機床係統高精度振（zhèn）蕩在（zài）車床上實現（xiàn）斷屑功能的應用

0 引言（yán）

車床加工中長條帶狀切屑會纏繞在工件或刀具上刮傷工件，引（yǐn）發刀具破損，甚至影響工人安全。而在自動化過（guò）程中更是希望在手抓取工件的時（shí）候（hòu）沒有切（qiē）屑（xiè）幹擾。所以車（chē）削斷屑為加工過程中的一個重要（yào）要求。

通常解決（jué）車削斷屑的方法是采用斷（duàn）屑槽刀片或者高（gāo）壓（yā）冷卻等，但是由於各種原因，並不能達到良好的效果。所以根據車削斷屑的理論依據，靈活地結合了（le）可以使機（jī）床軸進行循環往複振動動作的功能高精度往返控（kòng）製，以（yǐ）及可（kě）以使機床不同（tóng）軸移動命令疊加的柔性（xìng）同步控製功能，則可以實現（xiàn）車床斷屑（xiè）的功能。

根據軸振動方向的不同，可以分為X軸振動以及Z軸振動兩種斷屑方式，此兩種方式均可以通過不同的（de）切深而避免長條形的切屑（xiè）產生（shēng），所以均有斷屑的效果。具體使用哪（nǎ）種（zhǒng）方式需要結合工藝（yì）進行（háng）考慮。

1、功能調試設置

利用柔性（xìng）同步及高精度往返控製（zhì）兩個功能進（jìn）行車床斷屑的（de）原理是首先設置一個虛設軸，然後使虛設軸（zhóu）進行高精度往返（fǎn）振蕩，此（cǐ）時使實際需要振蕩的軸同（tóng）虛設軸進行柔性同步，從而使實際軸（zhóu）的動作為程序指令動作疊加振蕩動（dòng）作，進而實（shí）現伺服軸根據程序指令運動的同時（shí）進行一定幅度及速度振蕩動作的目的。

    1.1 虛設軸的設置

因為最終需要將高精度振蕩動作疊加（jiā）在實際的軸移動中，所以一個虛設的軸是必須（xū）的。基（jī）本設置可以按照表1進行，其中特別（bié）需要注意的為虛設軸需要將返回參考點動（dòng）作（zuò）取消，同時對應的速度信號需要進行設置，表（biǎo）1中虛設軸設置（zhì）為A軸。

表1 虛設軸初始化

     1.2 高精度往返控製設定

對於虛（xū）設軸進行（háng）高精度往返控製的相關設定，因為其為選（xuǎn）項功能，首先需要確認其具有對應的選項功能。以0i-F TYPE1為例（lì），其訂貨號為A02B-0339-R662，診（zhěn）斷位（wèi）為1263#7。如果係統為31i-B係統，其訂貨號為A02B-0327-R662，診斷位為1232#5。假定第三軸為虛設軸（zhóu），需要設置的參數如表2所示。

表2 高精度往返控製設置

車削斷屑過程中重（chóng）點調整的參數為參數（shù）8373及參數8374，8373決定了振蕩的幅度，8374決定（dìng）振蕩的速度。一般準則為機床慣量越大，振動幅度越（yuè）大（dà），振蕩（dàng）速度越低（dī）。如果機床慣量較小則可以設置較小（xiǎo）的振動幅度和較快的振蕩速度（dù）。考慮到機械承受能力，8373推薦設置範圍為0.1~0.8,8374推薦設（shè）置範圍為100~600，，可以根據（jù）實際機械情況進行調整。

另外高精度振蕩功能調試除（chú）了參數設置之（zhī）外，還需要對（duì）梯形（xíng）圖做對應處理才可以實現其動作。主要處理下列兩個信（xìn）號可以實現具體的動作。CHPST<Gn051.6>往返控製開（kāi）始信號，在本例中執行M13，CHPST <Gn051.6 > 為（wéi） “1”；在 本 例 中 執 行 M14，CHPST<Gn051.6>為“0”。此信號為輸入信號，其為1為開始往返控製動作（zuò），其（qí）為0為在往返控（kòng）製中時停止往返控製動作。*CHLD<Gn051.7>往返（fǎn）控製保持信號此信號為（wéi）輸入信（xìn）號，其為1則可以開始往返控製動（dòng）作，其為0則無法開始（shǐ）往返控製。

其作用類似於*SP進給保持信號。所以常用的信號處理方（fāng）法為保持（chí）G51.7信號常1，在本例中G51.7信（xìn）號（hào）按常1處理，通過G51.6信號（hào）控製往返控製的開始於（yú）結束即可。如果參數及（jí）梯形圖處理正確，往返控製開始時如（rú）果屏幕上顯示振蕩軸坐（zuò）標，其坐標數（shù）值會以設定的幅值及速度進（jìn）行周期性變化，可以以此確認高精度往返控製是否調（diào）試成功（gōng）。

     1.3 柔性同步控製設置

 柔性同步控製在車削斷屑中的重要目的為（wéi）將虛（xū）設軸的振蕩動作與伺服軸的（de）正常指令進行疊加，從而（ér）實現斷屑的效果。控製（zhì）中以虛設（shè）軸A軸作為其主動軸，需要進行振蕩的伺服軸設置為從動軸，最（zuì）多可（kě）以設置4組。柔性同步控製同樣為（wéi）選項功能（néng），0i-TF中訂貨號為A02B-0339-S709，診斷號為1292#0。31i B係統訂貨號為A02B-0327-S709，診斷號為1268#1。下麵設置（zhì）以標準車床為例，設置兩組振蕩（dàng）軸，其設置如表3所示。

表3 柔（róu）性同步控製設置

柔性同步控製同樣需要對應的梯形圖處理步驟，一般為M代碼進行對（duì）應柔性同（tóng）步軸（zhóu）的開啟及關閉，主要（yào）需要處理的信號如下：MTA<Gn197.0>A組柔性同步信號此信號為輸入信號，其為1時柔性同步開啟，其為0

時柔性同步關閉。在本例中執（zhí）行M15，MTA<Gn197.0>為“1”；在本（běn）例中執（zhí）行M16，MTA<Gn197.0>為“0”。

MTB<Gn197.1>B組柔性同步（bù）信（xìn）號 。在本例（lì）中執行M54，MTA<Gn197.1>為“1”；在本例中執行M55，MTA<Gn197.1>為（wéi）“0”。此（cǐ）信號為輸入信號，其為1時柔性同步開啟，其（qí）為0時柔性同（tóng）步關閉。同時對應的M代碼數值需要設置到參數中。並（bìng）且高精（jīng）度往返控製以及柔性同步的開關順序為（wéi）：打開柔性同步→打開高精振蕩→加工動作→關閉高精振蕩→關閉柔性同步（bù）。

請務必以此（cǐ）種順序進行整體控製的（de）開啟及關（guān）閉順序，負責會導（dǎo）致控製軸位置停止再振蕩（dàng）範（fàn）圍中的隨機位置，造成加（jiā）工問題，請注意此點。

2 、斷屑（xiè）功能編製加工程（chéng）序樣（yàng）例（高精度往返控製及柔性同步控製）

在（zài）實際的控製中，8373推薦設置範（fàn）圍為0.1~0.8；8374推薦設置範圍為100~600，可以根（gēn）據實際（jì）機械情況進行調整（zhěng）。

在本例中8373設置0.2；8374設（shè）置為300。

車工進行對應加工性能的調試，需要進入到參數畫麵中（zhōng）修改參數。（8373設置（zhì）振（zhèn）幅；8374設置振蕩速度），具體加工程序（xù）編寫，見下麵例子：

3 、斷屑調試方法

在高精（jīng）度往返控製及柔性同步控製功能（néng）調試完畢之後，開啟對應的功能可以看到（dào）機床對應的振蕩軸開始疊加振蕩動作，為了方便描述（shù），下麵統稱此種（zhǒng）狀態為開啟（qǐ）振蕩動作。

同時可以對於振蕩軸進行正常的程序或者手動指令，其移動量（liàng）為指令量疊加高精振蕩的（de）振蕩量。疊加了振蕩指令的動作可以理解為在正常指令的基礎上疊加了周期性的循環動作，從而可以造成切削表麵（miàn）的深淺出現變化，從而實現車削過程中的斷屑動作。同時也可以容易地推論出，此種動作一定會（huì）造（zào）成車削表麵（miàn）的粗糙度變化，所以此種動作最為適用（yòng）於粗加工中。同時因為其不影響軸的正常指令，所以其應用在直線、斜線、圓弧及各種車削循環中都可以起到作用，使用極為方便。

一般車（chē）削的（de）過程中主要調整的（de）參數為振蕩的幅度8373參數及振蕩的（de）速（sù）度8374參數。根（gēn）據（jù）現有的調試經驗，一般參數的設置範圍同機型大小有比較（jiào）強的（de）關係，下麵通過表4推薦一些適用於不同機床大小的設置範圍（wéi）以方便快速的調試工作。

可以根據現場的斷屑情況及加工效果進行靈活的調整，表中僅僅（jǐn）推薦為一個適用的範圍（wéi）。

表4 不同機型推薦（jiàn）參數範圍

表 4數值僅為推（tuī）薦數值，如果在實際（jì）使用中發現對應的數值（zhí）不能滿足加工要求或者對（duì）機械衝擊（jī）過大（dà），則需要對應（yīng）的調整振幅及振蕩速度（dù）。慣量越小（xiǎo）則可以設置更小的振蕩幅度及更高的振蕩（dàng）速（sù）度，慣量越大則需要增大振蕩幅度及減小振蕩速度（dù）。同時可（kě）以根（gēn）據不同（tóng）的工件及（jí）條（tiáo）件機型對應的調（diào）整。

為此種加工斷屑方式會造成加工表麵的粗糙度變高，所以在（zài）要（yào）求最終加工（gōng）效果（guǒ）的精加工中不適用於采用振蕩（dàng）斷屑動作。但是可以通過在粗加（jiā）工中留（liú）有對應的餘量，使最後（hòu）精加工需要切削的餘（yú）量為波浪形，從而也實現斷屑的加工效果。可以通（tōng）過調整粗加（jiā）工剩餘的餘量和經加工的位置（zhì）實現粗加工過（guò）程中斷屑，精加工保證表麵粗糙（cāo）度。

同時如果調整合適，可（kě）以實現粗（cū）加工剩餘餘量（liàng）在精加工過程中同時實現斷（duàn）屑（xiè）及最終加工表麵的質（zhì）量。根據加工經驗，如果工件表麵較為平滑，則可以在整體加工中設（shè）置統一的（de）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（duàn）屑。如果加工過程（chéng）中工件（jiàn）表麵變化較為明顯，則可（kě）能（néng）需要（yào）在加工過程中調整不同的（de）加工振蕩幅度及振蕩速度以保證最終的加工餘量可以（yǐ）斷屑。具體工件需要通過工藝分（fèn）析進行加工，變量較多，如果需要達到理想的效果需要精細的調（diào）整工作。

（a）粗加（jiā）工中留有波（bō）浪（làng）形餘量

b） 精加（jiā）工中去除波浪形餘量（liàng）實（shí）現斷（duàn）屑

圖1 粗加工餘量（liàng）及精加（jiā）工示意圖

4 、結論

經過上麵的分析，通過高精（jīng）度往（wǎng）返控製及柔性同步控製結合實現車床斷屑的（de）方案較為適用於粗加工的過程中，同時在小型車床上可以取得更為良好的加（jiā）工效果。最終的精加工可以通過與粗加工（gōng）餘量（liàng）的良（liáng）好（hǎo）調整（zhěng）同時達到斷屑和保證加工結果（guǒ）的目標。此種加（jiā）工因為從原理上（shàng）保證了不會出現長條形的切屑，所以可以實現完全的斷屑效（xiào）果，加工過程中斷屑極為穩定。同（tóng）時會造成機械負載增大，對於聯（lián）軸器、絲杠及（jí）電動機都存在不利的影響，所以在機床設計階段就需（xū）要注意此點。

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