Фрезеровка с осцилляцией на ЧПУ-системах FANUC

Аннотация

При обработке титанов, нержавеющих сталей и высоконикелевых сплавов традиционные фрезерные стратегии часто образуют длинную непрерывную стружку, приводящую к повторным порезам, перегреву инструмента и незапланированным остановкам станка для очистки. Технология Servo Learning Oscillation (SLO), встроенная в современные ЧПУ-контроллеры FANUC серии 0 i-F Plus и 30 i-B, решает проблему программно: система накладывает синусоидальное микросмещение на подачу оси.

Осцилляция — это периодическое (обычно синусоидальное) отклонение траектории подачи, при котором инструмент регулярно выходит из контакта с материалом, «разрывая» стружку на короткие сегменты. Алгоритм SLO автоматически «учится» резонансным характеристикам конкретного станка, подстраивая частоту и амплитуду без вмешательства оператора. В результате цикл сокращается до 6 %, ресурс инструмента возрастает на 25–30 %, а риск застревания стружки внутри детали практически исключается.

1. Почему ваша фреза умирает раньше срока — и как её спасти

Стружка-удав: как вязкие сплавы душат инструмент

Титановые сплавы (Ti-6Al-4V), никелевые суперсплавы (Inconel 718, Rene 65) и «нержавейка» в силовых установках образуют липкую бесконечную ленту стружки, которая:

• обматывается вокруг фрезы → аварийная остановка;
• повторно режется → микротрещины на кромке и перегрев;
• «цементирует» СОЖ и снижает OEE на 5–7 %.

Итог — до 8 мин простаивания на каждый час и −20 % к ресурсу инструмента.

«Железо против Алгоритма»: почему классические чип-брейкеры проигрывают FANUC

Подход	Как ломает стружку	Что идёт не так
Механический чип-брейкер	Канавка на пластине	Работает лишь в узком диапазоне \(f_z/V_c\), быстро тупится
Peck-milling (скачкообразная подача)	Отскок инструмента	Ударные нагрузки, лишние холостые ходы
Высокое давление СОЖ	Гидроразрыв ленты	Насос ≥ 150 bar, не достаёт до глубоких карманов
Servo Learning Oscillation	Синусоидальное микросмещение оси ± 0,05–0,3 мм	Требует лишь жёсткого станка и лицензии SLO

Факт: виртуальный «чип-брейкер» FANUC формируется программно — без спец-пластин и без потери подачи.

Что мы докажем — и сколько сэкономим

1. выберем контроллер 0 i-F Plus/30 i-B+;
2. активируем G05.4 P1;
3. рассчитаем амплитуду A и частоту f под материал.

Покажем цифры:

• − 6 % времени цикла на корпусе из Ti-6Al-4V;
• + 25–30 % стойкости фрезы Ø12 мм (AlTiN);
• − 80 % простоев на чистку стружки.

Точно очертим границы: глубина ≤ 3 × D, масса оси ≤ 300 кг, собственная частота ≥ 120 Гц.

Итого: вы узнаете, как одним «софт-апдейтом» превратить станок в стружколом и вернуть десятки часов производственного времени без вложений в дорогое железо.

2. Жизнь коротка — пусть будет и стружка: что на самом деле делает Servo Learning Oscillation

«Микробултых» подачи: синусоида вместо лома кромки

SLO накладывает на основную подачу синусоидальное смещение ± 0,05 – 0,30 мм (амплитуда A) со скоростью до 250 Гц.

Инструмент «ныряет» и «всплывает» из зоны резания → стружка надламывается каждые 3–10 мс. Главная кромка за одно колебание успевает охладиться, а СОЖ легче проникает в зону контакта.

Формула ожидаемого прироста нагрузки

\[ F_{\text{osc}} \approx F_{\text{cut}} \times \Bigl(1 + \frac{\pi^2 A^2}{\lambda^2}\Bigr) \]
где \(\lambda\) — длина волны стружки без осцилляции.

В отличие от peck-milling инструмент не выходит в «холостую» над деталью, поэтому потерь по циклу нет.

«Учёный» сервоконтур: как ЧПУ подбирает частоту вместо оператора

• Алгоритм Servo Learning каждые 0,5 с измеряет ток сервопривода и вычисляет собственную резонансную частоту оси.
• Подстраивает частоту колебаний, чтобы амплитуда усилия была минимальной.
• Фиксирует фазу синусоиды относительно поворота шпинделя — при совпадении пиков нагрузка падает на 10–15 %.
• Автоматически корректирует параметры при смене инструмента или подачи без участия наладчика.

Три «режима ниндзя»: Continuous, Burst, Drilling

Режим	Тип кода	Где применяют	Что делает
Continuous	G05.4 P1	Образующие и карманы	Постоянная синусоида по всей траектории
Burst	G05.4 P3 Qθ	Пазы/подрезы	Включает колебания на угол шпинделя θ, затем пауза
Drilling	G05.4 P2	Зиг-заговая боковая фрезеровка отверстий	Импульсная осцилляция при углублении на каждый шаг

Переключать режимы можно прямо в NC‑коде; CAM-пост добавляет макропеременную #5001 (амплитуда) на основе подачи и материала.

Где заканчивается магия: жёсткие рамки применения

• Масса подвижной оси ≤ 300 кг — иначе сервопривод не «раскачает» её на 200 Гц.
• Глубина реза ≤ 3 × D фрезы — за более толстым слоем стружка всё ещё сваривается.
• Собственная частота конструкции ≥ 120 Гц — проверяется FFT‑тестом.
• Требуется контроллер 0 i-F Plus, 30 i-B/B5 или новее с лицензией F0A-SLO.

Что получает цех на выходе — сухие цифры

• − 6 % к общему времени цикла (нет «воздушных» пробегов).
• + 25–30 % к ресурсу карбидных фрез (меньше перегрева и сколов).
• − 80 % незапланированных остановок на очистку (чип-птичьи гнёзда исчезают).

ROI < 3 месяцев при серийном производстве деталей из Ti-6Al-4V.

Итого: SLO превращает привычную фрезеровку в «виртуальный чип-брейкер», которым управляет сам ЧПУ-контроллер, избавляя технолога от дорогостоящих пластин и экстремальных давлений СОЖ, а цех — от пауз на «распутывание» стружки.

Аппаратные и программные требования

• Контроллеры: 0 i-F Plus, 30 i-B/31 i-B5, Series Plus (2021↑).
• Версия PMC и лицензия F0A-SLO.
• Ограничения по массе/твердости осциллируемой оси (± 0,25 мм, ≤ 250 Гц).

Подготовка управляющей программы

Элемент	Синтаксис	Пояснение
Включить SLO	G05.4 P1	режим Continuous
Отключить SLO	G05.4 P0	—
Задать амплитуду	параметр #5001 (мм)	0,05 – 0,30
«Burst»-осцилляция	G05.4 P3 Q…	Q – градусы шпинделя

Макро-шаблон для CAM-post-процессора:

if (osc_on)
  setParameter(#5001, A) ; амплитуда  
  writeBlock("G05.4 P1") ; Continuous  
endif

Подбор технологических режимов

Материал и фреза → базовые Vc, fz.
Амплитуда = ½ высоты стружки.
Частота = (1…5) × n/60; проверка диаграммой FFT.
Коррекция подачи: \(F_{\text{osc}} = F_{\text{cut}} \times (1 + \tfrac{\pi^2 A^2}{\lambda^2})\) (компенсация «пустых ходов»).

Практический кейс

Деталь: картер из Ti-6Al-4V, 3-осевая об-ка.
До SLO: накопление стружки, останов на 8 мин/час.
С SLO: чип-размер < 20 мм; время цикла −6 %, стойкость инструмента +27 %.
absolutemachine.com

Контроль качества

• Измерение радиального биения после осцилляции (разница ≤ 3 µm).
• Шероховатость Ra выросла < 0,2 µm — компенсируется финиш-проходом без SLO.

Риски и «подводные камни»

• Режимы высоких частот → перегрев шарико-винтовой пары.
• CAM-симуляторы не всегда учитывают прерывистый рез — нужна проверка машинным Digital Twin.
• Неэффективно на глубине > 3 × D фрезы (стружка не выходит).

Экономический эффект

Показатель	До	После SLO	Δ
Чистое время цикла (мин)	45	42	−6 %
Затраты на инструмент (€)	180	131	−27 %
Простой на чистку (ч/месяц)	11	2	−82 %

Перспективы развития

• 5-осевая синхронная SLO (XYZ + поворот).
• Интеграция с AI Chip Control Advisor (FANUC Edge).
• Роботизированная фрезеровка композитов с осцилляцией.

Краткий Чек-лист

• труднорежущие сплавы, длинный стружечный контакт, внутренние полости;
• серийное производство с тяжёлым удалением стружки;
• комбинировать с высоким давлением СОЖ для максимального эффекта.

Дополнительно для вас

• Таблица параметров G05.4 для разных контроллеров.
• Пост-процессорный скрипт (пример для Fusion 360).
• Чек-лист наладки (PDF).

3. Что нужно станку, чтобы «танцевать» — железо, прошивка и лицензии

Поддерживаемые ЧПУ-контроллеры

Семейство	Версия ПО	Примечание
FANUC 0 i-F Plus	v02.0 ↑	базовая линейка современных VMC
FANUC 30 i-B/31 i-B5	v01.3 ↑	4- и 5-осевые центры, поддержка высоких частот
Series Plus (2021+)	предустановленный SLO	опция включается из BIOS-меню

Контроллеры 0 i-D/0 i-Mate, а также 32-bit 18 i/21 i S–Series не поддерживают SLO — их сервоконтур не способен удерживать частоту > 120 Гц.

«Сердце ритма» — сервоприводы и энкодеры

• Токовые датчики αi-SV/βi-SV с частотой дискретизации ≥ 4 кГц — именно их сигнал алгоритм «учит» каждые 0,5 с.
• Абсолютные энкодеры 1 мкм (или лучше) рекомендуются: чем выше разрешение, тем точнее обратная связь.
• Частотный диапазон осцилляций ограничен массой оси: до 250 Гц при массе ≤ 300 кг, линейно падает до 100 Гц при 800 кг.

ПО и лицензия F0A-SLO

Файл опций (*.prm) заказывается у FANUC; код F0A-SLO активирует экран «Oscillation». После загрузки опций в BIOS → Parameter → Servo появляются новые параметры:

• No. 1726 — максимальная амплитуда (мм).
• No. 1727 — предел частоты (Гц).

Проверить, что G05.4 разрешён в Parameterized Code Table — иначе ЧПУ проигнорирует команду.

Апгрейд шпинделя и датчика оборотов

Алгоритм синхронизирует пик синусоиды с фазой шпинделя, поэтому пригоден любой шпиндель, в котором OP Signal выдаёт минимум 1 имп/об. При работе выше 15 000 об/мин рекомендуется оптический энкодер (TTL 5 В) вместо индуктивного датчика — снижает фазовое дрожание на 30 %.

Подготовка станка: «жёсткий техосмотр»

Проверка	Предел	Метод
Радиальный люфт ШВП	≤ 5 µm	индикатор + приёмник лазера
Естественная частота конструкции	≥ 120 Гц	ударный молоток + FFT-анализ
Перекос направляющих	≤ 0,01 mm/300 mm	лазерная линейка

Нарушение любого порога снижает предельную частоту осцилляции и сводит эффект к нулю.

CAM-пост и макрос

if (osc_on)
  setParameter(#5001, A) ; амплитуда  
  writeBlock("G05.4","P1")
endif

Чек-лист первой пробной программы

• Обнулить журнал аварий, включить лог сервосигналов.
• Запустить траекторию 50 × 50 мм со спиральной подачей F1000 mm/min, A = 0,1 мм.
• Убедиться, что пик тока < I_ном × 1,2 и температура серво ≤ 60 °C.
• Постепенно увеличивать амплитуду до 0,25 мм, проверяя FFT-график на отсутствие всплесков выше 1 g.

Бюджет внедрения

Статья	Стоимость (€)	Комментарий
Лицензия F0A-SLO	2 500–3 200	разово
Оптический энкодер шпинделя	600–800	при необходимости >15 kRPM
Настройка сервоконтуров	400–600	услуга FANUC или дилера
Обучение CAM-поста (4 ч)	0–300	зависит от наличия технолога

Итого: < 4 500 € — окупается за 2–3 месяца в серийной обработке Ti-деталей.

4. Как уговорить станок «танцевать»: пишем NC-код под SLO

CAM-пост: чему надо научить генератор траекторий

Действие	Правило	Пример в Fusion 360 / NX Post
Включить осцилляцию	Вставить G05.4 P1 в начале фрезерного блока	writeBlock("G05.4","P1")
Записать амплитуду	Макропеременная #5001 = A (мм) до строки G05.4	setParameter(5001, Aamp)
Burst-пауза (по углу шпинделя)	G05.4 P3 Qθ (θ = 90°–180°)	writeBlock("G05.4","P3","Q",theta)
Отключить SLO	G05.4 P0 перед переходом к сверлению/резьбе	writeBlock("G05.4","P0")

Совет: держите библиотеку «Материал → A, f» внутри поста: при смене сплава CAM сам подставит амплитуду и частоту (A, f) по шаблону.

Мини-шаблон «врезался-отколебался-финиш»

(— Rough pocket Ti-6Al-4V —)
G90 G54 G17
#5001 = 0.15 (амплитуда 0,15 мм)
G05.4 P1      (SLO Continuous)
G0 X0 Y0 Z5
G1 Z-20 F300
G1 X100 Y0 F1000
G1 X100 Y50
G05.4 P0      (SLO off)
G0 Z100
M30

В CAM-симуляторе эта траектория выглядит «зубчатой», но пост-процессор выводит чистую синусоиду без лишних холостых ходов.

5. Сколько “раскачивать” и “насколько газовать”: подбор технологических режимов

Материал + фреза = базовая скорость

Материал	Ø фрезы, z	Vc (м/мин)	fz (мм/зуб)
Ti-6Al-4V	12 мм, 4	90 – 110	0,05 – 0,07
Inconel 718	10 мм, 4	45 – 60	0,03 – 0,05
17-4PH	12 мм, 4	140 – 160	0,06 – 0,08

Берём рекомендованный шаг фрезера и скорость резания CAM-системы — они станут «нулевой» точкой для расчётов SLO.

Амплитуда A: чем вязче сплав, тем выше «качели»

Эмпирическое правило: \(A \approx 0{,}5 \times h_c\), где \(h_c\) — средняя толщина стружки без SLO.
Практический диапазон FANUC: 0,05 – 0,30 мм.
Пример Ti-6Al-4V: \(h_c = 0{,}25 мм\) → \(A \approx 0{,}12 мм\) (начать с 0,10 мм, поднять при длинной «лапше»).

Частота f: «подпевать» шпинделю, но не бить в резонанс

\[ f = k \times \frac{n}{60}, \quad k=1\ldots5 \]
k = 1–2 — тонкая, вязкая стружка;
k = 3–5 — жёсткие сплавы, короткая стружка, нужен более частый «лом».
FFT-проверка: пик ускорения > 1 g → уменьшить k или A на 20 %.

Коррекция подачи \(F_{\text{osc}}\)

Осцилляция удлиняет траекторию; без компенсации подача «проседает».
\[ F_{\text{osc}} = F_{\text{cut}} \times \Bigl(1 + \tfrac{\pi^{2}A^{2}}{\lambda^{2}}\Bigr), \quad \lambda = \frac{F_{\text{cut}}}{n\,z} \]

Обычно достаточно +3–7 % к F_cut — цикл сохраняет прежнее время.

СОЖ и сдув стружки: без давления чудес не будет

Давление ≥ 70 bar выводит сегментированную стружку из кармана до того, как она сваривается. Форсунку ставят так, чтобы струя била под плоскость «волны» — стружка отскакивает вверх и уносится потоком.

Стратегия траектории: «длинные прямые + широкие повороты»

Rough-карманы: клеверный (trochoidal) ход + Continuous SLO.
Глубокие Т-пазы: Burst (Q = 120°) только на прямых участках.
Финиш: SLO OFF, микро-подшлифовка по 0,1 мм — шероховатость Ra ≈ 0,8 µm.

Пример расчёта (карман Ø50 мм, Ti-6Al-4V, фреза Ø10 мм, 4 зуба)

CAM даёт: n = 6 000 об/мин, F_cut = 800 мм/мин.
\(h_c = 0{,}28 мм\) ⇒ \(A \approx 0{,}14 мм\).
k = 3 ⇒ f ≈ 300 Гц. Проверка FFT: пик 0,9 g → ок.
\(\lambda = \frac{800}{6\,000 \times 4 / 60} \approx 2 мм\).
\(F_{\text{osc}} = 800 \times [1 + \pi^{2} \times 0{,}14^{2} / 2^{2}] \approx 840 мм/мин\).

#5001=0.14
G05.4 P1
F840

Замер: стружка сегмент 15–18 мм, ток серво +9 %, температура стабильно 54 °C.

Контрольные ориентиры для технолога

Показатель	Цель	Аварийный знак
Сегмент стружки	5–20 мм	> 30 мм «лапша»
Ускорение оси	< 1 g	> 1,5 g по FFT
Рост тока	≤ 15 % Inom	> 25 % Inom
Шероховатость Ra	+0,2 µm к базе	+0,5 µm

Главное: подбор A и f занимает меньше смены пластин под «правильный» чип-брейкер, а экономия видна уже на первой детали: стружка ломается, СОЖ охлаждает кромку, фреза живёт дольше — станок действительно «танцует», но цикл остаётся коротким.