FANUC數控系統傾斜軸功能在車削中心上的應用

馮星

（寶雞機床集團有限公司，陜西 寶雞 721000）

1 FANUC數控系統傾斜軸功能介紹

FANUC數控系統傾斜軸功能是這樣一種功能，在如圖1所示，實際Y1軸與X軸非90°的角度安裝時，可以虛擬出一個垂直于X軸的Y軸，根據傾斜角度對沿各軸的移動量進行控制。

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

圖1 傾斜軸示例（X軸和傾斜軸Y1夾角為30°）

軸X、軸Y的移動是FANUC數控系統根據軸X和軸Y1的傾斜角度進行控制的。在機械坐標中顯示的是傾斜坐標系的值。在絕對坐標中顯示的是笛卡爾坐標系的值。因為程序控制的是絕對坐標，所以在笛卡爾坐標下編制的程序可以按照預定路線進行控制，這與不采用傾斜軸控制的程序路線是一致的。

此時稱與假想軸（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系統中，可以通過參數對傾斜軸和正交軸進行分配和設置[1]，此時設置正交軸為X軸，傾斜軸為Y1軸。

在分配和設置時主要要注意傾斜角度的設置，以圖1為例，雖然夾角為30°，但是根據參數的分配，有可能需要設置為-60°，在設置時要根據實際情況進行模擬，設置好后還要進行實際的驗證，在一些加工精度控制不是很好的場合，還需要對實際角度進行不斷的調整，使虛擬的Y軸盡可能達到理想狀態。

在軸移動時，系統則根據實際的傾斜角度控制各軸的移動，在機械坐標中顯示的是傾斜坐標系的值。在絕對坐標中顯示的是笛卡爾坐標系的值。因為程序控制的是絕對坐標，所以在笛卡爾坐標下編制的程序可以按照預定路線進行控制，這與不采用傾斜軸控制的程序路線是一致的。這時使用的坐標系也稱為編程坐標系，如圖2所示。

圖2 傾斜軸、正交軸和假想軸及編程坐標系與機械坐標系示意圖

在操作者使用時則不需要考慮是否是傾斜軸還是實際軸，只需要按照操作常規Y軸的方式進行操作，相同工件加工程序也可以在具有傾斜軸功能的機床上使用，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，得首先確定是否是合成狀態，以避免發生不必要的誤操作，機床制作廠家也可以做出醒目的狀態提示或互鎖條件，以避免誤操作。

在默認情況下，機床的移動按照笛卡爾坐標系的路徑移動。可以在程序中指定機械坐標系或者信號G63.5 置1時，采用傾斜坐標系的路徑進行移動，但是一般調試為笛卡爾坐標系的路徑移動，如圖3所示。

圖3 路徑移動

在通電后一次也沒有執行手動返回參考點操作的情況下，執行手動返回參考點操作，且須先按傾斜軸后正交軸的順序返回參考點。不能先返回正交軸再返回傾斜軸或者同時返回，否則機床報錯。返回參考點的路徑，可以通過參數8200#2來選擇是按笛卡爾坐標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中可以得知機床是否有傾斜軸控制功能。

2 信號及參數說明（如表1）

表1 信號及參數說明

3 測試驗證過程

1）自動返回參考點（使用G28）；返回到設計的機械參考點，涉及到的參數為1240#。

自動返回參考點（G30）。返回到設計的第二機械參考點，涉及到的參數為1241#（第二參考點是在第一參考點基礎上建立起來的，如果第一參考點的位置發生變化，第二參考點也會隨之變化）。

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

當8200#2置0時，機床按笛卡爾坐標系的路徑進行移動，如圖4所示。

圖4 按照笛卡爾坐標系的路徑返回原點

P1點絕對坐標為（0，100.000），機械坐標為（57.735，115.4 70）。

當8200#2 置1時，機床按傾斜坐標系的路徑進行移動，如圖5所示。

圖5 按照傾斜坐標系的路徑返回原點

P1點絕對坐標為（0，100.000），機械坐標為（0，115.470）。

2）選擇機械坐標系（G53）[4]；選擇機械坐標系后，機床的移動按照傾斜坐標系的路徑進行移動，與G63.5信號的接通與否無關，并且程序中這一點的坐標為傾斜坐標系 的 坐標，如圖6所示。

圖6 按照傾斜坐標系的路徑移動

例如：G90 G53 G00 Y100;G53 G00 X200[2];

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

P2絕對坐標為（150.000，86.863），機械坐標為（200.000，100.000）。

3）快速進給與切削進給。

程序中的坐標為絕對坐標，根據G63.5的接通與否按照笛卡爾坐標系移動或者按照機械坐標系移動，如圖7所示。

圖7 按照笛卡爾坐標系的路徑移動

例如：G90 G00 Y100; G90 G00 X200；

當G63.5=0時，按照笛卡爾坐標系移動。

P1絕對坐標為（0，100.000），機械坐標為（57.735，115.470）。

P2絕對坐標為（200.000，100.000）機械坐標為（257.735，115.470）。

當G63.5=1時，按照傾斜坐標系移動，如圖8所示。

圖8 按照傾斜坐標系的路徑移動

P1絕對坐標為（0，100.000），機械坐標為（0，115.470）。

P2絕對坐標為（200.000，100.000），機械坐標為（200，115.470）。

4 Y軸零點設定及驗證

Y軸零點的準確設置非常關鍵。由于Y軸是X軸和Y1軸的合成軸，Y軸的零點也是X軸和Y1軸的零點合成后的位置。所以首先在機械調整時得保證實際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軸位于任意點合成出（Xm,Y0）坐標（m為任意值），所以找這個X0就比較關鍵。

一般車銑加工中心要求在（X0,Y0）坐標時，鏜刀座中心孔和主軸中心孔相對于水平在一條線上。所以需先通過檢具確認出Y軸零點，使機床Y軸為0時，鏜刀中心孔和主軸中心孔重合，然后將此位置的X軸設為零點，或者記錄下此處X的位置，在遠離此處的位置設置X軸參考點，但是得設置參考點的回零坐標，以保證坐標值為（X0,Y0）時鏜刀座中心孔和主軸中心孔相對于水平在一條線上。設置好（X0,Y0）后，還可以對設置的準確度進行驗證，可以利用分度圓等加工的方式再結合三坐標檢測的方式進行驗證，如有細微偏差可以通過重新設定零點或坐標原點偏置等方法再進行調整，直到達到精度要求。

5 運動參數及圓度優化。

在批量制造時，難免會發生同型號機床之間的運動參數存在差異等現象，而由此會因機床與標準參數不匹配而出現異常情況，此時一般可以從以下角度來分析和調整。

虛擬Y軸的移動是由實際X、Y軸的移動合成，在啟動、停止時X、Y軸加減速時間等不匹配會產生抖動，這樣在激光測量虛擬Y軸定位精度時，會產生較大的偏差，通過對實際X、Y軸的1620#（每個軸的快速移動直線加/減速的時間常數T），1622# (每個軸的切削進給加/減速時間常數)等參數優化設定，虛擬Y軸移動正常，激光測量虛擬Y軸定位精度為5 μm。

通過圓度的優化，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，通過這個圓形來判斷合成效果并針對性地調整。而此調整主要包含圓度、大小及象限的調整，可以利用FANUC專用軟件SERVO GUIDE調整。通過專用軟件機床進行圓度模擬，在生成的圖形上進行分析計算，逐漸調整相關參數，可以起到很好的效果。

6 結語

車削中心是在數控車床的基礎上發展起來的，由于其在一次性裝夾下可以完成更多工序的加工，因此和常見的數控車床相比，具有更全面和復雜的加工能力，因而具有X、Z、C軸的車削中心迄今仍是工業生產中用得最多的回轉體件復合加工機床，在車削中心上再進行升級改造可以更充分地挖掘其加工能力和使用領域。比如，在車削中心上增加一個與X軸非90°的軸，通過應用FANUC數控系統的傾斜軸功能，不僅機床空間基本不變，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，增強了機床的銑、鉆能力，一次裝夾，可以實現小型零件的車削、銑削整體加工，拓寬了車削中心機床的適用范圍。通過本文的介紹，可以為在使用傾斜軸功能時的調試和問題處理提供借鑒，具有很好的參考價值。