傳統(tǒng)的立式加工中心通常只有銑削功能，但是對于一些特殊工藝的零件既需要銑削功能，又需要車削功能。針對這一問題，介紹一種解決方案，在一臺立式加工中心上，使用伺服主軸控制功能，增加1個旋轉軸，既可充當插補軸，也可以充當車主軸。
1 序言
在傳統(tǒng)的加工過程中，需要進行多次裝夾和換刀，這不僅增加了加工時間和成本，還會影響加工精度。而立式加工中心的銑車復合控制可以在一次裝夾中完成多個加工步驟，避免了多次裝夾和換刀的問題，提高了加工效率和精度[1-3]。我公司在一款立式加工中心的基礎上配置國內知名品牌的搖籃轉臺，轉臺A、C軸電動機為力矩電動機，其中C軸電動機最高轉速可達2000r/min，本臺機床系統(tǒng)是FANUC 0i-MF Plus（Type 1Type 1）。C軸應額外追加基于伺服電動機的主軸控制功能。該功能可以實現(xiàn)每轉進給、螺紋切削、轉速控制、剛性攻螺紋、實際主軸速度輸出及主軸分度等功能。
2 參數(shù)設定
將伺服電動機主軸控制的參數(shù)填入系統(tǒng)，具體見表1。
表1 系統(tǒng)參數(shù)
3 梯形圖的編制
（1）相關信號主要包括G0027.1（SWS2）：第二主軸選擇信號；G0029.6（*SSTP）：主軸停止信號；G0027.4（*SSTP2）：第二主軸停止信號；G0521.4（SRVON5）：SV旋轉控制方式信號；G0523.4（SVRVS5）：SV反轉信號；G0126.4（SVF5）：伺服關斷信號；F0010（M）：輔助功能代碼信號。
（2）梯形圖編寫 首先通過M代碼譯碼M60（C軸進入車主軸模式）、M61（C軸退出車主軸模式），把指令分別給到R0644.4、R0644.5（R地址可自行定義），如圖1所示。
圖1 M60、M61代碼譯碼
再通過R0644.4把指令輸入到R0961.0，并形成自鎖，最后把R0961.0輸出給G004.3，完成M代碼的執(zhí)行。只有執(zhí)行M61，或者在復位、急停及出現(xiàn)C軸相關報警才可斷開這一自鎖。M60互鎖梯形圖如圖2所示。
圖2 M60互鎖
通過M代碼譯碼M103（車主軸正轉）、M104（車主軸反轉）和M105（車主軸停止），分別把指令給到R0649.0、R0649.1和R0649.2。車主軸代碼譯碼如圖3所示。通過R地址把車主軸運轉和停止的指令輸入到G0027.1、G0027.4、G0029.6、G0521.4和G0523.4，并形成自鎖。G0027.1自鎖80ms后自動斷開，如圖4所示；G0027.4自鎖程序如圖5所示；G0521.4自鎖程序如圖6所示；G0523.4自鎖程序如圖7所示。相對應的完成信號輸出給G004.3，完成M代碼的執(zhí)行。
圖3 車主軸代碼譯碼
圖4 G0027.1自鎖程序用戶
圖5 G0027.4自鎖程序
圖6 G0521.4自鎖程序
圖7 G0523.4自鎖程序
當C軸進入車主軸模式后，C軸必須強制松開，不然有可能會對C軸松夾機構造成損傷，產生的粉末有可能會污濁C軸編碼器的讀數(shù)頭。如果在沒有執(zhí)行M60時，輸入車主軸旋轉的指令，需要做報警，報警號：“EX1043請先進入旋轉模式”（報警號可自行定義），用來提醒用戶當前狀況下需要執(zhí)行M60。如果車主軸旋轉沒有停止時，F(xiàn)0376.4沒有置為1的情況下，執(zhí)行M61的指令，需要做用戶報警，報警號：“EX1046第五軸旋轉沒有停止，請勿退出旋轉模式”。此外還需要做一些車主軸溫度報警，用來保證力矩電動機不會因為溫度過高而導致電動機損壞。
當在旋轉模式下，出現(xiàn)復位、急停、C 軸恒溫油箱報警以及C 軸溫度報警時，需要切斷車主軸使能，同時也要將伺服關斷信號G0126.4（SVF5）置為1。
（3）刀庫換刀程序修改 由于車刀必須要固定放置，所以車刀刀柄上裝有定位銷，主軸箱上裝有相對應的定位銷孔，這樣就可以將車刀固定，還需要在定位銷孔附近安裝1個接近開關，來確認車刀是否裝在主軸上。如果車刀在主軸上，該車刀確認信號就為1。車刀安裝如圖8所示。
圖8 車刀安裝示意
本公司立式加工中心刀庫容量為20把刀，定義16號至20號刀為車刀刀號，當主軸當前刀是車刀時，取消第一主軸使能，G0027.3強制置為0，強制主軸不能旋轉。首先判斷主軸當前刀號是否≥16，如果≥16，將R0900.0置為1，這時就可以判斷主軸上是車刀，如圖9所示。由于機械手在換刀時，主軸需要定向停止，保證主軸端面鍵和刀柄鍵槽不會發(fā)生碰撞，因此如果主軸當前刀是車刀，在執(zhí)行換刀命令時，就需要跳過主軸準停指令。針對這一問題，首先，將G0055.0的線圈并在R0900.0上，G0055.0對應加工程序里的#1008，當G0055.0置1后，#1008也就置1了，如圖10所示。然后在換刀子程序中將M19替換為“IF[#1008EQ1]GOTO6;M19;N6;”，當主軸上為車刀時，程序將跳過M19。
圖9 判斷刀具是否為車刀的程序
圖10 G0055.0對應加工程序里的#1008
假如主軸當前刀號為車刀，但是車刀被人為卸走后，此時車刀確認信號為0，則主軸現(xiàn)在的停止位置有可能因人為轉動而沒有在準停位置上。因此在執(zhí)行換刀動作時，主軸定向指令會被跳過，刀柄就有和主軸碰撞的可能，從而導致機床故障，所以在這種情況下做用戶報警：“EX1047請將車刀裝回主軸后，再執(zhí)行換刀程序”，從而避免不必要的故障發(fā)生。
當一切準備就緒以后，在加工程序中添加G33IP_F_（F是縱軸方向導程），就可以進行等導程的圓柱螺紋切削。
4 結束語
通過對配置FANUC系統(tǒng)的加工中心機床實現(xiàn)銑車復合功能的應用，避免了多次裝夾工件，滿足了加工工藝的要求，可以提高加工效率、降低成本且提高精度，適應各種不同類型零件的加工需求，是現(xiàn)代機械制造領域中非常重要的技術之一。實際應用領域非常廣泛，可以在許多行業(yè)中發(fā)揮重要作用。
