法蘭克FANUC加工中心自動(dòng)換刀及長度補(bǔ)償?shù)膯栴}研究

第一步：要檢查空氣壓縮機(jī)，要求氣壓在０．７５ＭＰａ左右，不得低于０．５ＭＰａ，否則會(huì)報(bào)警；同時(shí)也不得高于０．８ＭＰａ，可能會(huì)引起空壓機(jī)故障。

第二步：在ＨＡＮＤＬＥ（手輪）方式下，同時(shí)按下ＦＥＥＤＨＯＬＤ（進(jìn)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(hào)與刀套號(hào)一一對(duì)應(yīng)。如果此步驟沒有任何動(dòng)作，那就按一下“ＡＴＣ ＣＣＷ（自動(dòng)刀庫反轉(zhuǎn)）”，即，手動(dòng)讓刀庫逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刀具位置，然后再來第２步就肯定會(huì)動(dòng)作）。

第三步：在ＪＯＧ（手動(dòng)）／ＨＡＮＤＬＥ方式下，手動(dòng)將１號(hào)刀正確裝入主軸（注：手動(dòng)裝刀時(shí)，務(wù)必要讓楔塊和卡槽對(duì)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(dòng)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(dòng)）。（注：Ｔ１就是選刀，即，將１號(hào)刀套旋轉(zhuǎn)至ＡＴＣ最下端；Ｍ６就是換刀，即，用機(jī)械手將主軸內(nèi)的刀具和１號(hào)刀套內(nèi)
的刀具進(jìn)行交換）。

第五步：同第３步，即將２號(hào)刀手動(dòng)裝入主軸。

第六步：ＭＤＩ→ＰＲＯＧ→ＭＤＩ（軟鍵）→Ｔ２Ｍ６→ＥＯＢ→ＩＮＳＥＲＴ→ＣＹＣＬＥＳＴＡＲＴ。
第七步：同第２步。

本機(jī)為圓盤式刀庫，共計(jì)２４個(gè)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(dòng)刀庫）的最下端為換刀位置；當(dāng)在ＭＤＩ方式輸入Ｔ１時(shí)，即執(zhí)行選刀動(dòng)作，ＡＴＣ會(huì)自動(dòng)將所選刀具順時(shí)針移動(dòng)到刀庫最下端，即６點(diǎn)鐘方向。另外，本機(jī)所配置的系統(tǒng)ＡＴＣ為隨機(jī)換刀方式。

圖１ 加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)

結(jié)合現(xiàn)有企業(yè)現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展的統(tǒng)計(jì)，目前的加工中心所配置自動(dòng)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(jī)械手，無刀具準(zhǔn)備功能）：無論換刀次數(shù)多少，刀套號(hào)和刀具號(hào)始終一一對(duì)應(yīng)。這種方式結(jié)構(gòu)比較簡單，但是換刀時(shí)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(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)刀具準(zhǔn)備）：刀具號(hào)仍與刀套號(hào)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(duì)復(fù)雜，但是價(jià)格較為低廉，因此還存在某些應(yīng)用場(chǎng)合。

第三種：隨機(jī)換刀方式（有機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)刀具準(zhǔn)備）：刀具號(hào)和刀套號(hào)并不一一對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)有相應(yīng)的刀具表隨時(shí)記憶刀具的交換，隨時(shí)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(hào)如何變化，刀具號(hào)始終是初始化時(shí)候刀具號(hào)，因此對(duì)于實(shí)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(jìn)的換刀系統(tǒng)，因此本文的論述是圍繞這種隨機(jī)換刀方式進(jìn)行的。

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(hào)排序）
第二步：Ｔ２Ｍ６→２０１３４５６７８９…２４（刀具號(hào)排序）

第三步：Ｔ１Ｍ６→０２１３４５６７８９…２４（刀具號(hào)排序）

第四步：Ｔ９Ｍ６→９２１３４５６７８０…２４（刀具號(hào)排序）
由上分析可得：０號(hào)刀套就是主軸，換刀其實(shí)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(dòng)空壓機(jī)加壓后方能繼續(xù)換刀。其中“ＥＸ”表示外部報(bào)警，即相對(duì)于ＦＡＮＵＣ公司而言，大連機(jī)床廠是外部。整
個(gè)報(bào)警的意思就是：“氣壓過低導(dǎo)致不能循環(huán)啟動(dòng)”。

圖２ ＦＡＮＵＣ刀具表

因?yàn)榧庸ぶ行呐c銑床的主要差別就在于前者有自動(dòng)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(yùn)行程序時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)取所需要的刀具［３］。進(jìn)行對(duì)刀操作時(shí)，對(duì)于基準(zhǔn)刀而言，需要進(jìn)行Ｘ、Ｙ、Ｚ三軸的對(duì)刀；而對(duì)于除基準(zhǔn)刀之外的其他刀具，僅僅需要進(jìn)行長度補(bǔ)償即可。這樣一來，就極大地方便了對(duì)刀操作。如果能進(jìn)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(jìn)行加工中心的長度補(bǔ)償。

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(bǔ)償

首先，本機(jī)采用的方法是：相對(duì)法長度補(bǔ)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(fù)則表示第二把刀比第一把刀短；取消長度補(bǔ)償用Ｇ４９（注：程序中Ｇ４９前的Ｚ軸坐標(biāo)必須大于兩個(gè)長度補(bǔ)償，否則可能在取消長度補(bǔ)償?shù)倪^程中刀具會(huì)撞到工件）；建立長度補(bǔ)償：Ｇ４３是正補(bǔ)償（＋ΔＨ），Ｇ４４是負(fù)補(bǔ)償（－ΔＨ）；建立長度補(bǔ)償：按ＯＦＳ／ＳＥＴ→刀偏（軟鍵）即可看到如下表１所示。

第一步：用基準(zhǔn)刀進(jìn)行Ｘ、Ｙ、Ｚ軸對(duì)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(duì)坐標(biāo)系→Ｚ→歸零→ＯＦＳ／ＳＥＴ 按鍵→刀偏→光標(biāo)移動(dòng)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(dòng)）；
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(dòng)００２（形狀Ｈ）→Ｚ→Ｃ輸入→Ｚ軸回參考點(diǎn)；
第七步：驗(yàn)證第二把刀的長度補(bǔ)償是否正確。

圖５ Ｚ軸設(shè)定儀

不論是在教學(xué)中還是在生產(chǎn)中，進(jìn)行了長度補(bǔ)償設(shè)定后，如果不進(jìn)行驗(yàn)證的話，可能會(huì)因?yàn)檠a(bǔ)償錯(cuò)誤而導(dǎo)致無法加工。因此，在進(jìn)行完長度補(bǔ)償之后，就必須進(jìn)行該刀具的補(bǔ)償驗(yàn)證［４］。以下按兩種情
況，用６個(gè)程序短句進(jìn)行驗(yàn)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(jìn)行驗(yàn)證：①運(yùn)行“Ｇ５４Ｇ９０Ｇ０１Ｘ０Ｙ０Ｚ１００．Ｆ１５００”，該語句表示不進(jìn)行長度補(bǔ)償，最后的實(shí)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(gè)刀補(bǔ)）；② 運(yùn)行“Ｇ５４Ｇ９０Ｇ０１Ｇ４３Ｈ ２Ｘ０Ｙ０ Ｚ１００．Ｆ１５００”，該語句表示進(jìn)行長度正補(bǔ)償，最后的實(shí)際情況是：Ｔ２的刀尖處距離工件上表面距離為１００ｍｍ；③運(yùn)行“Ｇ５４Ｇ９０Ｇ０１Ｇ４４Ｈ２Ｘ０Ｙ０Ｚ１００．Ｆ１５００”，該語句表示進(jìn)行長度負(fù)補(bǔ)償，最后的實(shí)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(gè)刀補(bǔ)）。

Ｂ情況：即，第二把刀比第一把刀短，也就是為負(fù)數(shù)，那么就可以在ＭＤＩ方式下進(jìn)行驗(yàn)證：①運(yùn)行“Ｇ５４Ｇ９０Ｇ０１Ｘ０Ｙ０Ｚ１００．Ｆ１５００”，該語句表示不進(jìn)行長度補(bǔ)償，最后的實(shí)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(gè)刀補(bǔ)）；②運(yùn)行“Ｇ５４Ｇ９０Ｇ０１Ｇ４３Ｈ２Ｘ０Ｙ０Ｚ１００．Ｆ１５００”，該語句表示進(jìn)行長度正補(bǔ)償，最后的實(shí)際情況是：Ｔ２的刀尖處距離工件上表面距離為１００ｍｍ；③運(yùn)行“Ｇ５４Ｇ９０Ｇ０１Ｇ４４Ｈ２Ｘ０Ｙ０Ｚ１００．Ｆ１５００”量均為１００％，正常設(shè)計(jì)工況下單泵運(yùn)行的出力情況基本一致，亦均可滿足設(shè)計(jì)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(tái)或３臺(tái)真空泵運(yùn)行并不會(huì)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(píng)價(jià)可通過切泵后對(duì)凝汽器真空情況的變化來予以判斷。

假設(shè)機(jī)組負(fù)荷和外部冷源環(huán)境不變，當(dāng)一臺(tái)真空泵運(yùn)行時(shí)，凝汽器對(duì)應(yīng)的背壓為Ｐ１；執(zhí)行切泵操作至另外真空泵單泵運(yùn)行后，凝汽器的背壓為Ｐ２；如果Ｐ１與Ｐ２基本一致，可認(rèn)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(duì)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(jìn)一步的檢查行動(dòng)。

北方核電站在設(shè)計(jì)工況下，單臺(tái)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(qiáng)，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(yùn)行模式切換實(shí)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(yùn)行區(qū)分：夏季：單泵運(yùn)行，切泵周期為２周；冬季：雙泵運(yùn)行，切泵周圍為４周；冬夏季模式切換點(diǎn)為該機(jī)組設(shè)計(jì)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(yùn)行模
式區(qū)分的策略，在確保系統(tǒng)、機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性不變的情況下，實(shí)現(xiàn)二回路水質(zhì)的有效改善，減少機(jī)組廠用電損耗的同時(shí)，大大提升了電廠精細(xì)化管理的水平，亦給其他北方電站真空系統(tǒng)的運(yùn)行模式提供參考。

４．２．１ 板式換熱器定期檢查與清洗。在該核電廠商業(yè)運(yùn)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(duì)確保真空泵的性能十分有必要。

４．２．２ 級(jí)間止回閥定期檢查。級(jí)間止回閥作為真空泵的重要部件，實(shí)現(xiàn)一二級(jí)真空泵運(yùn)行模式控制的重要作用。級(jí)間止回閥為旋啟式止回閥，閥瓣上安裝的膠墊實(shí)現(xiàn)結(jié)合面的密封功能。當(dāng)級(jí)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(shí)，真空泵內(nèi)介質(zhì)通過級(jí)間止回閥處直接流向汽水分離箱。二級(jí)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(jí)間止回閥的檢查列入預(yù)防性維修大綱，進(jìn)行定期檢查維護(hù)對(duì)確保真空泵的性能至關(guān)重要。

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(dòng)等參數(shù)作為真空泵運(yùn)行的基本參數(shù)，表征真空泵運(yùn)行的真實(shí)狀態(tài)。通過對(duì)真空泵基本參數(shù)的定期監(jiān)測(cè)，對(duì)比歷史變化趨勢(shì)，可以掌握真空泵的運(yùn)行現(xiàn)狀，并對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)判，結(jié)合檢修窗口提前制定檢修計(jì)劃，減小對(duì)正常運(yùn)行機(jī)組的影響。

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(cè)，跟蹤重要參數(shù)的變化趨勢(shì)，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理真空泵異常，恢復(fù)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。