FANUC高精度振蕩在車床上實(shí)現(xiàn)斷屑功能的應(yīng)用
2022-5-17 來源： 寶雞機(jī)床集團(tuán)有限公司 作者：馮星
摘要：利用FANUC數(shù)控系統(tǒng)的柔性同步控制、高精度往返選項(xiàng)功能，通過伺服軸振蕩的動(dòng)作使車刀在切削工件的過程中出現(xiàn)加工深度的差別，從而實(shí)現(xiàn)在切削過程中不出現(xiàn)長(zhǎng)條形的切屑而自然地產(chǎn)生斷屑效果。
關(guān)鍵詞：FANUC；斷屑；柔性同步控制；高精度往返
0 引言
車床加工中長(zhǎng)條帶狀切屑會(huì)纏繞在工件或刀具上刮傷工件，引發(fā)刀具破損，甚至影響工人安全。而在自動(dòng)化過程中更是希望在手抓取工件的時(shí)候沒有切屑干擾。所以車削斷屑為加工過程中的一個(gè)重要要求。
通常解決車削斷屑的方法是采用斷屑槽刀片或者高壓冷卻等，但是由于各種原因，并不能達(dá)到良好的效果。所以根據(jù)車削斷屑的理論依據(jù)，靈活地結(jié)合了可以使機(jī)床軸進(jìn)行循環(huán)往復(fù)振動(dòng)動(dòng)作的功能高精度往返控制，以及可以使機(jī)床不同軸移動(dòng)命令疊加的柔性同步控制功能，則可以實(shí)現(xiàn)車床斷屑的功能。
根據(jù)軸振動(dòng)方向的不同，可以分為X軸振動(dòng)以及Z軸振動(dòng)兩種斷屑方式，此兩種方式均可以通過不同的切深而避免長(zhǎng)條形的切屑產(chǎn)生，所以均有斷屑的效果。具體使用哪種方式需要結(jié)合工藝進(jìn)行考慮。
1、功能調(diào)試設(shè)置
利用柔性同步及高精度往返控制兩個(gè)功能進(jìn)行車床斷屑的原理是首先設(shè)置一個(gè)虛設(shè)軸，然后使虛設(shè)軸進(jìn)行高精度往返振蕩，此時(shí)使實(shí)際需要振蕩的軸同虛設(shè)軸進(jìn)行柔性同步，從而使實(shí)際軸的動(dòng)作為程序指令動(dòng)作疊加振蕩動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)伺服軸根據(jù)程序指令運(yùn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行一定幅度及速度振蕩動(dòng)作的目的。
1.1 虛設(shè)軸的設(shè)置
因?yàn)樽罱K需要將高精度振蕩動(dòng)作疊加在實(shí)際的軸移動(dòng)中，所以一個(gè)虛設(shè)的軸是必須的。基本設(shè)置可以按照表1進(jìn)行，其中特別需要注意的為虛設(shè)軸需要將返回參考點(diǎn)動(dòng)作取消，同時(shí)對(duì)應(yīng)的速度信號(hào)需要進(jìn)行設(shè)置，表1中虛設(shè)軸設(shè)置為A軸。
表1 虛設(shè)軸初始化
1.2 高精度往返控制設(shè)定
對(duì)于虛設(shè)軸進(jìn)行高精度往返控制的相關(guān)設(shè)定，因?yàn)槠錇檫x項(xiàng)功能，首先需要確認(rèn)其具有對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)功能。以0i-F TYPE1為例，其訂貨號(hào)為A02B-0339-R662，診斷位為1263#7。如果系統(tǒng)為31i-B系統(tǒng)，其訂貨號(hào)為A02B-0327-R662，診斷位為1232#5。假定第三軸為虛設(shè)軸，需要設(shè)置的參數(shù)如表2所示。
表2 高精度往返控制設(shè)置
車削斷屑過程中重點(diǎn)調(diào)整的參數(shù)為參數(shù)8373及參數(shù)8374，8373決定了振蕩的幅度，8374決定振蕩的速度。一般準(zhǔn)則為機(jī)床慣量越大，振動(dòng)幅度越大，振蕩速度越低。如果機(jī)床慣量較小則可以設(shè)置較小的振動(dòng)幅度和較快的振蕩速度。考慮到機(jī)械承受能力，8373推薦設(shè)置范圍為0.1~0.8,8374推薦設(shè)置范圍為100~600，，可以根據(jù)實(shí)際機(jī)械情況進(jìn)行調(diào)整。
另外高精度振蕩功能調(diào)試除了參數(shù)設(shè)置之外，還需要對(duì)梯形圖做對(duì)應(yīng)處理才可以實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作。主要處理下列兩個(gè)信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)具體的動(dòng)作。CHPST<Gn051.6>往返控制開始信號(hào)，在本例中執(zhí)行M13，CHPST <Gn051.6 > 為 “1”；在 本 例 中 執(zhí) 行 M14，CHPST<Gn051.6>為“0”。此信號(hào)為輸入信號(hào)，其為1為開始往返控制動(dòng)作，其為0為在往返控制中時(shí)停止往返控制動(dòng)作。*CHLD<Gn051.7>往返控制保持信號(hào)此信號(hào)為輸入信號(hào)，其為1則可以開始往返控制動(dòng)作，其為0則無法開始往返控制。
其作用類似于*SP進(jìn)給保持信號(hào)。所以常用的信號(hào)處理方法為保持G51.7信號(hào)常1，在本例中G51.7信號(hào)按常1處理，通過G51.6信號(hào)控制往返控制的開始于結(jié)束即可。如果參數(shù)及梯形圖處理正確，往返控制開始時(shí)如果屏幕上顯示振蕩軸坐標(biāo)，其坐標(biāo)數(shù)值會(huì)以設(shè)定的幅值及速度進(jìn)行周期性變化，可以以此確認(rèn)高精度往返控制是否調(diào)試成功。
1.3 柔性同步控制設(shè)置
柔性同步控制在車削斷屑中的重要目的為將虛設(shè)軸的振蕩動(dòng)作與伺服軸的正常指令進(jìn)行疊加，從而實(shí)現(xiàn)斷屑的效果。控制中以虛設(shè)軸A軸作為其主動(dòng)軸，需要進(jìn)行振蕩的伺服軸設(shè)置為從動(dòng)軸，最多可以設(shè)置4組。柔性同步控制同樣為選項(xiàng)功能，0i-TF中訂貨號(hào)為A02B-0339-S709，診斷號(hào)為1292#0。31i B系統(tǒng)訂貨號(hào)為A02B-0327-S709，診斷號(hào)為1268#1。下面設(shè)置以標(biāo)準(zhǔn)車床為例，設(shè)置兩組振蕩軸，其設(shè)置如表3所示。
表3 柔性同步控制設(shè)置
柔性同步控制同樣需要對(duì)應(yīng)的梯形圖處理步驟，一般為M代碼進(jìn)行對(duì)應(yīng)柔性同步軸的開啟及關(guān)閉，主要需要處理的信號(hào)如下：MTA<Gn197.0>A組柔性同步信號(hào)此信號(hào)為輸入信號(hào)，其為1時(shí)柔性同步開啟，其為0
時(shí)柔性同步關(guān)閉。在本例中執(zhí)行M15，MTA<Gn197.0>為“1”；在本例中執(zhí)行M16，MTA<Gn197.0>為“0”。
MTB<Gn197.1>B組柔性同步信號(hào) 。在本例中執(zhí)行M54，MTA<Gn197.1>為“1”；在本例中執(zhí)行M55，MTA<Gn197.1>為“0”。此信號(hào)為輸入信號(hào)，其為1時(shí)柔性同步開啟，其為0時(shí)柔性同步關(guān)閉。同時(shí)對(duì)應(yīng)的M代碼數(shù)值需要設(shè)置到參數(shù)中。并且高精度往返控制以及柔性同步的開關(guān)順序?yàn)椋捍蜷_柔性同步→打開高精振蕩→加工動(dòng)作→關(guān)閉高精振蕩→關(guān)閉柔性同步。
請(qǐng)務(wù)必以此種順序進(jìn)行整體控制的開啟及關(guān)閉順序，負(fù)責(zé)會(huì)導(dǎo)致控制軸位置停止再振蕩范圍中的隨機(jī)位置，造成加工問題，請(qǐng)注意此點(diǎn)。
2 、斷屑功能編制加工程序樣例（高精度往返控制及柔性同步控制）
在實(shí)際的控制中，8373推薦設(shè)置范圍為0.1~0.8；8374推薦設(shè)置范圍為100~600，可以根據(jù)實(shí)際機(jī)械情況進(jìn)行調(diào)整。
在本例中8373設(shè)置0.2；8374設(shè)置為300。
車工進(jìn)行對(duì)應(yīng)加工性能的調(diào)試，需要進(jìn)入到參數(shù)畫面中修改參數(shù)。（8373設(shè)置振幅；8374設(shè)置振蕩速度），具體加工程序編寫，見下面例子：
3 、斷屑調(diào)試方法
在高精度往返控制及柔性同步控制功能調(diào)試完畢之后，開啟對(duì)應(yīng)的功能可以看到機(jī)床對(duì)應(yīng)的振蕩軸開始疊加振蕩動(dòng)作，為了方便描述，下面統(tǒng)稱此種狀態(tài)為開啟振蕩動(dòng)作。
同時(shí)可以對(duì)于振蕩軸進(jìn)行正常的程序或者手動(dòng)指令，其移動(dòng)量為指令量疊加高精振蕩的振蕩量。疊加了振蕩指令的動(dòng)作可以理解為在正常指令的基礎(chǔ)上疊加了周期性的循環(huán)動(dòng)作，從而可以造成切削表面的深淺出現(xiàn)變化，從而實(shí)現(xiàn)車削過程中的斷屑動(dòng)作。同時(shí)也可以容易地推論出，此種動(dòng)作一定會(huì)造成車削表面的粗糙度變化，所以此種動(dòng)作最為適用于粗加工中。同時(shí)因?yàn)槠洳挥绊戄S的正常指令，所以其應(yīng)用在直線、斜線、圓弧及各種車削循環(huán)中都可以起到作用，使用極為方便。
一般車削的過程中主要調(diào)整的參數(shù)為振蕩的幅度8373參數(shù)及振蕩的速度8374參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)有的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，一般參數(shù)的設(shè)置范圍同機(jī)型大小有比較強(qiáng)的關(guān)系，下面通過表4推薦一些適用于不同機(jī)床大小的設(shè)置范圍以方便快速的調(diào)試工作。
可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的斷屑情況及加工效果進(jìn)行靈活的調(diào)整，表中僅僅推薦為一個(gè)適用的范圍。
表4 不同機(jī)型推薦參數(shù)范圍
表 4數(shù)值僅為推薦數(shù)值，如果在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值不能滿足加工要求或者對(duì)機(jī)械沖擊過大，則需要對(duì)應(yīng)的調(diào)整振幅及振蕩速度。慣量越小則可以設(shè)置更小的振蕩幅度及更高的振蕩速度，慣量越大則需要增大振蕩幅度及減小振蕩速度。同時(shí)可以根據(jù)不同的工件及條件機(jī)型對(duì)應(yīng)的調(diào)整。
為此種加工斷屑方式會(huì)造成加工表面的粗糙度變高，所以在要求最終加工效果的精加工中不適用于采用振蕩斷屑動(dòng)作。但是可以通過在粗加工中留有對(duì)應(yīng)的余量，使最后精加工需要切削的余量為波浪形，從而也實(shí)現(xiàn)斷屑的加工效果。可以通過調(diào)整粗加工剩余的余量和經(jīng)加工的位置實(shí)現(xiàn)粗加工過程中斷屑，精加工保證表面粗糙度。
同時(shí)如果調(diào)整合適，可以實(shí)現(xiàn)粗加工剩余余量在精加工過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)斷屑及最終加工表面的質(zhì)量。根據(jù)加工經(jīng)驗(yàn)，如果工件表面較為平滑，則可以在整體加工中設(shè)置統(tǒng)一的振蕩幅度及速度，最終的精加工過程中去除一般可以保證斷屑。如果加工過程中工件表面變化較為明顯，則可能需要在加工過程中調(diào)整不同的加工振蕩幅度及振蕩速度以保證最終的加工余量可以斷屑。具體工件需要通過工藝分析進(jìn)行加工，變量較多，如果需要達(dá)到理想的效果需要精細(xì)的調(diào)整工作。
（a）粗加工中留有波浪形余量
b） 精加工中去除波浪形余量實(shí)現(xiàn)斷屑
圖1 粗加工余量及精加工示意圖
4 、結(jié)論
經(jīng)過上面的分析，通過高精度往返控制及柔性同步控制結(jié)合實(shí)現(xiàn)車床斷屑的方案較為適用于粗加工的過程中，同時(shí)在小型車床上可以取得更為良好的加工效果。最終的精加工可以通過與粗加工余量的良好調(diào)整同時(shí)達(dá)到斷屑和保證加工結(jié)果的目標(biāo)。此種加工因?yàn)閺脑砩媳ＷC了不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)條形的切屑，所以可以實(shí)現(xiàn)完全的斷屑效果，加工過程中斷屑極為穩(wěn)定。同時(shí)會(huì)造成機(jī)械負(fù)載增大，對(duì)于聯(lián)軸器、絲杠及電動(dòng)機(jī)都存在不利的影響，所以在機(jī)床設(shè)計(jì)階段就需要注意此點(diǎn)。
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