傳統(tǒng)的立式加工中心通常只有銑削功能，但是對(duì)于一些特殊工藝的零件既需要銑削功能，又需要車(chē)削功能。針對(duì)這一問(wèn)題，介紹一種解決方案，在一臺(tái)立式加工中心上，使用伺服主軸控制功能，增加1個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，既可充當(dāng)插補(bǔ)軸，也可以充當(dāng)車(chē)主軸。
1 序言
在傳統(tǒng)的加工過(guò)程中，需要進(jìn)行多次裝夾和換刀，這不僅增加了加工時(shí)間和成本，還會(huì)影響加工精度。而立式加工中心的銑車(chē)復(fù)合控制可以在一次裝夾中完成多個(gè)加工步驟，避免了多次裝夾和換刀的問(wèn)題，提高了加工效率和精度[1-3]。我公司在一款立式加工中心的基礎(chǔ)上配置國(guó)內(nèi)知名品牌的搖籃轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)A、C軸電動(dòng)機(jī)為力矩電動(dòng)機(jī)，其中C軸電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)2000r/min，本臺(tái)機(jī)床系統(tǒng)是FANUC 0i-MF Plus（Type 1Type 1）。C軸應(yīng)額外追加基于伺服電動(dòng)機(jī)的主軸控制功能。該功能可以實(shí)現(xiàn)每轉(zhuǎn)進(jìn)給、螺紋切削、轉(zhuǎn)速控制、剛性攻螺紋、實(shí)際主軸速度輸出及主軸分度等功能。
2 參數(shù)設(shè)定
將伺服電動(dòng)機(jī)主軸控制的參數(shù)填入系統(tǒng)，具體見(jiàn)表1。
表1 系統(tǒng)參數(shù)
3 梯形圖的編制
（1）相關(guān)信號(hào)主要包括G0027.1（SWS2）：第二主軸選擇信號(hào)；G0029.6（*SSTP）：主軸停止信號(hào)；G0027.4（*SSTP2）：第二主軸停止信號(hào)；G0521.4（SRVON5）：SV旋轉(zhuǎn)控制方式信號(hào)；G0523.4（SVRVS5）：SV反轉(zhuǎn)信號(hào)；G0126.4（SVF5）：伺服關(guān)斷信號(hào)；F0010（M）：輔助功能代碼信號(hào)。
（2）梯形圖編寫(xiě) 首先通過(guò)M代碼譯碼M60（C軸進(jìn)入車(chē)主軸模式）、M61（C軸退出車(chē)主軸模式），把指令分別給到R0644.4、R0644.5（R地址可自行定義），如圖1所示。
圖1 M60、M61代碼譯碼
再通過(guò)R0644.4把指令輸入到R0961.0，并形成自鎖，最后把R0961.0輸出給G004.3，完成M代碼的執(zhí)行。只有執(zhí)行M61，或者在復(fù)位、急停及出現(xiàn)C軸相關(guān)報(bào)警才可斷開(kāi)這一自鎖。M60互鎖梯形圖如圖2所示。
圖2 M60互鎖
通過(guò)M代碼譯碼M103（車(chē)主軸正轉(zhuǎn)）、M104（車(chē)主軸反轉(zhuǎn)）和M105（車(chē)主軸停止），分別把指令給到R0649.0、R0649.1和R0649.2。車(chē)主軸代碼譯碼如圖3所示。通過(guò)R地址把車(chē)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)和停止的指令輸入到G0027.1、G0027.4、G0029.6、G0521.4和G0523.4，并形成自鎖。G0027.1自鎖80ms后自動(dòng)斷開(kāi)，如圖4所示；G0027.4自鎖程序如圖5所示；G0521.4自鎖程序如圖6所示；G0523.4自鎖程序如圖7所示。相對(duì)應(yīng)的完成信號(hào)輸出給G004.3，完成M代碼的執(zhí)行。
圖3 車(chē)主軸代碼譯碼
圖4 G0027.1自鎖程序用戶(hù)
圖5 G0027.4自鎖程序
圖6 G0521.4自鎖程序
圖7 G0523.4自鎖程序
當(dāng)C軸進(jìn)入車(chē)主軸模式后，C軸必須強(qiáng)制松開(kāi)，不然有可能會(huì)對(duì)C軸松夾機(jī)構(gòu)造成損傷，產(chǎn)生的粉末有可能會(huì)污濁C軸編碼器的讀數(shù)頭。如果在沒(méi)有執(zhí)行M60時(shí)，輸入車(chē)主軸旋轉(zhuǎn)的指令，需要做報(bào)警，報(bào)警號(hào)：“EX1043請(qǐng)先進(jìn)入旋轉(zhuǎn)模式”（報(bào)警號(hào)可自行定義），用來(lái)提醒用戶(hù)當(dāng)前狀況下需要執(zhí)行M60。如果車(chē)主軸旋轉(zhuǎn)沒(méi)有停止時(shí)，F(xiàn)0376.4沒(méi)有置為1的情況下，執(zhí)行M61的指令，需要做用戶(hù)報(bào)警，報(bào)警號(hào)：“EX1046第五軸旋轉(zhuǎn)沒(méi)有停止，請(qǐng)勿退出旋轉(zhuǎn)模式”。此外還需要做一些車(chē)主軸溫度報(bào)警，用來(lái)保證力矩電動(dòng)機(jī)不會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞。
當(dāng)在旋轉(zhuǎn)模式下，出現(xiàn)復(fù)位、急停、C 軸恒溫油箱報(bào)警以及C 軸溫度報(bào)警時(shí)，需要切斷車(chē)主軸使能，同時(shí)也要將伺服關(guān)斷信號(hào)G0126.4（SVF5）置為1。
（3）刀庫(kù)換刀程序修改 由于車(chē)刀必須要固定放置，所以車(chē)刀刀柄上裝有定位銷(xiāo)，主軸箱上裝有相對(duì)應(yīng)的定位銷(xiāo)孔，這樣就可以將車(chē)刀固定，還需要在定位銷(xiāo)孔附近安裝1個(gè)接近開(kāi)關(guān)，來(lái)確認(rèn)車(chē)刀是否裝在主軸上。如果車(chē)刀在主軸上，該車(chē)刀確認(rèn)信號(hào)就為1。車(chē)刀安裝如圖8所示。
圖8 車(chē)刀安裝示意
本公司立式加工中心刀庫(kù)容量為20把刀，定義16號(hào)至20號(hào)刀為車(chē)刀刀號(hào)，當(dāng)主軸當(dāng)前刀是車(chē)刀時(shí)，取消第一主軸使能，G0027.3強(qiáng)制置為0，強(qiáng)制主軸不能旋轉(zhuǎn)。首先判斷主軸當(dāng)前刀號(hào)是否≥16，如果≥16，將R0900.0置為1，這時(shí)就可以判斷主軸上是車(chē)刀，如圖9所示。由于機(jī)械手在換刀時(shí)，主軸需要定向停止，保證主軸端面鍵和刀柄鍵槽不會(huì)發(fā)生碰撞，因此如果主軸當(dāng)前刀是車(chē)刀，在執(zhí)行換刀命令時(shí)，就需要跳過(guò)主軸準(zhǔn)停指令。針對(duì)這一問(wèn)題，首先，將G0055.0的線圈并在R0900.0上，G0055.0對(duì)應(yīng)加工程序里的#1008，當(dāng)G0055.0置1后，#1008也就置1了，如圖10所示。然后在換刀子程序中將M19替換為“IF[#1008EQ1]GOTO6;M19;N6;”，當(dāng)主軸上為車(chē)刀時(shí)，程序?qū)⑻^(guò)M19。
圖9 判斷刀具是否為車(chē)刀的程序
圖10 G0055.0對(duì)應(yīng)加工程序里的#1008
假如主軸當(dāng)前刀號(hào)為車(chē)刀，但是車(chē)刀被人為卸走后，此時(shí)車(chē)刀確認(rèn)信號(hào)為0，則主軸現(xiàn)在的停止位置有可能因人為轉(zhuǎn)動(dòng)而沒(méi)有在準(zhǔn)停位置上。因此在執(zhí)行換刀動(dòng)作時(shí)，主軸定向指令會(huì)被跳過(guò)，刀柄就有和主軸碰撞的可能，從而導(dǎo)致機(jī)床故障，所以在這種情況下做用戶(hù)報(bào)警：“EX1047請(qǐng)將車(chē)刀裝回主軸后，再執(zhí)行換刀程序”，從而避免不必要的故障發(fā)生。
當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒以后，在加工程序中添加G33IP_F_（F是縱軸方向?qū)С蹋?，就可以進(jìn)行等導(dǎo)程的圓柱螺紋切削。
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)配置FANUC系統(tǒng)的加工中心機(jī)床實(shí)現(xiàn)銑車(chē)復(fù)合功能的應(yīng)用，避免了多次裝夾工件，滿(mǎn)足了加工工藝的要求，可以提高加工效率、降低成本且提高精度，適應(yīng)各種不同類(lèi)型零件的加工需求，是現(xiàn)代機(jī)械制造領(lǐng)域中非常重要的技術(shù)之一。實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，可以在許多行業(yè)中發(fā)揮重要作用。
