馮星

（寶雞機(jī)床集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721000）

1 FANUC數(shù)控系統(tǒng)傾斜軸功能介紹

FANUC數(shù)控系統(tǒng)傾斜軸功能是這樣一種功能，在如圖1所示，實(shí)際Y1軸與X軸非90°的角度安裝時(shí)，可以虛擬出一個(gè)垂直于X軸的Y軸，根據(jù)傾斜角度對(duì)沿各軸的移動(dòng)量進(jìn)行控制。

以圖1中的Y軸為例，在機(jī)床中并不從在實(shí)際的Y軸（垂直于X軸），但是卻可以通過X軸和Y1軸合成一個(gè)虛擬的Y軸，以完成和實(shí)際Y軸一樣的加工。這樣做的目的可以使機(jī)床增加銑削等功能外，還可節(jié)省機(jī)床空間，在緊湊型的車銑復(fù)合中心中應(yīng)用較多，并使機(jī)床賦予了更多樣的功能和加工能力，應(yīng)用越來越廣泛。

圖1 傾斜軸示例（X軸和傾斜軸Y1夾角為30°）

軸X、軸Y的移動(dòng)是FANUC數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)軸X和軸Y1的傾斜角度進(jìn)行控制的。在機(jī)械坐標(biāo)中顯示的是傾斜坐標(biāo)系的值。在絕對(duì)坐標(biāo)中顯示的是笛卡爾坐標(biāo)系的值。因?yàn)槌绦蚩刂频氖墙^對(duì)坐標(biāo)，所以在笛卡爾坐標(biāo)下編制的程序可以按照預(yù)定路線進(jìn)行控制，這與不采用傾斜軸控制的程序路線是一致的。

此時(shí)稱與假想軸（第三軸）正交的軸為正交軸，傾斜于正交軸的軸稱為傾斜軸。在FANUC系統(tǒng)中，可以通過參數(shù)對(duì)傾斜軸和正交軸進(jìn)行分配和設(shè)置[1]，此時(shí)設(shè)置正交軸為X軸，傾斜軸為Y1軸。

在分配和設(shè)置時(shí)主要要注意傾斜角度的設(shè)置，以圖1為例，雖然夾角為30°，但是根據(jù)參數(shù)的分配，有可能需要設(shè)置為-60°，在設(shè)置時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行模擬，設(shè)置好后還要進(jìn)行實(shí)際的驗(yàn)證，在一些加工精度控制不是很好的場(chǎng)合，還需要對(duì)實(shí)際角度進(jìn)行不斷的調(diào)整，使虛擬的Y軸盡可能達(dá)到理想狀態(tài)。

在軸移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)則根據(jù)實(shí)際的傾斜角度控制各軸的移動(dòng)，在機(jī)械坐標(biāo)中顯示的是傾斜坐標(biāo)系的值。在絕對(duì)坐標(biāo)中顯示的是笛卡爾坐標(biāo)系的值。因?yàn)槌绦蚩刂频氖墙^對(duì)坐標(biāo)，所以在笛卡爾坐標(biāo)下編制的程序可以按照預(yù)定路線進(jìn)行控制，這與不采用傾斜軸控制的程序路線是一致的。這時(shí)使用的坐標(biāo)系也稱為編程坐標(biāo)系，如圖2所示。

圖2 傾斜軸、正交軸和假想軸及編程坐標(biāo)系與機(jī)械坐標(biāo)系示意圖

在操作者使用時(shí)則不需要考慮是否是傾斜軸還是實(shí)際軸，只需要按照操作常規(guī)Y軸的方式進(jìn)行操作，相同工件加工程序也可以在具有傾斜軸功能的機(jī)床上使用，而不需要做非常特殊的處理。但需要注意的是，在使用和成軸加工時(shí)，得首先確定是否是合成狀態(tài)，以避免發(fā)生不必要的誤操作，機(jī)床制作廠家也可以做出醒目的狀態(tài)提示或互鎖條件，以避免誤操作。

在默認(rèn)情況下，機(jī)床的移動(dòng)按照笛卡爾坐標(biāo)系的路徑移動(dòng)?？梢栽诔绦蛑兄付C(jī)械坐標(biāo)系或者信號(hào)G63.5 置1時(shí)，采用傾斜坐標(biāo)系的路徑進(jìn)行移動(dòng)，但是一般調(diào)試為笛卡爾坐標(biāo)系的路徑移動(dòng)，如圖3所示。

圖3 路徑移動(dòng)

在通電后一次也沒有執(zhí)行手動(dòng)返回參考點(diǎn)操作的情況下，執(zhí)行手動(dòng)返回參考點(diǎn)操作，且須先按傾斜軸后正交軸的順序返回參考點(diǎn)。不能先返回正交軸再返回傾斜軸或者同時(shí)返回，否則機(jī)床報(bào)錯(cuò)。返回參考點(diǎn)的路徑，可以通過參數(shù)8200#2來選擇是按笛卡爾坐標(biāo)系的路徑返回還是按照傾斜軸的路徑返回。

該功能為選配功能，在診斷1270#0中可以得知機(jī)床是否有傾斜軸控制功能。

2 信號(hào)及參數(shù)說明（如表1）

表1 信號(hào)及參數(shù)說明

3 測(cè)試驗(yàn)證過程

1）自動(dòng)返回參考點(diǎn)（使用G28）；返回到設(shè)計(jì)的機(jī)械參考點(diǎn)，涉及到的參數(shù)為1240#。

自動(dòng)返回參考點(diǎn)（G30）。返回到設(shè)計(jì)的第二機(jī)械參考點(diǎn)，涉及到的參數(shù)為1241#（第二參考點(diǎn)是在第一參考點(diǎn)基礎(chǔ)上建立起來的，如果第一參考點(diǎn)的位置發(fā)生變化，第二參考點(diǎn)也會(huì)隨之變化）。

例如：在點(diǎn)（200，100）處執(zhí)行：G91G28Y0；G28X0；其中Y是傾斜軸，角度為30°。

當(dāng)8200#2置0時(shí)，機(jī)床按笛卡爾坐標(biāo)系的路徑進(jìn)行移動(dòng)，如圖4所示。

圖4 按照笛卡爾坐標(biāo)系的路徑返回原點(diǎn)

P1點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)為（0，100.000），機(jī)械坐標(biāo)為（57.735，115.4 70）。

當(dāng)8200#2 置1時(shí)，機(jī)床按傾斜坐標(biāo)系的路徑進(jìn)行移動(dòng)，如圖5所示。

圖5 按照傾斜坐標(biāo)系的路徑返回原點(diǎn)

P1點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)為（0，100.000），機(jī)械坐標(biāo)為（0，115.470）。

2）選擇機(jī)械坐標(biāo)系（G53）[4]；選擇機(jī)械坐標(biāo)系后，機(jī)床的移動(dòng)按照傾斜坐標(biāo)系的路徑進(jìn)行移動(dòng)，與G63.5信號(hào)的接通與否無關(guān)，并且程序中這一點(diǎn)的坐標(biāo)為傾斜坐標(biāo)系 的 坐標(biāo)，如圖6所示。

圖6 按照傾斜坐標(biāo)系的路徑移動(dòng)

例如：G90 G53 G00 Y100;G53 G00 X200[2];

P1絕 對(duì) 坐 標(biāo) 為（-50.000，86.863），機(jī) 械 坐 標(biāo) 為（0，100.000）。

P2絕對(duì)坐標(biāo)為（150.000，86.863），機(jī)械坐標(biāo)為（200.000，100.000）。

3）快速進(jìn)給與切削進(jìn)給。

程序中的坐標(biāo)為絕對(duì)坐標(biāo)，根據(jù)G63.5的接通與否按照笛卡爾坐標(biāo)系移動(dòng)或者按照機(jī)械坐標(biāo)系移動(dòng)，如圖7所示。

圖7 按照笛卡爾坐標(biāo)系的路徑移動(dòng)

例如：G90 G00 Y100; G90 G00 X200；

當(dāng)G63.5=0時(shí)，按照笛卡爾坐標(biāo)系移動(dòng)。

P1絕對(duì)坐標(biāo)為（0，100.000），機(jī)械坐標(biāo)為（57.735，115.470）。

P2絕對(duì)坐標(biāo)為（200.000，100.000）機(jī)械坐標(biāo)為（257.735，115.470）。

當(dāng)G63.5=1時(shí)，按照傾斜坐標(biāo)系移動(dòng)，如圖8所示。

圖8 按照傾斜坐標(biāo)系的路徑移動(dòng)

P1絕對(duì)坐標(biāo)為（0，100.000），機(jī)械坐標(biāo)為（0，115.470）。

P2絕對(duì)坐標(biāo)為（200.000，100.000），機(jī)械坐標(biāo)為（200，115.470）。

4 Y軸零點(diǎn)設(shè)定及驗(yàn)證

Y軸零點(diǎn)的準(zhǔn)確設(shè)置非常關(guān)鍵。由于Y軸是X軸和Y1軸的合成軸，Y軸的零點(diǎn)也是X軸和Y1軸的零點(diǎn)合成后的位置。所以首先在機(jī)械調(diào)整時(shí)得保證實(shí)際X軸和Y1軸的精度。又由于合成后的Y軸是垂直于X軸的，也就是說Y軸可以在X軸位于任意點(diǎn)合成出（Xm,Y0）坐標(biāo)（m為任意值），所以找這個(gè)X0就比較關(guān)鍵。

一般車銑加工中心要求在（X0,Y0）坐標(biāo)時(shí)，鏜刀座中心孔和主軸中心孔相對(duì)于水平在一條線上。所以需先通過檢具確認(rèn)出Y軸零點(diǎn)，使機(jī)床Y軸為0時(shí)，鏜刀中心孔和主軸中心孔重合，然后將此位置的X軸設(shè)為零點(diǎn)，或者記錄下此處X的位置，在遠(yuǎn)離此處的位置設(shè)置X軸參考點(diǎn)，但是得設(shè)置參考點(diǎn)的回零坐標(biāo)，以保證坐標(biāo)值為（X0,Y0）時(shí)鏜刀座中心孔和主軸中心孔相對(duì)于水平在一條線上。設(shè)置好（X0,Y0）后，還可以對(duì)設(shè)置的準(zhǔn)確度進(jìn)行驗(yàn)證，可以利用分度圓等加工的方式再結(jié)合三坐標(biāo)檢測(cè)的方式進(jìn)行驗(yàn)證，如有細(xì)微偏差可以通過重新設(shè)定零點(diǎn)或坐標(biāo)原點(diǎn)偏置等方法再進(jìn)行調(diào)整，直到達(dá)到精度要求。

5 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及圓度優(yōu)化。

在批量制造時(shí)，難免會(huì)發(fā)生同型號(hào)機(jī)床之間的運(yùn)動(dòng)參數(shù)存在差異等現(xiàn)象，而由此會(huì)因機(jī)床與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)不匹配而出現(xiàn)異常情況，此時(shí)一般可以從以下角度來分析和調(diào)整。

虛擬Y軸的移動(dòng)是由實(shí)際X、Y軸的移動(dòng)合成，在啟動(dòng)、停止時(shí)X、Y軸加減速時(shí)間等不匹配會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這樣在激光測(cè)量虛擬Y軸定位精度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的偏差，通過對(duì)實(shí)際X、Y軸的1620#（每個(gè)軸的快速移動(dòng)直線加/減速的時(shí)間常數(shù)T），1622# (每個(gè)軸的切削進(jìn)給加/減速時(shí)間常數(shù))等參數(shù)優(yōu)化設(shè)定，虛擬Y軸移動(dòng)正常，激光測(cè)量虛擬Y軸定位精度為5 μm。

通過圓度的優(yōu)化，可以反映出傾斜軸合成后的加工效果，也就是說利用X軸和合成的Y軸加工出圓形，通過這個(gè)圓形來判斷合成效果并針對(duì)性地調(diào)整。而此調(diào)整主要包含圓度、大小及象限的調(diào)整，可以利用FANUC專用軟件SERVO GUIDE調(diào)整。通過專用軟件機(jī)床進(jìn)行圓度模擬，在生成的圖形上進(jìn)行分析計(jì)算，逐漸調(diào)整相關(guān)參數(shù)，可以起到很好的效果。

6 結(jié)語

車削中心是在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于其在一次性裝夾下可以完成更多工序的加工，因此和常見的數(shù)控車床相比，具有更全面和復(fù)雜的加工能力，因而具有X、Z、C軸的車削中心迄今仍是工業(yè)生產(chǎn)中用得最多的回轉(zhuǎn)體件復(fù)合加工機(jī)床，在車削中心上再進(jìn)行升級(jí)改造可以更充分地挖掘其加工能力和使用領(lǐng)域。比如，在車削中心上增加一個(gè)與X軸非90°的軸，通過應(yīng)用FANUC數(shù)控系統(tǒng)的傾斜軸功能，不僅機(jī)床空間基本不變，而且可以很容易使車削中心變成了車削中心+小型立式加工中心，也就是具有了X、Z、Y、C軸，增強(qiáng)了機(jī)床的銑、鉆能力，一次裝夾，可以實(shí)現(xiàn)小型零件的車削、銑削整體加工，拓寬了車削中心機(jī)床的適用范圍。通過本文的介紹，可以為在使用傾斜軸功能時(shí)的調(diào)試和問題處理提供借鑒，具有很好的參考價(jià)值。