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FANUC 高速加工功能在模具加工（gōng）中的應用

2024-6-28 來源：東莞市德（dé）勤教育科技有（yǒu）限公司作者：賴偉傑（jié）

【摘要】: 以結果（guǒ）對比的方式對發那科經濟型數控係統（tǒng）的模具加工功能進行試驗，采用具有典型特征的行位鑲件試切加工，並調用發那科係統AI 輪廓控製功能的各個精度等級或修（xiū）改對應的係統參數，使機床（chuáng）實現快速（sù）、精確的伺服控製，改善機床的動態特性，最後對（duì）得到的不同（tóng）加（jiā）工質量的曲麵進行分析（xī）。

【關鍵詞】:高速加工（gōng）;AI輪廓控製（zhì）;數控係統;加工質量

AI 輪廓控製是發那科高速加工（gōng）功能中的一項，對工件質量要求較高時普遍采用此控製方式。FANUC 數控係統提供多種高速（sù）、高精度控製功能，可使係（xì）統在加（jiā）工過程中增加程序（xù）預讀段數，預知加工軌跡，從而提前做出判斷。還可以通過（guò）對（duì）相應參數的調整，達（dá）到優化表（biǎo）麵質量、減小形（xíng）狀（zhuàng）誤差、提高加（jiā）工效率等目的。

1. 製造前準備

（1）產品分（fèn）析試驗產品（pǐn）是某品（pǐn）牌汽車進氣室模具中（zhōng）的行位（wèi）鑲件，如圖 1 所（suǒ）示。鑲件與塑膠產品模型通過軟件求差運算得（dé）到（dào）的曲麵造型尺寸為 74mm×17mm，曲麵最小凹處拐角半2.23mm，造型表麵（miàn）無內（nèi）尖角和多軸加（jiā）工特征（見圖 2）。

圖 1 需要 CNC 加工的行位鑲件圖 2 曲麵上多處的拐角

該汽車進氣室產品通常在高溫下工（gōng）作，屬於無法直接看到的汽車（chē）內部件，其表麵質量要求較低，選用 PA66+30% 玻（bō）璃纖維作為塑膠產品的材料。加（jiā）入（rù） 30% 玻璃纖維後，尼龍材料尺寸穩定（dìng）性、耐熱性和耐老化性都有提升。PA66 材料在注射模具過程前的熔化溫度（dù）達（dá）到 230~280℃，由於模具的溫度需要達到80~90℃才有良好的結晶（jīng）度，所以其模具鋼材要具有耐高溫的特性。選用（yòng）1.2738 模具（jù）鋼作（zuò）為行位鑲件材（cái）料，該模具鋼具有相（xiàng）對優越的力學性能、良好的可加工性和（hé）較高（gāo）的（de）出廠硬度。

（2）加工軌跡優化對比在 UG NX 軟件中的“固定輪廓銑” 選項（尤其是該選項下的 “驅動方法” 選項）中合理地設置參數，可以（yǐ）獲得更優化、更快速的銑削刀軌。如圖 3 所（suǒ）示，“驅動（dòng）方法” 選擇 “區域銑削”，點（diǎn）擊（jī） “生成刀軌”，默認（rèn）生成了平行於加工（gōng）坐標係 X 軸的加工刀軌（guǐ）（見圖3a）。考（kǎo）慮到該產（chǎn）品有較多相（xiàng）同的拐角（jiǎo）特征，所以重新指定 “區域銑削” 中的 “切削角” 參數，在 “切削角” 選項（xiàng）下選擇 “矢（shǐ）量”，指定 “矢量”平（píng）行（háng）於加工坐標係的 Y 軸（zhóu），隨後點擊 “生成刀軌”，得到（dào）了一段旋轉 90°後的切削（xuē）刀軌（見圖 3b）。

圖 3 加工軌跡

兩段加工刀軌通過UG軟件生成刀軌報告（見表 1），對比發現（xiàn） : 在相同的進給速度、切削模式、刀（dāo）軌步距（jù）、驅（qū）動方式和軌跡精度的條件下，兩個刀軌（guǐ）後處理（lǐ）得到的 NC 代（dài）碼大（dà）小不（bú）同，分別是（shì） 1315 200 字節和 832 473 字節，因此程序長度是影響加工時間的主要原因。

表（biǎo） 1 UG 軟件報告的刀軌參數

（3）製造裝備（bèi）的選擇模具中的零件對精度要求高，其加（jiā）工設備不但要具有（yǒu）數控功能，還要有能適（shì）應加工條件的力學性（xìng）能。本產（chǎn）品的加工（gōng）選用了製造車間裏搭配有 FANUC Series0i-MateMD 操作係統的國產加工中心（加工中（zhōng）心的主要性能參數見表 2），該 FANUC 操作係統原有（yǒu）的先行控製功能已升級為 AI 輪廓控製（AICC Ⅰ）功能（néng），在軟件驅動上改善（shàn）了機（jī）床的機械運（yùn）動性（xìng）能。選用以 X、Y 軸為線（xiàn）軌、Z 軸為硬軌的機床設備，主軸安裝（zhuāng）的刀柄是數控機械加工主流的 BT40 刀柄，機床最（zuì）高轉速可達 8000r/min，其通用（yòng）性可滿足（zú）常規（guī）的加工工序。

表 2 數控銑床（chuáng）捷甬達 VCM1050 主要性能參數

為了避免對比加工（gōng）結果時外（wài）來條（tiáo）件的幹擾，精加（jiā）工時使用相（xiàng）同的刀（dāo）具和相同（tóng）濃度的（de）切削液，采（cǎi）用相同噴（pēn）射（shè）力（lì）度並關閉（bì）油霧收集器等外部設備。

2. FANUC 0i Mate-MD 數控係統（tǒng）高速加工功能調試

（1）FANUC 0i-Mate-MD 係統中的 AI 輪廓控製（zhì）功能通過（guò） AI 輪廓控製功（gōng）能可以實（shí）現進（jìn）給速度的加快，伺服係統的延遲和加、減速的延遲，從而減少機械加工中的形狀誤差（chà）。

圖 4 0i-Mate-MD 係統精度選擇界麵

如圖（tú） 4 所示，可通過（guò）係統設定（dìng）界麵檢查該FANUC 係統中是否具有 AI 輪廓控製功能，在機器上依次按 “SET” “＋” “精度（dù） LV” 鍵。如果（guǒ）係統有 AI 輪廓控製功能（AICC），則可設定速度優先或精度優先的參數集，從而在加工時指定適合加（jiā）工條（tiáo）件的精度級。當（dāng）係統內設定的加工條件（jiàn）仍無法滿足零件的（de）加工需求時，可（kě）以單獨調整相應的參數號來改善加工條件。0i-Mate-MD 和0i-MD 係統 AICC Ⅰ功能具體可選擇條（tiáo）件見表 3。

表 3 0i-Mate-MD 和 0i -MD 係（xì）統 AICC Ⅰ功能

0i-Mate-MD 係（xì）統中 AICC Ⅰ功能對應的（de）功能參數設定見（jiàn）表 4。

表（biǎo） 4 0i-Mate-MD 係統中 AICCⅠ功能（néng）對應的（de）功（gōng）能參數設定

（2）發那科 AI 輪（lún）廓（kuò）控（kòng）製功（gōng）能（AICC Ⅰ）啟動（dòng）指令在 0i-Mate-MD 係統使用 G05.1 時，務必利（lì）用單程序段指定。當各（gè）程序文件（jiàn）需要調用不同的加工條件時，需要以 G05.1 Q1 Rx 的方式選擇加工條件，如使（shǐ）用 G05.1 Q1 R10，則接下來將以精度優先的方式運行該段程序後的指令。程序結束（shù）前應該指定 G05.1 Q0，需（xū）要利（lì）用單程序段指定該指令，也可用複位來解除 A I 輪廓（kuò）控製方式。

以上啟動方式對應 0i-MateMD 係統（tǒng）參數號No.1604#0，當（dāng） #0 的值置 1 時，執行加工程序時將自動開啟 AI 輪廓控製功能，當 #0 的（de）值置 0時，可以用 G05.1 Q1 程序（xù）段將 AI 輪廓（kuò）控製（zhì）功能生效。

（ 3 ）AI 輪廓（kuò）控製功能（néng）（AICC Ⅰ）調整控製 AICC Ⅰ方式下的加、減速度方法有三種 : ①通過加工程序指定 v f 作為基準速度。②在 G05.1 Q1 Rx 程序段中指定 “x” 的精度等級（jí）。③設定對應參數號的值。

在 AI 輪廓控製功能下，若指定速度超過係統設定的進給速度，係統將進行插（chā）補前加、減速控製，通過預讀程序段自動控製進給速度（dù）。進給速度也可通（tōng）過設定以（yǐ）下參數進行控製（zhì） : ①各軸插補前最大允許加（jiā）速度 No.1660。②各軸 AICC 控製中最大允許加速度 No.1737。③基於拐角速度在減速時的允許速度差 No.1783。④各軸圓弧插（chā）補時最大允許加速度 No.1735。

3. 加工結（jié）果分析

加（jiā）工（gōng）結果匯總見表（biǎo） 5，從（cóng） 1 號件和 2 號件的加工表麵質量圖可（kě）以看出，在相同刀具和加工軌跡的情況下，將係統（tǒng）參數 No.1604#0 置 1 後，修改功能啟動參數（shù）前後的程序，加工時間僅相差 10s 左右，AI 輪（lún）廓控（kòng）製功能加工的刀紋較平順，表麵刀紋方向平行於加（jiā）工軌跡，但曲麵的加（jiā）工效果不（bú）理想。

表 5 加工（gōng）結果匯（huì）總

隨後通過（guò）修改加（jiā）工軌跡的公差，將軌跡公差提高到 0.01mm，NC 文件的大小也隨之提高了（le） 1/3，小線段進給增多。1 號件和 3 號件的軌跡長度相同，軌（guǐ）跡公差分別為 0.03mm 和 0.01mm，程（chéng）序實際加工時（shí）間（jiān）相差不大，刀紋（wén）隨著軌跡的公差提高而更平滑。但在大文件程序加工中，因係統預讀程序段少，在加工陡峭麵時機械（xiè）會發生振動和多次停頓，導致表麵仍有（yǒu）明顯的缺陷。

對比 4 號件和 5 號件，加（jiā）工時均開（kāi）啟了AICC Ⅰ功（gōng）能（néng），兩件采取不（bú）同的精度控製等級，4 號件為 LV1（速度優先（xiān））級，5 號件為 LV10（精（jīng）度優先）級，進給速度最（zuì）高為 1000mm/min。匯總加工結果可得出，設定在精度優先級（jí）的情況下得到的加工表麵質量有明顯的改（gǎi）變，平麵缺陷也得到改善（shàn），曲麵（miàn）拐角更平滑（huá），但程（chéng）序實際加工時間相（xiàng）比速度優先級長 9%。

6 號件與 5 號件平麵和拐角特征相似（sì），但實際加工（gōng）時間有小幅度（dù）降低。這是因為在（zài）加工前分（fèn）別調整了（le）係統參（cān）數 No.1772(32) 和No.1783(500)，減（jiǎn）小加工時（shí）的鍾型（xíng）加、減速時間常數和微調拐角減速時允許的（de）速度差參數可以加快程序插（chā）補前的加速度，從而加快程序運行速度並保持（chí）拐角的加工（gōng）精度。

4. 結語

通過實際加工和觀（guān）察，對 FANUC 0iMate-MD 數控係統的 AICC Ⅰ功能有了更多了解。在 UG NX 8.5 軟件（jiàn）中對本次加工的刀具軌跡進行優化（huà）和（hé）仿真加工，結合實際加工設備考慮加工軌跡的方向，盡量減少加工（gōng）時出現的拐角振動。當開啟 AICC Ⅰ功能（néng），處於 LV1（速度優先）級的狀態時，機床的各軸均處於在程序設定的最快進給速度，此（cǐ）時機床各軸的伺服負載均處於 30%~40%;在調（diào）用 LV10（精度優先）級時，當遇（yù）到（dào）陡（dǒu）峭麵或加工拐角（jiǎo），機床各軸的伺服負（fù）載均處於 20%~33%，其機床的進給指令不斷（duàn）發生變化，使機（jī）械傳動更加平穩，從而得到更好的加工質量。AICC Ⅰ功能沒（méi）有絕對（duì）的（de）高速、高精度，如（rú）果要高精度，在遇到圓弧或拐角處（chù）必須適當減速，如（rú）果要高速度加工，必然會造成較大的跟（gēn）隨誤差。

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