立式加工中心基于发那科系统的铣车复合应用方案
2025-1-13 来源： 秦川集团（西安）技术研究院有限公司 作者：李伟杰 和煦春
1. 序言
在传统的加工过程中，需要进行多次装夹和换刀，这不仅增加了加工时间和成本，还会影响加工精度。而立式加工中心的铣车复合控制可以在一次装夹中完成多个加工步骤，避免了多次装夹和换刀的问题，提高了加工效率和精度。我公司在一款立式加工中心的基础上配置国内知名品牌的摇篮转台，转台 A、C 轴电动机为力矩电动机，其中 C 轴电动机最高转速可达 2000r/min，本台机床系统是FANUC 0i-MF Plus（Type 1）。C 轴应额外追加基于伺服电动机的主轴控制功能。该功能可以实现每转进给、螺纹切削、转速控制、刚性攻螺纹、实际主轴速度输出及主轴分度等功能。
2.参数设定
将伺服电动机主轴控制的参数填入系统，具体见表 1。
表 1 系统参数
3. 梯形图的编制
（1）相关信号 主要包括 G0027.1（SWS2）∶第二主轴选择信号 ;G0029.6（*SSTP）∶主轴停止信号 ;G0027.4（*SSTP2）∶第二主轴停止信号 ;G0521.4（SRVON5）∶ S V 旋转控制方式信号 ;G0523.4（SVRVS5）∶ SV 反转信号 ;G0126.4
（SVF5）∶伺服关断信号 ;F0010（M）∶辅助功能代码信号。
（2）梯形图编写 首先通过 M 代码译码M60（C 轴进入车主轴模式）、M61（C 轴退出车主轴模式），把指令分别给到R0644.4、R0644.5（R地址可自行定义），如图 1 所示。
图 1 M60、M61 代码译码
再通过 R0644.4 把指令输入到 R0961.0，并形成自锁，最后把 R0961.0 输出给 G004.3，完成 M 代码的执行。只有执行 M61，或者在复位、急停及出现 C 轴相关报警才可断开这一自锁。M60 互锁梯形图如图 2 所示。
图 2 M60 互锁
通过M代码译码M103（车主轴正转 ）、M104（车主轴反转）和 M105（车主轴停止），分别把指令给到R0649.0、R0649.1和R0649.2。车主轴代码译码如图 3 所示。
图 3 车主轴代码译码
通过 R 地址把车主轴运转和停止的指令输入到 G0027.1、G0027.4、G0029.6、G0521.4 和G0523.4，并形成自锁。G0027.1 自锁 80ms 后自动断开，如图 4 所示 ;G0027.4 自锁程序如图5 所示 ;G0521.4 自锁程序如图 6 所示 ;G0523.4自锁程序如图 7 所示。相对应的完成信号输出给G004.3，完成 M 代码的执行。
图 4 G0027.1自锁程序
图 5 G0027.4 自锁程序
图 6 G0521.4 自锁程序
图 7 G0523.4 自锁程序
当 C 轴进入车主轴模式后，C 轴必须强制松开，不然有可能会对 C 轴松夹机构造成损伤，产生的粉末有可能会污浊 C 轴编码器的读数头。如果在没有执行 M60 时，输入车主轴旋转的指令，需要做用户报警，报警号 : “EX1043 请先进入旋转模式”（报警号可自行定义），用来提醒用户当前状况下需要执行 M60。如果车主轴旋转没有停止时，F0376.4 没有置为 1 的情况下，执行 M61的指令，需要做用户报警，报警号 : “EX1046 第五轴旋转没有停止，请勿退出旋转模式”。此外还需要做一些车主轴温度报警，用来保证力矩电动机不会因为温度过高而导致电动机损坏。
当在旋转模式下，出现复位、急停、C 轴恒温油箱报警以及 C 轴温度报警时，需要切断车主轴使能，同时也要将伺服关断信号 G0126.4（SVF5）置为 1。
（3）刀库换刀程序修改 由于车刀必须要固定放置，所以车刀刀柄上装有定位销，主轴箱上装有相对应的定位销孔，这样就可以将车刀固定，还需要在定位销孔附近安装 1 个接近开关，来确认车刀是否装在主轴上。如果车刀在主轴上，该车刀确认信号就为 1。车刀安装如图 8 所示。
图 8 车刀安装示意
本公司立式加工中心刀库容量为 20 把刀，定义 16 号至 20 号刀为车刀刀号，当主轴当前刀是车刀时，取消第一主轴使能，G0027.3 强制置为 0，强制主轴不能旋转。首先判断主轴当前刀号是否≥ 16，如果≥ 16，将 R0900.0 置为 1，这时就可以判断主轴上是车刀，如图 9 所示。由于机械手在换刀时，主轴需要定向停止，保证主轴端面键和刀柄键槽不会发生碰撞，因此如果主轴当前刀是车刀，在执行换刀命令时，就需要跳过主轴准停指令。针对这一问题，首先，将 G0055.0 的线圈并在 R0900.0 上，G0055.0对 应 加 工 程 序 里 的 #1008， 当 G0055.0 置 1后#1008 也就置 1 了，如图 10 所示。然后在换刀子程序中将 M19 替换为“IF[#1008EQ1]GOTO6;M19;N6;”，当主轴上为车刀时，程序将跳过 M19。
图 9 判断刀具是否为车刀的程序
图 10 G0055.0 对应加工程序里的 #1008
假如主轴当前刀号为车刀，但是车刀被人为卸走后，此时车刀确认信号为 0，则主轴现在的停止位置有可能因人为转动而没有在准停位置上。因此在执行换刀动作时，主轴定向指令会被跳过，刀柄就有和主轴碰撞的可能，从而导致机床故障，所以在这种情况下做用户报警 : “EX1047请将车刀装回主轴后，再执行换刀程序”，从而避免不必要的故障发生。
当一切准备就绪以后，在加工程序中添加G33IP_F_（F 是纵轴方向导程），就可以进行等导程的圆柱螺纹切削。
4. 结束语
通过对配置 FANUC 系统的加工中心机床实现铣车复合功能的应用，避免了多次装夹工件，满足了加工工艺的要求，可以提高加工效率、降低成本且提高精度，适应各种不同类型零件的加工求，是现代机械制造领域中非常重要的技术之一。实际应用领域非常广泛，可以在许多行业中发挥重要作用。
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