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機(jī)床系統(tǒng)高精度振蕩在車床上實(shí)現(xiàn)斷屑功能的應(yīng)用

發(fā)布日期:2022-05-18 11:43:43  點(diǎn)擊次數(shù):6510

0 引言

  

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,引發(fā)刀具破損,甚至影響工人安全。而在自動化過程中更是希望在手抓取工件的時候沒有切屑干擾。所以車削斷屑為加工過程中的一個重要要求。


通常解決車削斷屑的方法是采用斷屑槽刀片或者高壓冷卻等,但是由于各種原因,并不能達(dá)到良好的效果。所以根據(jù)車削斷屑的理論依據(jù),靈活地結(jié)合了可以使機(jī)床軸進(jìn)行循環(huán)往復(fù)振動動作的功能高精度往返控制,以及可以使機(jī)床不同軸移動命令疊加的柔性同步控制功能,則可以實(shí)現(xiàn)車床斷屑的功能。


根據(jù)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切深而避免長條形的切屑產(chǎn)生,所以均有斷屑的效果。具體使用哪種方式需要結(jié)合工藝進(jìn)行考慮。

  

1、功能調(diào)試設(shè)置

  

利用柔性同步及高精度往返控制兩個功能進(jìn)行車床斷屑的原理是首先設(shè)置一個虛設(shè)軸,然后使虛設(shè)軸進(jìn)行高精度往返振蕩,此時使實(shí)際需要振蕩的軸同虛設(shè)軸進(jìn)行柔性同步,從而使實(shí)際軸的動作為程序指令動作疊加振蕩動作,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)伺服軸根據(jù)程序指令運(yùn)動的同時進(jìn)行一定幅度及速度振蕩動作的目的。


    1.1 虛設(shè)軸的設(shè)置

  

因?yàn)樽罱K需要將高精度振蕩動作疊加在實(shí)際的軸移動中,所以一個虛設(shè)的軸是必須的。基本設(shè)置可以按照表1進(jìn)行,其中特別需要注意的為虛設(shè)軸需要將返回參考點(diǎn)動作取消,同時對應(yīng)的速度信號需要進(jìn)行設(shè)置,表1中虛設(shè)軸設(shè)置為A軸。


表1 虛設(shè)軸初始化

 

 

     1.2 高精度往返控制設(shè)定

  

對于虛設(shè)軸進(jìn)行高精度往返控制的相關(guān)設(shè)定,因?yàn)槠錇檫x項(xiàng)功能,首先需要確認(rèn)其具有對應(yīng)的選項(xiàng)功能。以0i-F TYPE1為例,其訂貨號為A02B-0339-R662,診斷位為1263#7。如果系統(tǒng)為31i-B系統(tǒng),其訂貨號為A02B-0327-R662,診斷位為1232#5。假定第三軸為虛設(shè)軸,需要設(shè)置的參數(shù)如表2所示。


表2 高精度往返控制設(shè)置



車削斷屑過程中重點(diǎn)調(diào)整的參數(shù)為參數(shù)8373及參數(shù)8374,8373決定了振蕩的幅度,8374決定振蕩的速度。一般準(zhǔn)則為機(jī)床慣量越大,振動幅度越大,振蕩速度越低。如果機(jī)床慣量較小則可以設(shè)置較小的振動幅度和較快的振蕩速度??紤]到機(jī)械承受能力,8373推薦設(shè)置范圍為0.1~0.8,8374推薦設(shè)置范圍為100~600,,可以根據(jù)實(shí)際機(jī)械情況進(jìn)行調(diào)整。


另外高精度振蕩功能調(diào)試除了參數(shù)設(shè)置之外,還需要對梯形圖做對應(yīng)處理才可以實(shí)現(xiàn)其動作。主要處理下列兩個信號可以實(shí)現(xiàn)具體的動作。CHPST<Gn051.6>往返控制開始信號,在本例中執(zhí)行M13,CHPST <Gn051.6 > 為 “1”;在 本 例 中 執(zhí) 行 M14,CHPST<Gn051.6>為“0”。此信號為輸入信號,其為1為開始往返控制動作,其為0為在往返控制中時停止往返控制動作。*CHLD<Gn051.7>往返控制保持信號此信號為輸入信號,其為1則可以開始往返控制動作,其為0則無法開始往返控制。


其作用類似于*SP進(jìn)給保持信號。所以常用的信號處理方法為保持G51.7信號常1,在本例中G51.7信號按常1處理,通過G51.6信號控制往返控制的開始于結(jié)束即可。如果參數(shù)及梯形圖處理正確,往返控制開始時如果屏幕上顯示振蕩軸坐標(biāo),其坐標(biāo)數(shù)值會以設(shè)定的幅值及速度進(jìn)行周期性變化,可以以此確認(rèn)高精度往返控制是否調(diào)試成功。


     1.3 柔性同步控制設(shè)置

  

 柔性同步控制在車削斷屑中的重要目的為將虛設(shè)軸的振蕩動作與伺服軸的正常指令進(jìn)行疊加,從而實(shí)現(xiàn)斷屑的效果。控制中以虛設(shè)軸A軸作為其主動軸,需要進(jìn)行振蕩的伺服軸設(shè)置為從動軸,最多可以設(shè)置4組。柔性同步控制同樣為選項(xiàng)功能,0i-TF中訂貨號為A02B-0339-S709,診斷號為1292#0。31i B系統(tǒng)訂貨號為A02B-0327-S709,診斷號為1268#1。下面設(shè)置以標(biāo)準(zhǔn)車床為例,設(shè)置兩組振蕩軸,其設(shè)置如表3所示。


表3 柔性同步控制設(shè)置

 

 


柔性同步控制同樣需要對應(yīng)的梯形圖處理步驟,一般為M代碼進(jìn)行對應(yīng)柔性同步軸的開啟及關(guān)閉,主要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(guān)閉。在本例中執(zhí)行M15,MTA<Gn197.0>為“1”;在本例中執(zhí)行M16,MTA<Gn197.0>為“0”。


MTB<Gn197.1>B組柔性同步信號 。在本例中執(zhí)行M54,MTA<Gn197.1>為“1”;在本例中執(zhí)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(guān)閉。同時對應(yīng)的M代碼數(shù)值需要設(shè)置到參數(shù)中。并且高精度往返控制以及柔性同步的開關(guān)順序?yàn)椋捍蜷_柔性同步→打開高精振蕩→加工動作→關(guān)閉高精振蕩→關(guān)閉柔性同步。


請務(wù)必以此種順序進(jìn)行整體控制的開啟及關(guān)閉順序,負(fù)責(zé)會導(dǎo)致控制軸位置停止再振蕩范圍中的隨機(jī)位置,造成加工問題,請注意此點(diǎn)。


2 、斷屑功能編制加工程序樣例(高精度往返控制及柔性同步控制)

  

在實(shí)際的控制中,8373推薦設(shè)置范圍為0.1~0.8;8374推薦設(shè)置范圍為100~600,可以根據(jù)實(shí)際機(jī)械情況進(jìn)行調(diào)整。

  

在本例中8373設(shè)置0.2;8374設(shè)置為300。


車工進(jìn)行對應(yīng)加工性能的調(diào)試,需要進(jìn)入到參數(shù)畫面中修改參數(shù)。(8373設(shè)置振幅;8374設(shè)置振蕩速度),具體加工程序編寫,見下面例子:


     


3 、斷屑調(diào)試方法

  

在高精度往返控制及柔性同步控制功能調(diào)試完畢之后,開啟對應(yīng)的功能可以看到機(jī)床對應(yīng)的振蕩軸開始疊加振蕩動作,為了方便描述,下面統(tǒng)稱此種狀態(tài)為開啟振蕩動作。


同時可以對于振蕩軸進(jìn)行正常的程序或者手動指令,其移動量為指令量疊加高精振蕩的振蕩量。疊加了振蕩指令的動作可以理解為在正常指令的基礎(chǔ)上疊加了周期性的循環(huán)動作,從而可以造成切削表面的深淺出現(xiàn)變化,從而實(shí)現(xiàn)車削過程中的斷屑動作。同時也可以容易地推論出,此種動作一定會造成車削表面的粗糙度變化,所以此種動作最為適用于粗加工中。同時因?yàn)槠洳挥绊戄S的正常指令,所以其應(yīng)用在直線、斜線、圓弧及各種車削循環(huán)中都可以起到作用,使用極為方便。

  

一般車削的過程中主要調(diào)整的參數(shù)為振蕩的幅度8373參數(shù)及振蕩的速度8374參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)有的調(diào)試經(jīng)驗(yàn),一般參數(shù)的設(shè)置范圍同機(jī)型大小有比較強(qiáng)的關(guān)系,下面通過表4推薦一些適用于不同機(jī)床大小的設(shè)置范圍以方便快速的調(diào)試工作。

  

可以根據(jù)現(xiàn)場的斷屑情況及加工效果進(jìn)行靈活的調(diào)整,表中僅僅推薦為一個適用的范圍。


表4 不同機(jī)型推薦參數(shù)范圍


   


表 4數(shù)值僅為推薦數(shù)值,如果在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)對應(yīng)的數(shù)值不能滿足加工要求或者對機(jī)械沖擊過大,則需要對應(yīng)的調(diào)整振幅及振蕩速度。慣量越小則可以設(shè)置更小的振蕩幅度及更高的振蕩速度,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(jù)不同的工件及條件機(jī)型對應(yīng)的調(diào)整。


為此種加工斷屑方式會造成加工表面的粗糙度變高,所以在要求最終加工效果的精加工中不適用于采用振蕩斷屑動作。但是可以通過在粗加工中留有對應(yīng)的余量,使最后精加工需要切削的余量為波浪形,從而也實(shí)現(xiàn)斷屑的加工效果。可以通過調(diào)整粗加工剩余的余量和經(jīng)加工的位置實(shí)現(xiàn)粗加工過程中斷屑,精加工保證表面粗糙度。


同時如果調(diào)整合適,可以實(shí)現(xiàn)粗加工剩余余量在精加工過程中同時實(shí)現(xiàn)斷屑及最終加工表面的質(zhì)量。根據(jù)加工經(jīng)驗(yàn),如果工件表面較為平滑,則可以在整體加工中設(shè)置統(tǒng)一的振蕩幅度及速度,最終的精加工過程中去除一般可以保證斷屑。如果加工過程中工件表面變化較為明顯,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蕩速度以保證最終的加工余量可以斷屑。具體工件需要通過工藝分析進(jìn)行加工,變量較多,如果需要達(dá)到理想的效果需要精細(xì)的調(diào)整工作。


(a)粗加工中留有波浪形余量


b) 精加工中去除波浪形余量實(shí)現(xiàn)斷屑

  

圖1 粗加工余量及精加工示意圖


4 、結(jié)論

經(jīng)過上面的分析,通過高精度往返控制及柔性同步控制結(jié)合實(shí)現(xiàn)車床斷屑的方案較為適用于粗加工的過程中,同時在小型車床上可以取得更為良好的加工效果。最終的精加工可以通過與粗加工余量的良好調(diào)整同時達(dá)到斷屑和保證加工結(jié)果的目標(biāo)。此種加工因?yàn)閺脑砩媳WC了不會出現(xiàn)長條形的切屑,所以可以實(shí)現(xiàn)完全的斷屑效果,加工過程中斷屑極為穩(wěn)定。同時會造成機(jī)械負(fù)載增大,對于聯(lián)軸器、絲杠及電動機(jī)都存在不利的影響,所以在機(jī)床設(shè)計(jì)階段就需要注意此點(diǎn)。

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