T5钻攻中心采用 FANUC - 0I -MATED数控系统，德大BT30 16T辐射式刀库,采用提 高换刀速度,减少换刀时间，降低换刀过程中的噪声， 提高了钻攻中心控制技术水平，从而进一步提升了钻 攻中心品质。

1提高换刀速度

1.1改变刀库电动机输入频率

本机床刀库旋转采用台达VFD004EL43A(400 W) 变频器，控制CM09RA150TJT - UB刀库电动机。根据 电动机转速控制原理n =60/今（其中f为电源频率,P 为电动机极对数）可知，通过提高电源输入频率,提高电动机转速，从而提高刀库的整体换刀速度。根据刀库信 号跟踪测试,刀库电动机输入频率为分别50 Hz、60 Hz、 70 Hz时,连续换16把刀具所用时间见表1。

刀库电动机输入频率为50 Hz,相邻刀套转动用时 0.4 s,换16把刀具，刀库旋转用时为6.4 s。刀库电动 机输入频率调整为60 Hz后,理论应该减少1. 1 s;调整 为70 Hz后,理论应该减少1.8 s。与实际测试数据不 符，原因是使用变频器后控制上有电动机加减速时间参 数设定,而最少的加减速时间设定为0.1 s,刀库旋转一 个刀位总时间为0.4 s,处于加减速过程中的时间就达 到0.2 s,占据了刀库旋转时间的一半，所以电源频率的 提高对于这种测试方式影响不大。连续换16把刀测试 中，每个换刀动作中，刀库只转动了一个刀位，使用变频 器效果不明显。分别对装了 8把测试刀柄与刀库没装 刀的情况进行测试,具体情况见表2、表3。

从表2、表3看出，可以刀库连续转过多个刀位， 电源频率提高到60 Hz时，刀库选刀效率提高17%左 右；电源频率提高到70 Hz时，刀库选刀效率提高27% 左右。综合考虑换刀整个过程，换刀过程中，刀库转过 刀位数越多，刀库换刀效率提高越多。笔者公司刀库为就近选刀，一次换刀，刀库最多转过8个刀位，即换刀 效率为的情况。根据计算得出，整个换刀动作完成，刀库电动机工作频率为60 Hz时，提高换刀效 率为10% ;刀库电动机工作频率为70 Hz时，提高 换刀效率为16%。

刀库电动机额定电流为0.5 A,从表4可看出，提 高电动机频率后，未超出电动机额定电流，刀库频繁换 刀后，电动机未出现发热情况，且刀库换刀动作正常。 但是与刀库厂家沟通，刀库厂家允许的刀库电动机工作频率为60 Hz,若继续提升刀库电动机工作频率,换刀过程中可能出现危险。

1.2改变换刀参数改写方式

在换刀动作相同的情况下，PMC的窗口功能 可改写系统数据,按执行速度可分为低速响应指令和 高速响应指令，但写系统参数功能只有低速响应，需要 数个扫描周期才可完成，且一个扫描周期只能执行一 个数据写入功能。为了改变这种情况，子程序中使用 M代码激活PMC进行参数写入，并在程序结束时，将 参数写成原来值。如程序G10L52,设定参数输入方 式;N1601R0100010,将参数P1601斜修改为“0”，快速移动程序段不允许重叠；N2092P3R0,将参数P2092 Z 轴快速移动前馈系数设为“0” ； N1826P3R11000,将参 数P1826 Z轴到位宽度设为“11000” ；G11 L52,取消设 定参数输入方式。通过试验直接更改完系统参数后执 行换刀程序，比在换刀子程序中使用PMC的窗口功能 写参数功能少用4 s。

1.3减少写入参数程序段

换刀子程序中，Z轴移动使用G54. 1 P48坐标系， 在程序开始与结束时，都要对此坐标系的Z轴偏置进 行更改，增加了子程序运行的时间。为省略对坐标系 更改的时间，直接使用G53机械坐标系，子程序中使 用G53进行编程。程序更改完成后，进行时间测试, 发现使用G53坐标系的子程序，比使用G54. 1 P48坐 标系的子程序时间增加了 12 s。通过查找资料,G53 有快速定位方式，但开启快速定位方式,要使用快速移 动程序段间程序重叠功能，与之前的减速方式冲突。

为不在子程序中增加坐标系更改的程序段，利用 第2、3、4参考点,将换刀过程中Z轴之间的移动，转化 为Z轴回参考点的运动。通过参考点参数的设定，与 程序的配合，达到不使用具体坐标系来移动Z轴。更 改程序之后，与之前使用G54. 1 P48坐标系的程序对 比，换刀时间减少了 4 s。经过使用G53坐标系及回参 考点方式对Z轴移动的测试，时间对比结果为，使用 G54. 1 P48坐标系方式，换刀时间最少。

1.4简化换刀子程序

通过测试,不使用G10指令对G45. 1 P48坐标系 进行更改，而是使用宏变量直接赋值,如程序N20#501 =#7943; N30#502 = #5203;且子程序中使用模态的指 令，只在程序开始一次，之后的都简化掉,如程序 N80M19G54. 1P48G64G90G00G40G49G15G21G80Z0H0。 按此方式简化换刀子程序后，测试时间比未简化时 减少 2 s。

1.5使用高速M/S/T/B接口

试验过程中发现,M代码的处理也会占用一部分 时间，每个换刀子程序中有7个M指令，换16把刀， 累加起来也是非常可观的。

FANUC低速M/S/T/B接口首先捕捉M/S/T/B的 完成信号FIN的上升(从‘0’变为‘1’），而后在接收到 完成信号的下降（从1变为10’）后才完成动作，而高 速M/S/T/B功能的不同之处在于，其只捕捉完成信号 一次的变化,就算完成动作。且完成信号是分别处理, 而不是M、S、T功能的完成信号都由G4. 3处理。 FANUC高速M/S/T/B接口，可以提高M代码的处理速 度，从而提高机床的加工效率。设置P3001#7为“1”，使用高速M/S/T/B接口功能。对PMC进行改动,实现高 速处理M代码。使用高速M代码处理后，与未用高速 M代码相比，换刀时间减少了 3 s,提高M代码的处理速 度，也就直接减少了换刀时间，提高了加工效率。

1.6优化系统参数

通过将减速点之前的程序段打断，换刀声音有了 很大的好转，但要配合对系统参数进行更改，且只能在 换刀过程中按照此参数执行,换刀完成之后，要将更改 的参数还原，进行正常的加工。

使用G10可编程数据输入功能，在子程序开始 时,使用此功能将系统参数改为换刀过程中要求的参 数，即P2092设置为“0”、P1826设置为“11000”、 P1601#4设置为“0”。换刀动作完成之后，再使用此功 能将参数恢复为原来的值。

经过上述各种试验与探索，最终确定换刀子程序如下。

2降低换刀噪声

2.1寻找合适的停顿点

由于刀库导板的圆弧与直线过渡处有一定夹角， 当刀库经过此处时，导向轮会与直线面、圆弧面产生冲 击。如图1所示,刀库厂家建议编程是在刀库导向轮 距离夹角另一边有0. 2?0. 3 mm的位置,Z轴移动速 度将为零，然后再让Z轴用G00的速度加速,从而使 接触时有小的速度,不会产生过大的冲击，找到合适的 停顿位置成为关键。

按刀库厂家推荐的距离，用0. 25 mm的塞尺放入 导轮与导板的夹缝处，逐渐调节Z轴位置，保证Z轴 向上、向下停顿处导轮与导板有0.25 mm间隙，记下Z 轴的机械坐标值，分别作为Z轴向上与向下的停顿位 置。设定好后进行换刀动作，当进给倍率比较低时，换 刀声音比较小，但随着倍率的提升，换刀声音也随之增 加。当进给倍率达到99%时，换刀声音较大，不可用行调整，再判断换刀声音。调整之后，声音没有大的改 善，仍有较大的撞击声。使用此方法很难改善换刀噪 声，考虑使用其他方式处理。

2.2寻找好的减速方式

通过G00程序段细化，调整系统参数，让Z轴在 特定位置以较低的速度通过，而不是直接降低移动速 度。先将程序在接触点之前3 mm打断，再移动到接 触停顿点，再加速移动。加上程序停顿之后，换刀声音 有所好转，但Z轴移动有明显停顿，移动图形如图2 所示。将Z轴参数P1826 (到位宽度）从“500”加大到 “5000 ” ； P2092 (先行前馈系数）从“9000 ”降为“0 ” ； P1601#4设为“0”，在快速移动程序段间不进行程序重 叠，对参数更改之后，换刀声音有明显好转，但对换刀 时间的影响不大。使用 servo guide软件对Z轴减速程 序移动速度曲线进行跟踪，并逐渐改P2092、P1826参 数数值，将P2092设置为“0”、P1826设置为“11000”， 打断距离为2 mm时,得到的运行图形，在程序打 断处，可以保持一个较低的速度，然后再继续降速，如 图3所示，更改参数后换刀时间有所降低，而对于换刀 过程中刀库与导板之间接触产生的声音，通过程序打 断后,声音有了明显好转。

3结语

为减少钻攻中心刀库换刀时间，对系统参数、换刀 子程序进行更改，并在保证其他参数不变的情况下，对 单独项目进行更改，做出时间统计,通过时间对比，体 现出更改的效果，具体更改项目及对换刀时间的影响， 如表5所示。

表5不同项目改进成效情况

经过换刀位置、减速方式、系统参数的更改，换刀 动作过程及噪声已达到状态，按目前的测试情况， 相邻刀刀对刀换刀时间为2.4 s,刀库旋转时间为 0.424 s/把。刀库换刀过程平稳，满足正常使用。