摘 要:利用隨機(jī)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(dòng)刀庫(kù)。然后再用相對(duì)法進(jìn)行多刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償。由此,加工中心就可以在運(yùn)行程度時(shí),自動(dòng)調(diào)取所需的刀具。
加工中心數(shù)控機(jī)床因其高精度、高自動(dòng)化程度而越來(lái)越多地應(yīng)用于制造業(yè)中,但是因?yàn)槠渥詣?dòng)化程度比較高,因此在自動(dòng)換刀以及多
刀具加工長(zhǎng)度補(bǔ)償方面存在諸多難點(diǎn)[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(lái)講述如何進(jìn)行自動(dòng)換刀以及刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)墓ぷ鳌?/div>
1 FANUC加工中心自動(dòng)換刀
1.1 自動(dòng)換刀的準(zhǔn)備工作
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(kù),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(kù)反轉(zhuǎn))”,即,手動(dòng)讓刀庫(kù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刀具位置,然后再來(lái)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。
1.2 FANUC加工中心自動(dòng)刀庫(kù)
本機(jī)為圓盤式刀庫(kù),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(kù))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(kù)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)
1.3 自動(dòng)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(jì),目前的加工中心所配置自動(dòng)刀庫(kù)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(wú)機(jī)械手,無(wú)刀具準(zhǔn)備功能):無(wú)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(jiǎn)單,但是換刀時(shí)間較長(zhǎng),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(wú)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(kù)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(jiǎn)便,而且無(wú)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。
1.4 刀具表
①查看方法:SYSTEM→繼續(xù)翻頁(yè)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(guò)低導(dǎo)致不能循環(huán)啟動(dòng)”。
圖2 FANUC刀具表
2 加工中心長(zhǎng)度補(bǔ)償問(wèn)題研究
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(kù),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(kù),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(zhǎng)度補(bǔ)償即可。這樣一來(lái),就極大地方便了對(duì)刀操作。如果能進(jìn)行第二把刀的長(zhǎng)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(lái)講述如何進(jìn)行加工中心的長(zhǎng)度補(bǔ)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(zhǎng)度和半徑補(bǔ)償
首先,本機(jī)采用的方法是:相對(duì)法長(zhǎng)度補(bǔ)償;兩把刀之間的長(zhǎng)度差ΔH=H2-H1,如果ΔH 為正就表示第二把刀比第一把刀長(zhǎng),如果為負(fù)則表示第二把刀比第一把刀短;取消長(zhǎng)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(zhǎng)度補(bǔ)償,否則可能在取消長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中刀具會(huì)撞到工件);建立長(zhǎng)度補(bǔ)償:G43是正補(bǔ)償(+ΔH),G44是負(fù)補(bǔ)償(-ΔH);建立長(zhǎng)度補(bǔ)償:按OFS/SET→刀偏(軟鍵)即可看到如下表1所示。
2.2 具體補(bǔ)償步驟
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(zhǎng)度補(bǔ)償是否正確。
不論是在教學(xué)中還是在生產(chǎn)中,進(jìn)行了長(zhǎng)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(wú)法加工。因此,在進(jìn)行完長(zhǎng)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(zhǎng),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(yǔ)句表示不進(jìn)行長(zhǎng)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(yǔ)句表示進(jìn)行長(zhǎng)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(yǔ)句表示進(jìn)行長(zhǎng)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(yǔ)句表示不進(jìn)行長(zhǎng)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(yǔ)句表示進(jìn)行長(zhǎng)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(lái)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(guò)切泵后對(duì)凝汽器真空情況的變化來(lái)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(guò)簡(jiǎn)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)。
4 運(yùn)行維護(hù)建議
4.1 啟停泵周期建議
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(lái)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(guò)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(wèn)題。在無(wú)法改變寒冷地區(qū)冬季海水溫度降低帶來(lái)的一系列影響的情況下,通過(guò)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(jiǎn)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:?jiǎn)伪眠\(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 檢修檢查項(xiàng)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(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(guò)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。
4.3 參數(shù)監(jiān)測(cè)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(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(guò)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。
5 結(jié)束語(yǔ)
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(guò)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。