凭借其高速、高精度的加工特点,备受市场青睐 ，是苹果、三星等3C产品零件制造的关键设 备 。为了提高我国制造装备技术水平 ，从“中国制造” 向“中国创造”转变 ，研制T5钻攻中心,通过系列攻关 ，解决了钻攻中心的 关键技术问题 ，并广泛用于企业生产 。从系统研究钻攻中心的刀库控制技术 ，提出了影响品质的解决方法 。
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 效率为最高的情况 。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 ，最高提高换刀效 率为10% ;刀库电动机工作频率为70 Hz时 ，最高提高 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最 大工作频率为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
在换刀动作完全相同的情况下 ，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 ，只在程序开始指定一次 ，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100%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,得到的运行图形最好 ，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最佳状态 ，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 。
