機床係統高精度振蕩在車床上實現斷屑功能的應用

0 引言

車床（chuáng）加工中長（zhǎng）條帶狀切屑會纏繞在工（gōng）件（jiàn）或刀具上（shàng）刮傷工件，引發刀具破損，甚至影響工（gōng）人安全。而在自動化（huà）過程中更是希望在手抓取工件的（de）時候沒有切屑幹擾。所以車（chē）削（xuē）斷屑為加工過程中的（de）一（yī）個重要要求（qiú）。

通常解決車削斷屑的方法是采（cǎi）用斷屑槽刀片或者高壓（yā）冷卻等，但是由於（yú）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，靈活地結合了可以使機床（chuáng）軸進行循環（huán）往複振（zhèn）動動作的功能高精度往返控（kòng）製，以及可以使機床（chuáng）不同軸移動命（mìng）令疊（dié）加的柔性同（tóng）步控製功能，則可以實現車床斷屑（xiè）的功能。

根據（jù）軸振動方向的不同，可以分為X軸振動以（yǐ）及Z軸振動兩種斷屑（xiè）方式，此兩種方（fāng）式均可（kě）以通過不同的切深而避免長條形（xíng）的切屑產生，所以均有斷屑的效果。具體使用哪種方式（shì）需要結合工藝進行考慮。

1、功能調試設置（zhì）

利用柔性同步及高（gāo）精度往返控製兩個功能進行車床斷屑的原理是首先設置一個（gè）虛（xū）設軸（zhóu），然後使虛設軸進（jìn）行高精度往返振蕩，此時使實際需要振蕩的軸同虛設軸進行柔性同步，從而使實際軸的動（dòng）作為程序指令動作疊加（jiā）振蕩動作，進而實現伺服軸根據程（chéng）序指令運動的同時進行一定幅度及速度振蕩動作（zuò）的目的。

    1.1 虛設軸的設置

因為最終（zhōng）需要將高精度振蕩動作疊加在實際的軸移動中，所以一個虛（xū）設的軸是必須的。基本（běn）設置可以按照表1進行（háng），其中特別需（xū）要（yào）注意的（de）為（wéi）虛設軸需要將返回參考點（diǎn）動作取消，同時對應的速（sù）度信號（hào）需要進行設置，表1中虛設軸設置為（wéi）A軸。

表1 虛設軸初（chū）始化

     1.2 高精（jīng）度（dù）往返控（kòng）製（zhì）設定

對於虛設軸（zhóu）進行高精（jīng）度往（wǎng）返（fǎn）控製（zhì）的相關設定，因為其為選項功能，首先需要確認其具有對應的（de）選項功能。以0i-F TYPE1為（wéi）例，其訂貨號為（wéi）A02B-0339-R662，診斷位為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，需要設置的參數如表2所示（shì）。

表2 高精度往返（fǎn）控製設置

車削斷屑過程中重點調（diào）整的參數為（wéi）參數8373及參數（shù）8374，8373決定了振蕩（dàng）的幅度，8374決定振蕩（dàng）的速度（dù）。一般準則為機（jī）床慣量越大，振（zhèn）動幅度越大（dà），振蕩速度越低。如果機床慣（guàn）量較小則可以設置較小的振動幅度和較快的振蕩速度。考慮（lǜ）到機械承受能力，8373推薦設置範圍為（wéi）0.1~0.8,8374推薦設（shè）置範圍為100~600，，可以根據實際機械情（qíng）況進行調整。

另外高精度振蕩功能調試除了（le）參數設置之外，還需要對梯形圖做對（duì）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>往返控製開始信號，在本例中執行M13，CHPST <Gn051.6 > 為 “1”；在 本 例 中（zhōng） 執 行 M14，CHPST<Gn051.6>為（wéi）“0”。此信號為輸入信（xìn）號，其為（wéi）1為（wéi）開始往返（fǎn）控製動作，其為0為在往返控製中（zhōng）時（shí）停止往返控製動作（zuò）。*CHLD<Gn051.7>往返（fǎn）控製保持（chí）信號此信號為輸入信（xìn）號，其（qí）為（wéi）1則可以開（kāi）始往返控製動作，其為（wéi）0則無法開始往返控製。

其作用（yòng）類似於*SP進給保持信號（hào）。所以常用的信（xìn）號處理方法為保持G51.7信號常1，在本例中G51.7信號按常1處理，通（tōng）過G51.6信號控製往返控製的開始於結束即可。如果參數及梯形圖處理正確，往返（fǎn）控製（zhì）開始時如果屏幕上（shàng）顯示振蕩軸坐標，其（qí）坐標（biāo）數值會以設定的幅值及速度進行周期性變化，可以以此確認高精度往返控製是否調試成功。

     1.3 柔性同步控（kòng）製設置

 柔性同步控製在車削斷屑中的（de）重要目（mù）的為將（jiāng）虛設軸的振蕩（dàng）動作與伺服軸的正（zhèng）常指（zhǐ）令進行疊加，從而實現斷屑的效果。控製中（zhōng）以虛設（shè）軸A軸作為其主動軸，需要進（jìn）行振蕩的（de）伺服軸（zhóu）設置為從動軸，最多可以設置4組。柔性同步（bù）控製同樣為選項功能（néng），0i-TF中訂貨號為A02B-0339-S709，診斷號為1292#0。31i B係統（tǒng）訂（dìng）貨（huò）號為A02B-0327-S709，診斷號為1268#1。下麵設置以標準車床為例，設置兩（liǎng）組振（zhèn）蕩軸，其（qí）設置如表3所示。

表3 柔性同步控製設置（zhì）

柔（róu）性同步（bù）控製同樣需要對應的梯形圖處理步（bù）驟，一般為M代（dài）碼進行對應柔性同步軸的開（kāi）啟及關閉，主要需（xū）要處理的信（xìn）號如下：MTA<Gn197.0>A組柔（róu）性同步信（xìn）號此信號為（wéi）輸入信號，其為1時（shí）柔（róu）性同步開啟，其為0

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

MTB<Gn197.1>B組柔性同步信號 。在本例中執行（háng）M54，MTA<Gn197.1>為“1”；在本例中執行M55，MTA<Gn197.1>為“0”。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。同時對應的M代碼數值需要（yào）設置到參數中。並且高精度往返控製以及柔性同步的開（kāi）關順序為：打開柔性同步→打開高精振蕩→加工動作→關閉高精振蕩→關（guān）閉柔（róu）性同步。

請務必以此種順序進行整體（tǐ）控製的開啟（qǐ）及關閉順序，負責會導致控製（zhì）軸位置停止再振蕩範圍中的隨機位置，造成加（jiā）工問（wèn）題，請注意此點。

2 、斷屑功能編製加工程序樣例（lì）（高精度往返控製及（jí）柔性同步控製）

在實際的（de）控製中，8373推（tuī）薦（jiàn）設置範圍為0.1~0.8；8374推薦設置範圍（wéi）為100~600，可以（yǐ）根據實際機械情況進行調整。

在本例（lì）中8373設置0.2；8374設置為300。

車工進行對應加工性能的調試，需要進入到參數畫麵中修改參數。（8373設置振幅；8374設（shè）置（zhì）振蕩速度），具體加工程序編寫，見下麵例（lì）子：

3 、斷屑調試方法

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

同時可以對於振蕩軸進行正常的程序或者手動指令，其（qí）移動量為指（zhǐ）令量疊加高（gāo）精振蕩的振蕩量。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（biǎo）麵的深淺出現變化，從而實現車（chē）削過程中的斷屑動作。同時也可（kě）以容（róng）易地（dì）推論出，此種動作一定會造成車削（xuē）表麵的粗糙度變化，所以此種動作最為適用於粗加工中。同時（shí）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（huán）中都可以起到作用，使用（yòng）極（jí）為方（fāng）便。

一般車削的過程中（zhōng）主要調整的參數為振蕩的幅（fú）度（dù）8373參數及振蕩的速度8374參數。根（gēn）據現有的（de）調試經驗，一般參數的設置範圍同機型大小（xiǎo）有（yǒu）比較強的關係，下麵通過表4推薦一些（xiē）適用於不同機（jī）床大小（xiǎo）的設置範圍以方便快速的調試工作。

可以根據（jù）現場的斷屑情況及加工（gōng）效果進行靈（líng）活的調（diào）整，表中僅僅推薦為一（yī）個適用的範圍。

表4 不同機型推薦參數範圍

表 4數（shù）值僅為推薦數值，如果（guǒ）在實際使用中發現對應的數值（zhí）不能滿（mǎn）足加工要求或（huò）者對機械衝擊過大，則需（xū）要對應的調整振幅及振蕩速度。慣量越小則可（kě）以設置更小的振蕩幅度及更高（gāo）的振（zhèn）蕩速度，慣量越大則需要增大振蕩幅度及減小振蕩速度。同時可以根據不同的工件及條件機型對（duì）應的調整。

為此種加（jiā）工（gōng）斷屑方式會造成加工表麵的粗糙度變高（gāo），所以在要（yào）求最終（zhōng）加（jiā）工效（xiào）果的精加工（gōng）中不適用於采用（yòng）振蕩斷屑動作。但是可以通過在粗加工中留有對應的餘（yú）量，使最後精加工需要切削的餘量為波浪形，從而也（yě）實現斷屑的加工效果。可以通過調整粗加工剩餘的餘量和經加工的位置實現粗加工過程中斷屑，精加工保證表麵粗糙度。

同時如果調整（zhěng）合適，可以實現粗加工剩餘餘量（liàng）在精加工（gōng）過程中同時實現（xiàn）斷屑及最終加工表麵（miàn）的質量。根據加工經驗，如果工件表麵較為平滑，則可以在整體加工（gōng）中設置統一的振蕩幅度及（jí）速度，最終（zhōng）的精加工（gōng）過程中去除（chú）一（yī）般可以保證斷屑。如果加工過程中工件表麵變化較為（wéi）明顯，則可能需要在加工過程中調（diào）整不同的加工振蕩幅度及振（zhèn）蕩速度以保證最終的加工餘量可以斷屑。具體工件需要通過工藝分析進行加工，變量較多，如果需要達到理想的效果需要（yào）精細的調整工作。

（a）粗（cū）加工中留有波浪形（xíng）餘量

b） 精加工中去（qù）除波浪形餘量實現斷屑

圖1 粗加（jiā）工（gōng）餘量及（jí）精加工示意圖

4 、結論

經過上麵的分析（xī），通過高（gāo）精度往返控製及柔性同步（bù）控製結合實現車床斷屑的方案較（jiào）為適用於粗（cū）加工的過程中，同時在小型車床上（shàng）可以取得更為良好的加工效果。最終的精（jīng）加工可以通過與粗加工餘量的良好調（diào）整同時達到斷屑和保證加工結果的目標。此種加（jiā）工（gōng）因為（wéi）從原理上保證了不會出現（xiàn）長條形的（de）切屑，所以可以實現完全的斷屑效果，加（jiā）工過程中斷屑極（jí）為穩定。同時會造成機械負載增大，對於聯軸器、絲杠及（jí）電動（dòng）機（jī）都存在不利（lì）的影（yǐng）響，所以在（zài）機床設計階段就需要注意此點。

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