FANUC高速加工功能在模具加工中的應用

以結果對比的方式對發(fā)那科經濟型數(shù)控系統(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，并調用發(fā)那科系統(tǒng)AI輪廓控制功能的各個精度等級或修改對應的系統(tǒng)參數(shù)，使機床實現(xiàn)快速、精確的伺服控制，改善機床的動態(tài)特性，最后對得到的不同加工質量的曲面進行分析。AI輪廓控制是發(fā)那科高速加工功能中的一項，對工件質量要求較高時普遍采用此控制方式。FANUC數(shù)控系統(tǒng)提供多種高速、高精度控制功能，可使系統(tǒng)在加工過程中增加程序預讀段數(shù)，預知加工軌跡，從而提前做出判斷。還可以通過對相應參數(shù)的調整，達到優(yōu)化表面質量、減小形狀誤差、提高加工效率等目的。圖1需要CNC加工的行位鑲件1.制造前準備（1）產品分析試驗產品是某品牌汽車進氣室模具中的行位鑲件，如圖1所示。鑲件與塑膠產品模型通過軟件求差運算得到的曲面造型尺寸為74mm×17mm，曲面最小凹處拐角半徑為2.23mm，造型表面無內尖角和多軸加工特征（見圖2）。圖2曲面上多處的拐角該汽車進氣室產品通常在高溫下工作，屬于無法直接看到的汽車內部件，其表面質量要求較低，選用PA66＋30%玻璃纖維作為塑膠產品的材料。加入30%玻璃纖維后，尼龍材料尺寸穩(wěn)定性、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達到230～280℃，由于模具的溫度需要達到80～90℃才有良好的結晶度，所以其模具鋼材要具有耐高溫的特性。選用1.2738模具鋼作為行位鑲件材料，該模具鋼具有相對優(yōu)越的力學性能、良好的可加工性和較高的出廠硬度。

（2）加工軌跡優(yōu)化對比在UGNX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(shù)，可以獲得更優(yōu)化、更快速的銑削刀軌。如圖3所示，“驅動方法”選擇“區(qū)域銑削”，點擊“生成刀軌”，默認生成了平行于加工坐標系X軸的加工刀軌（見圖3a）。考慮到該產品有較多相同的拐角特征，所以重新指定“區(qū)域銑削”中的“切削角”參數(shù)，在“切削角”選項下選擇“矢量”，指定“矢量”平行于加工坐標系的Y軸，隨后點擊“生成刀軌”，得到了一段旋轉90°后的切削刀軌（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(fā)現(xiàn)：在相同的進給速度、切削模式、刀軌步距、驅動方式和軌跡精度的條件下，兩個刀軌后處理得到的NC代碼大小不同，分別是1315200字節(jié)和832473字節(jié)，因此程序長度是影響加工時間的主要原因。

（3）制造裝備的選擇模具中的零件對精度要求高，其加工設備不但要具有數(shù)控功能，還要有能適應加工條件的力學性能。本產品的加工選用了制造車間里搭配有FANUCSeries0i-Mate-MD操作系統(tǒng)的國產加工中心（加工中心的主要性能參數(shù)見表2），該FANUC操作系統(tǒng)原有的先行控制功能已升級為AI輪廓控制（AICCⅠ）功能，在軟件驅動上改善了機床的機械運動性能。選用以X、Y軸為線軌、Z軸為硬軌的機床設備，主軸安裝的刀柄是數(shù)控機械加工主流的BT40刀柄，機床最高轉速可達8000r/min，其通用性可滿足常規(guī)的加工工序。

為了避免對比加工結果時外來條件的干擾，精加工時使用相同的刀具和相同濃度的切削液，采用相同噴射力度并關閉油霧收集器等外部設備。

2.FANUC0iMate-MD數(shù)控系統(tǒng)高速加工功能調試（1）FANUC0i-Mate-MD系統(tǒng)中的AI輪廓控制功能通過AI輪廓控制功能可以實現(xiàn)進給速度的加快，伺服系統(tǒng)的延遲和加、減速的延遲，從而減少機械加工中的形狀誤差。如圖4所示，可通過系統(tǒng)設定界面檢查該FANUC系統(tǒng)中是否具有AI輪廓控制功能，在機器上依次按“SET”“＋”“精度LV”鍵。如果系統(tǒng)有AI輪廓控制功能（AICC），則可設定速度優(yōu)先或精度優(yōu)先的參數(shù)集，從而在加工時指定適合加工條件的精度級。當系統(tǒng)內設定的加工條件仍無法滿足零件的加工需求時，可以單獨調整相應的參數(shù)號來改善加工條件。0i-Mate-MD和0i-MD系統(tǒng)AICCⅠ功能具體可選擇條件見表3。0i-Mate-MD系統(tǒng)中AICCⅠ功能對應的功能參數(shù)設定見表4。

圖40i-Mate-MD系統(tǒng)精度選擇界面

（2）發(fā)那科AI輪廓控制功能（AICCⅠ）啟動指令在0i-Mate-MD系統(tǒng)使用G05.1時，務必利用單程序段指定。當各程序文件需要調用不同的加工條件時，需要以G05.1Q1Rx的方式選擇加工條件，如使用G05.1Q1R10，則接下來將以精度優(yōu)先的方式運行該段程序后的指令。程序結束前應該指定G05.1Q0，需要利用單程序段指定該指令，也可用復位來解除AI輪廓控制方式。

以上啟動方式對應0i-Mate-MD系統(tǒng)參數(shù)號No.1604#0，當#0的值置1時，執(zhí)行加工程序時將自動開啟AI輪廓控制功能，當#0的值置0時，可以用G05.1Q1程序段將AI輪廓控制功能生效。

（3）AI輪廓控制功能（AICCⅠ）調整控制AICCⅠ方式下的加、減速度方法有三種：①通過加工程序指定vf作為基準速度。②在G05.1Q1Rx程序段中指定“x”的精度等級。③設定對應參數(shù)號的值。

在AI輪廓控制功能下，若指定速度超過系統(tǒng)設定的進給速度，系統(tǒng)將進行插補前加、減速控制，通過預讀程序段自動控制進給速度。進給速度也可通過設定以下參數(shù)進行控制：①各軸插補前最大允許加速度No.1660。②各軸AICC控制中最大允許加速度No.1737。③基于拐角速度在減速時的允許速度差No.1783。④各軸圓弧插補時最大允許加速度No.1735。

3.加工結果分析

加工結果匯總見表5，從1號件和2號件的加工表面質量圖可以看出，在相同刀具和加工軌跡的情況下，將系統(tǒng)參數(shù)No.1604#0置1后，修改功能啟動參數(shù)前后的程序，加工時間僅相差10s左右，AI輪廓控制功能加工的刀紋較平順，表面刀紋方向平行于加工軌跡，但曲面的加工效果不理想。

隨后通過修改加工軌跡的公差，將軌跡公差提高到0.01mm，NC文件的大小也隨之提高了1/3，小線段進給增多。1號件和3號件的軌跡長度相同，軌跡公差分別為0.03mm和0.01mm，程序實際加工時間相差不大，刀紋隨著軌跡的公差提高而更平滑。但在大文件程序加工中，因系統(tǒng)預讀程序段少，在加工陡峭面時機械會發(fā)生振動和多次停頓，導致表面仍有明顯的缺陷。

對比4號件和5號件，加工時均開啟了AICCⅠ功能，兩件采取不同的精度控制等級，4號件為LV1（速度優(yōu)先）級，5號件為LV10（精度優(yōu)先）級，進給速度最高為1000mm/min。匯總加工結果可得出，設定在精度優(yōu)先級的情況下得到的加工表面質量有明顯的改變，平面缺陷也得到改善，曲面拐角更平滑，但程序實際加工時間相比速度優(yōu)先級長9%。

6號件與5號件平面和拐角特征相似，但實際加工時間有小幅度降低。這是因為在加工前分別調整了系統(tǒng)參數(shù)No.1772(32)和No.1783(500)，減小加工時的鐘型加、減速時間常數(shù)和微調拐角減速時允許的速度差參數(shù)可以加快程序插補前的加速度，從而加快程序運行速度并保持拐角的加工精度。

4.結語通過實際加工和觀察，對FANUC0iMate-MD數(shù)控系統(tǒng)的AICCⅠ功能有了更多了解。在UGNX8.5軟件中對本次加工的刀具軌跡進行優(yōu)化和仿真加工，結合實際加工設備考慮加工軌跡的方向，盡量減少加工時出現(xiàn)的拐角振動。當開啟AICCⅠ功能，處于LV1（速度優(yōu)先）級的狀態(tài)時，機床的各軸均處于在程序設定的最快進給速度，此時機床各軸的伺