傳統(tǒng)的立式加工中心通常只有銑削功能，但是對于一些特殊工藝的零件既需要銑削功能，又需要車削功能。針對這一問題，介紹一種解決方案，在一臺立式加工中心上，使用伺服主軸控制功能，增加1個旋轉(zhuǎn)軸，既可充當(dāng)插補(bǔ)軸，也可以充當(dāng)車主軸。
1 序言
在傳統(tǒng)的加工過程中，需要進(jìn)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[1-3]。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(jī)為力矩電動機(jī)，其中C軸電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)2000r/min，本臺機(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機(jī)的主軸控制功能。該功能可以實現(xiàn)每轉(zhuǎn)進(jìn)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(jī)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）：SV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(jìn)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。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3 車主軸代碼譯碼
圖4 G0027.1自鎖程序用戶
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)入車主軸模式后，C軸必須強(qiáng)制松開，不然有可能會對C軸松夾機(jī)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，需要做報警，報警號：“EX1043請先進(jìn)入旋轉(zhuǎn)模式”（報警號可自行定義），用來提醒用戶當(dāng)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(jī)不會因為溫度過高而導(dǎo)致電動機(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(rèn)車刀是否裝在主軸上。如果車刀在主軸上，該車刀確認(rèn)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(dāng)主軸當(dāng)前刀是車刀時，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(jī)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(dāng)前刀是車刀，在執(zhí)行換刀命令時，就需要跳過主軸準(zhǔn)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(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)主軸上為車刀時，程序?qū)⑻^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(dāng)前刀號為車刀，但是車刀被人為卸走后，此時車刀確認(rèn)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(zhǔn)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(jī)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(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
通過對配置FANUC系統(tǒng)的加工中心機(jī)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。
