Ｎ ＣＯ 系统 的 加工 中 心刀 库控 制 Ａ Ｕ ｉ
赖 思琦 ，黄 恒
（．西 南科技 大学工程 技 术 中心 ，四川绵 阳 ６ １１ ； １ ２０ ０ ２ ．西 南科技 大学制造 科 学与工程 学院 ，四川绵 阳 ６ １１） ２００
摘要 ：采用 Ｐ Ｃ程序和宏程序相结合 的方法控制配备 Ｆ Ｎ ＣＯ・ Ｄ系统加工中心的凸轮式刀库 ，详细 介绍 刀库 ＩＯ接 Ｍ Ａ Ｕ ｉ Ｍ ／ 线图 、随机换刀 Ｐ Ｃ程序和宏程序。该控制方法设计合理 ，使用方便 ，稳定可靠 ，对同类加工中心设计调试具有借鉴作用 。 Ｍ 关键词 ：Ｆ Ｎ Ｃ系统 ；刀库 ；Ｐ ；宏程序 ＡＵ ＭＣ