摘 要:利用隨機換刀方式,將復(fù)雜零件加工所需要的多把刀具裝入加工中心的自動刀庫。然后再用相對法進行多刀具的長度補償。由此,加工中心就可以在運行程度時,自動調(diào)取所需的刀具。
加工中心數(shù)控機床因其高精度、高自動化程度而越來越多地應(yīng)用于制造業(yè)中,但是因為其自動化程度比較高,因此在自動換刀以及多
刀具加工長度補償方面存在諸多難點[1]。筆者擬就九江職業(yè)大學(xué)所裝備日本FANUC(發(fā)那科)公司0i-MD系統(tǒng)的三軸立式
加工中心為例,來講述如何進行自動換刀以及刀具長度補償?shù)墓ぷ鳌?/div>
1 FANUC加工中心自動換刀
1.1 自動換刀的準(zhǔn)備工作
第一步:要檢查空氣壓縮機,要求氣壓在0.75MPa左右,不得低于0.5MPa,否則會報警;同時也不得高于0.8MPa,可能會引起空壓機故障。
第二步:在HANDLE(手輪)方式下,同時按下FEEDHOLD(進給保持)+RESET(復(fù)位)鍵(注:此步驟的作用就是讓刀庫,即ATC初始化,也就是讓其刀具號與刀套號一一對應(yīng)。如果此步驟沒有任何動作,那就按一下“ATC CCW(自動刀庫反轉(zhuǎn))”,即,手動讓刀庫逆時針轉(zhuǎn)動一個刀具位置,然后再來第2步就肯定會動作)。
第三步:在JOG(手動)/HANDLE方式下,手動將1號刀正確裝入主軸(注:手動裝刀時,務(wù)必要讓楔塊和卡槽對好,否則將引起極為嚴(yán)重的故障;另外,FANUC銑床只能在JOG方式而不能在HANDLE方式下手動換刀)。
第四步:在MDI方式下→PROG(程序)→MDI(軟鍵)→T1M6→EOB(程序行結(jié)束符)→INSERT(插入)→CYCLESTART(循環(huán)啟動)。(注:T1就是選刀,即,將1號刀套旋轉(zhuǎn)至ATC最下端;M6就是換刀,即,用機械手將主軸內(nèi)的刀具和1號刀套內(nèi)
的刀具進行交換)。
第五步:同第3步,即將2號刀手動裝入主軸。
第六步:MDI→PROG→MDI(軟鍵)→T2M6→EOB→INSERT→CYCLESTART。
第七步:同第2步。
1.2 FANUC加工中心自動刀庫
本機為圓盤式刀庫,共計24個刀套,如右圖1所示。包括主軸在內(nèi)的話,即一次一共可以安裝25把刀具。其中ATC(AUTO TOOL CHANGEER,譯為自動刀庫)的最下端為換刀位置;當(dāng)在MDI方式輸入T1時,即執(zhí)行選刀動作,ATC會自動將所選刀具順時針移動到刀庫最下端,即6點鐘方向。另外,本機所配置的系統(tǒng)ATC為隨機換刀方式。
圖1 加工中心自動換刀系統(tǒng)
1.3 自動換刀方式
結(jié)合現(xiàn)有企業(yè)現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展的統(tǒng)計,目前的加工中心所配置自動刀庫的情況而言,一般可以分為以下3種類型:
第一種:固定換刀方式A(無機械手,無刀具準(zhǔn)備功能):無論換刀次數(shù)多少,刀套號和刀具號始終一一對應(yīng)。這種方式結(jié)構(gòu)比較簡單,但是換刀時間較長,適用于刀具容量較少的小型加工中心,目前正被逐步淘汰,應(yīng)用較少。
第二種:固定換刀方式B(有機械手,可實現(xiàn)刀具準(zhǔn)備):刀具號仍與刀套號一致,但是無刀具表,系統(tǒng)可記憶當(dāng)前刀具和下把所選的刀具,需定期調(diào)整并清洗閥體,適用于換刀不很頻繁,刀具數(shù)在40把~60把的ATC[2]。這種刀庫結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,但是價格較為低廉,因此還存在某些應(yīng)用場合。
第三種:隨機換刀方式(有機械手,可實現(xiàn)刀具準(zhǔn)備):刀具號和刀套號并不一一對應(yīng),系統(tǒng)有相應(yīng)的刀具表隨時記憶刀具的交換,隨時更新。這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,操作卻比較簡便,而且無論刀具和刀套號如何變化,刀具號始終是初始化時候刀具號,因此對于實際生產(chǎn)而言,較大地方便了復(fù)雜零件的多刀具復(fù)雜刀路加工。本校配置就是這種比較先進的換刀系統(tǒng),因此本文的論述是圍繞這種隨機換刀方式進行的。
1.4 刀具表
①查看方法:SYSTEM→繼續(xù)翻頁鍵→PMCMNT→
數(shù)據(jù)→操作→縮放;
②具體交換步驟如右圖2所示:
第一步:T1M6→1023456789…24(刀具號排序)
第二步:T2M6→2013456789…24(刀具號排序)
第三步:T1M6→0213456789…24(刀具號排序)
第四步:T9M6→9213456780…24(刀具號排序)
由上分析可得:0號刀套就是主軸,換刀其實都是和主軸交換。
③如果出現(xiàn)“EX1016AIR ALARM CANNOTCYCLE START”,那就是表示氣壓不足,要開動空壓機加壓后方能繼續(xù)換刀。其中“EX”表示外部報警,即相對于FANUC公司而言,大連機床廠是外部。整
個報警的意思就是:“氣壓過低導(dǎo)致不能循環(huán)啟動”。
圖2 FANUC刀具表
2 加工中心長度補償問題研究
因為加工中心與銑床的主要差別就在于前者有自動刀庫,可以一次性將復(fù)雜零件加工所需要的多把刀具事先放入刀庫,然后運行程序時,系統(tǒng)會自動調(diào)取所需要的刀具[3]。進行對刀操作時,對于基準(zhǔn)刀而言,需要進行X、Y、Z三軸的對刀;而對于除基準(zhǔn)刀之外的其他刀具,僅僅需要進行長度補償即可。這樣一來,就極大地方便了對刀操作。如果能進行第二把刀的長度,第三、四…,方法都是一樣的。因此,以下論述僅以兩把刀作為示例來講述如何進行加工中心的長度補償。
2.1 如下圖3、4所示,以兩把刀具為例
圖3 基準(zhǔn)刀T1 圖4 銑刀T2
表1 FANUC加工中心的長度和半徑補償
首先,本機采用的方法是:相對法長度補償;兩把刀之間的長度差ΔH=H2-H1,如果ΔH 為正就表示第二把刀比第一把刀長,如果為負則表示第二把刀比第一把刀短;取消長度補償用G49(注:程序中G49前的Z軸坐標(biāo)必須大于兩個長度補償,否則可能在取消長度補償?shù)倪^程中刀具會撞到工件);建立長度補償:G43是正補償(+ΔH),G44是負補償(-ΔH);建立長度補償:按OFS/SET→刀偏(軟鍵)即可看到如下表1所示。
2.2 具體補償步驟
第一步:用基準(zhǔn)刀進行X、Y、Z軸對刀;
第二步:抬起刀,把Z軸設(shè)定儀(如圖5所示)放在平口鉗上,然后用T1壓Z軸設(shè)定儀,讓其指針停留于某處(一般是停留在零位);
第三步:然后POS按鍵→相對坐標(biāo)系→Z→歸零→OFS/SET 按鍵→刀偏→光標(biāo)移動001(形狀H)→輸入0;
第四步:MDI方式→PROG 按鍵→MDI(軟鍵)→ 輸入T2M6→EOB→INSERT→CYCLESTART(循環(huán)啟動);
第五步:用T2重復(fù)第2步;
第六步:OFS/SET按鍵→刀偏→光標(biāo)移動002(形狀H)→Z→C輸入→Z軸回參考點;
第七步:驗證第二把刀的長度補償是否正確。
不論是在教學(xué)中還是在生產(chǎn)中,進行了長度補償設(shè)定后,如果不進行驗證的話,可能會因為補償錯誤而導(dǎo)致無法加工。因此,在進行完長度補償之后,就必須進行該刀具的補償驗證[4]。以下按兩種情
況,用6個程序短句進行驗證。
A情況:即,第二把刀比第一把刀長,也就是ΔH為正數(shù),那么就可以在MDI方式下進行驗證:①運行“G54G90G01X0Y0Z100.F1500”,該語句表示不進行長度補償,最后的實際情況是:T2的刀尖處距離工件上表面距離為“100-ΔH”mm(比100mm少一個刀補);② 運行“G54G90G01G43H 2X0Y0 Z100.F1500”,該語句表示進行長度正補償,最后的實際情況是:T2的刀尖處距離工件上表面距離為100mm;③運行“G54G90G01G44H2X0Y0Z100.F1500”,該語句表示進行長度負補償,最后的實際情況是:T2的刀尖處距離工件上表面距離為“100-2*ΔH”mm(比100mm少兩個刀補)。
B情況:即,第二把刀比第一把刀短,也就是為負數(shù),那么就可以在MDI方式下進行驗證:①運行“G54G90G01X0Y0Z100.F1500”,該語句表示不進行長度補償,最后的實際情況是:T2的刀尖處距離工件上表面距離為“100-ΔH”mm(比100mm多一個刀補);②運行“G54G90G01G43H2X0Y0Z100.F1500”,該語句表示進行長度正補償,最后的實際情況是:T2的刀尖處距離工件上表面距離為100mm;③運行“G54G90G01G44H2X0Y0Z100.F1500”量均為100%,正常設(shè)計工況下單泵運行的出力情況基本一致,亦均可滿足設(shè)計海水溫度下的凝汽器內(nèi)不凝結(jié)氣體的抽出。根據(jù)凝汽器氣平衡原理,2臺或3臺真空泵運行并不會帶來不凝結(jié)氣體抽氣量的明顯提升。因此,真空泵性能的定性的評價可通過切泵后對凝汽器真空情況的變化來予以判斷。
假設(shè)機組負荷和外部冷源環(huán)境不變,當(dāng)一臺真空泵運行時,凝汽器對應(yīng)的背壓為P1;執(zhí)行切泵操作至另外真空泵單泵運行后,凝汽器的背壓為P2;如果P1與P2基本一致,可認為兩泵的出力情況基本一致;如果偏差較大,可定性判斷背壓高對應(yīng)的真空泵存在性能偏低的情況。由此,通過簡單的切泵操作,即可初步判斷真空泵的性能是否存在異常,而故障的精確定位還需要開展進一步的檢查行動。
4 運行維護建議
4.1 啟停泵周期建議
北方核電站在設(shè)計工況下,單臺真空泵性能滿足不凝結(jié)氣體的抽出要求。但隨著冬季的來臨,海水溫度不斷下降,直接表現(xiàn)為凝汽器背壓下降。根據(jù)亨利定律可知,凝結(jié)水的含氧量與氧氣分壓及溫度有關(guān)。冬季海水溫度降低,凝汽器換熱效果增強,凝汽器背壓降低,凝結(jié)水溫度降低,過冷度亦不斷增加,凝汽器內(nèi)氧氣分壓增大,從而導(dǎo)致凝結(jié)水溶氧量增加,加之真空泵抽氣性能隨海水溫度的降低而下降,從而導(dǎo)致該電站在冬季曾多次出現(xiàn)凝結(jié)水含氧量高問題。在無法改變寒冷地區(qū)冬季海水溫度降低帶來的一系列影響的情況下,通過抽真空系統(tǒng)運行模式切換實現(xiàn)二回路水質(zhì)的改善是最簡單、最有效的方法。具體模式切換為冬夏季運行區(qū)分:夏季:單泵運行,切泵周期為2周;冬季:雙泵運行,切泵周圍為4周;冬夏季模式切換點為該機組設(shè)計海水溫度為13℃。核電站采用的凝汽器抽真空系統(tǒng)冬夏季運行模
式區(qū)分的策略,在確保系統(tǒng)、機組運行穩(wěn)定性、可靠性不變的情況下,實現(xiàn)二回路水質(zhì)的有效改善,減少機組廠用電損耗的同時,大大提升了電廠精細化管理的水平,亦給其他北方電站真空系統(tǒng)的運行模式提供參考。
4.2 檢修檢查項目建議
4.2.1 板式換熱器定期檢查與清洗。在該核電廠商業(yè)運行前幾年,板式換熱器存在堵塞的情況非常普遍。具體原因包括但不限于取水口加藥系統(tǒng)故障、海水淤泥量大等因素。板式換熱器的定期檢查與清洗,對確保真空泵的性能十分有必要。
4.2.2 級間止回閥定期檢查。級間止回閥作為真空泵的重要部件,實現(xiàn)一二級真空泵運行模式控制的重要作用。級間止回閥為旋啟式止回閥,閥瓣上安裝的膠墊實現(xiàn)結(jié)合面的密封功能。當(dāng)級間止回閥的密封墊存在老化脫落、變形或者閥門的旋軸存在卡澀等現(xiàn)象導(dǎo)致結(jié)合面密封不嚴(yán)時,真空泵內(nèi)介質(zhì)通過級間止回閥處直接流向汽水分離箱。二級泵未起到壓縮作用,導(dǎo)致真空泵出力不足,影響抽氣功。因此,將級間止回閥的檢查列入預(yù)防性維修大綱,進行定期檢查維護對確保真空泵的性能至關(guān)重要。
4.3 參數(shù)監(jiān)測建議
真空泵電流、冷卻劑泵電流、工作液溫度、工作液溫升、冷卻水流量、噪聲、振動等參數(shù)作為真空泵運行的基本參數(shù),表征真空泵運行的真實狀態(tài)。通過對真空泵基本參數(shù)的定期監(jiān)測,對比歷史變化趨勢,可以掌握真空泵的運行現(xiàn)狀,并對可能出現(xiàn)的故障進行預(yù)判,結(jié)合檢修窗口提前制定檢修計劃,減小對正常運行機組的影響。
5 結(jié)束語
液環(huán)式真空泵作為核電廠維持凝汽器真空的重要設(shè)備,在冬季北方的寒冷環(huán)境下亦有其特有的性能。掌握并熟悉寒冷地區(qū)核電廠抽真空系統(tǒng)真空泵的特性及與其出力能力密切相關(guān)的狀態(tài)參數(shù),通過定期的監(jiān)測,跟蹤重要參數(shù)的變化趨勢,對于及時發(fā)現(xiàn)并處理真空泵異常,恢復(fù)機組的安全穩(wěn)定運行有著重要意義。