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立式加工中心基于發(fā)那科系統(tǒng)的銑車復(fù)合應(yīng)用方案
2025-1-13  來源: 秦川集團(西安)技術(shù)研究院有限公司   作者:李偉杰 和煦春
 
     1. 序言
 
     在傳統(tǒng)的加工過程中,需要進行多次裝夾和換刀,這不僅增加了加工時間和成本,還會影響加工精度。而立式加工中心的銑車復(fù)合控制可以在一次裝夾中完成多個加工步驟,避免了多次裝夾和換刀的問題,提高了加工效率和精度。我公司在一款立式加工中心的基礎(chǔ)上配置國內(nèi)知名品牌的搖籃轉(zhuǎn)臺,轉(zhuǎn)臺 A、C 軸電動機為力矩電動機,其中 C 軸電動機最高轉(zhuǎn)速可達 2000r/min,本臺機床系統(tǒng)是FANUC 0i-MF Plus(Type 1)。C 軸應(yīng)額外追加基于伺服電動機的主軸控制功能。該功能可以實現(xiàn)每轉(zhuǎn)進給、螺紋切削、轉(zhuǎn)速控制、剛性攻螺紋、實際主軸速度輸出及主軸分度等功能。
  
     2.參數(shù)設(shè)定
  
     將伺服電動機主軸控制的參數(shù)填入系統(tǒng),具體見表 1。

  表 1 系統(tǒng)參數(shù)
 
  
 
     3. 梯形圖的編制
  
    (1)相關(guān)信號 主要包括 G0027.1(SWS2)∶第二主軸選擇信號 ;G0029.6(*SSTP)∶主軸停止信號 ;G0027.4(*SSTP2)∶第二主軸停止信號 ;G0521.4(SRVON5)∶ S V 旋轉(zhuǎn)控制方式信號 ;G0523.4(SVRVS5)∶ SV 反轉(zhuǎn)信號 ;G0126.4
(SVF5)∶伺服關(guān)斷信號 ;F0010(M)∶輔助功能代碼信號。


    (2)梯形圖編寫 首先通過 M 代碼譯碼M60(C 軸進入車主軸模式)、M61(C 軸退出車主軸模式),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 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)報警才可斷開這一自鎖。M60 互鎖梯形圖如圖 2 所示。
  
  
圖 2 M60 互鎖

     通過M代碼譯碼M103(車主軸正轉(zhuǎn) )、M104(車主軸反轉(zhuǎn))和 M105(車主軸停止),分別把指令給到R0649.0、R0649.1和R0649.2。車主軸代碼譯碼如圖 3 所示。

  
圖 3 車主軸代碼譯碼
  
     通過 R 地址把車主軸運轉(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 后自動斷開,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。相對應(yīng)的完成信號輸出給G004.3,完成 M 代碼的執(zhí)行。

 
   
圖 4 G0027.1自鎖程序

  
   
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 C 軸進入車主軸模式后,C 軸必須強制松開,不然有可能會對 C 軸松夾機構(gòu)造成損傷,產(chǎn)生的粉末有可能會污濁 C 軸編碼器的讀數(shù)頭。如果在沒有執(zhí)行 M60 時,輸入車主軸旋轉(zhuǎn)的指令,需要做用戶報警,報警號 : “EX1043 請先進入旋轉(zhuǎn)模式”(報警號可自行定義),用來提醒用戶當前狀況下需要執(zhí)行 M60。如果車主軸旋轉(zhuǎn)沒有停止時,F(xiàn)0376.4 沒有置為 1 的情況下,執(zhí)行 M61的指令,需要做用戶報警,報警號 : “EX1046 第五軸旋轉(zhuǎn)沒有停止,請勿退出旋轉(zhuǎn)模式”。此外還需要做一些車主軸溫度報警,用來保證力矩電動機不會因為溫度過高而導(dǎo)致電動機損壞。

     當在旋轉(zhuǎn)模式下,出現(xiàn)復(fù)位、急停、C 軸恒溫油箱報警以及 C 軸溫度報警時,需要切斷車主軸使能,同時也要將伺服關(guān)斷信號 G0126.4(SVF5)置為 1。
  
    (3)刀庫換刀程序修改 由于車刀必須要固定放置,所以車刀刀柄上裝有定位銷,主軸箱上裝有相對應(yīng)的定位銷孔,這樣就可以將車刀固定,還需要在定位銷孔附近安裝 1 個接近開關(guān),來確認車刀是否裝在主軸上。如果車刀在主軸上,該車刀確認信號就為 1。車刀安裝如圖 8 所示。


圖 8 車刀安裝示意

     本公司立式加工中心刀庫容量為 20 把刀,定義 16 號至 20 號刀為車刀刀號,當主軸當前刀是車刀時,取消第一主軸使能,G0027.3 強制置為 0,強制主軸不能旋轉(zhuǎn)。首先判斷主軸當前刀號是否≥ 16,如果≥ 16,將 R0900.0 置為 1,這時就可以判斷主軸上是車刀,如圖 9 所示。由于機械手在換刀時,主軸需要定向停止,保證主軸端面鍵和刀柄鍵槽不會發(fā)生碰撞,因此如果主軸當前刀是車刀,在執(zhí)行換刀命令時,就需要跳過主軸準停指令。針對這一問題,首先,將 G0055.0 的線圈并在 R0900.0 上,G0055.0對 應(yīng) 加 工 程 序 里 的 #1008, 當 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;”,當主軸上為車刀時,程序?qū)?/span>跳過 M19。
 
  

圖 9 判斷刀具是否為車刀的程序

  
 
圖 10 G0055.0 對應(yīng)加工程序里的 #1008

     假如主軸當前刀號為車刀,但是車刀被人為卸走后,此時車刀確認信號為 0,則主軸現(xiàn)在的停止位置有可能因人為轉(zhuǎn)動而沒有在準停位置上。因此在執(zhí)行換刀動作時,主軸定向指令會被跳過,刀柄就有和主軸碰撞的可能,從而導(dǎo)致機床故障,所以在這種情況下做用戶報警 : “EX1047請將車刀裝回主軸后,再執(zhí)行換刀程序”,從而避免不必要的故障發(fā)生。
  
     當一切準備就緒以后,在加工程序中添加G33IP_F_(F 是縱軸方向?qū)С蹋涂梢赃M行等導(dǎo)程的圓柱螺紋切削。
  
     4. 結(jié)束語
  
     通過對配置 FANUC 系統(tǒng)的加工中心機床實現(xiàn)銑車復(fù)合功能的應(yīng)用,避免了多次裝夾工件,滿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)各種不同類型零件的加工求,是現(xiàn)代機械制造領(lǐng)域中非常重要的技術(shù)之一。實際應(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。

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