不同數(shù)控系統(tǒng)中恒線速車削的應(yīng)用方法

許巖松　楊猛　朱健

摘要：文章通過對廣泛應(yīng)用的數(shù)控車床控制系統(tǒng)中恒線速車削指令代碼的分析與對比，分析恒線速車削指令的應(yīng)用方法及注意事項(xiàng)，顯著提高了數(shù)控車床加工工件的精度及表面質(zhì)量，同時(shí)大大地提高了工件的加工效率。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；恒線速車削；指令代碼；數(shù)控車床；切削點(diǎn) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG519 文章編號：1009-2374（2015）01-0070-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0035

恒線速車削是指在車床上車削工件時(shí)，工件通常以被車削工件的軸線為中心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，刀具切削工件的切削點(diǎn)可以看成圍繞被車削工件主軸軸線作圓周運(yùn)動(dòng)，圓周切線方向的瞬時(shí)速率稱為切削線速度（通常簡稱為線速度）。當(dāng)車削圓柱形工件的內(nèi)、外徑時(shí)，車床主軸轉(zhuǎn)速根據(jù)線速度公式v=πDn/1000（m/min）可以根據(jù)工件的直徑變化在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，以保持實(shí)時(shí)切削位置的切削線速度不變（恒定）。使用此功能的優(yōu)點(diǎn)是：對于直徑變化的工件，如果保持工件上各點(diǎn)的切削線速度相同，被車削工件表面的粗糙度一致性好，從而使工件表面質(zhì)量顯著提高。但使用恒線速度功能加工端面、錐面和圓弧時(shí)，隨著直徑尺寸的變化，特別是當(dāng)?shù)毒呓咏ぜ行臅r(shí)，主軸的轉(zhuǎn)速會(huì)越來越高，造成離心力過大，從而造成機(jī)床振動(dòng)，反而影響被加工工件的表面質(zhì)量，如果造成工件脫落，甚至?xí)＜皺C(jī)床周邊人員的生命。針對這種情況，就必須限制車床主軸的最高轉(zhuǎn)速，也就是說，當(dāng)由切削線速度計(jì)算出主軸轉(zhuǎn)速高于機(jī)床設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速時(shí)，車床主軸轉(zhuǎn)速被限制在機(jī)床設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速，而不再執(zhí)行計(jì)算出的轉(zhuǎn)速。

1 不同數(shù)控系統(tǒng)中恒線速車削指令

1.1 西門子802D數(shù)控系統(tǒng)

恒線速切削的控制指令：G96 S----LIMS----F----；式中：S為切削線速度，單位：m/min或inch/min；LIMS為主軸轉(zhuǎn)速上限，只在G96中生效；F為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，mm/r。

恒線速切削的取消指令：G97 S----；式中：S為主軸轉(zhuǎn)速，單位：r/min。

主軸轉(zhuǎn)速控制指令：主軸轉(zhuǎn)速下限：G25 S----；主軸轉(zhuǎn)速上限：G26 S----；式中：S為主軸轉(zhuǎn)速，單位：r/min。

在西門子802D系統(tǒng)中，主軸的最低與最高轉(zhuǎn)速在系統(tǒng)參數(shù)中的“設(shè)定數(shù)據(jù)”中均可設(shè)定，G25/G26及LIMS的值均應(yīng)在其設(shè)定的范圍之內(nèi)，如果發(fā)生沖突，以系統(tǒng)中“設(shè)定數(shù)據(jù)”中的值為準(zhǔn)。G25/G26指令均要求一獨(dú)立的程序段來定義。

N10 G25 S80；主軸轉(zhuǎn)速下限為80r/min。

N20 G26 S1000；主軸轉(zhuǎn)速上限為1000r/min。

1.2 FANUC Oi TD系統(tǒng)、廣州數(shù)控GSK980TE2系統(tǒng)和凱恩帝K1000T系統(tǒng)

恒線速切削的控制指令：G96 S----；式中：S為切削線速度，單位：m/min或inch/min。

恒線速切削的取消指令：G97 S----；式中：S為主軸轉(zhuǎn)速，單位：r/min。

主軸最高轉(zhuǎn)速控制指令：G50 S----；單位：r/min，式中：S為主軸轉(zhuǎn)速，單位：r/min。

FANUC Oi TD系統(tǒng)參數(shù)NO.0067與NO.0068為恒線速控制時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速下限與上限值。

廣州數(shù)控GSK980T系統(tǒng)參數(shù)P67中設(shè)置恒線速控制時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速下限值，默認(rèn)值為100r/min，P55、P56、P57、P58分別為根據(jù)機(jī)床變速齒輪檔位在1、2、3、4位置的不同而在相應(yīng)的參數(shù)中設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速上限，默認(rèn)值為9999r/min。

凱恩帝KND1000T系統(tǒng)參數(shù)P67中設(shè)置恒線速控制時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速下限值，默認(rèn)值為0r/min，P60中設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速上限值，默認(rèn)值為9999r/min。

1.3 華中8型HNC8AT系統(tǒng)

恒線速切削的控制指令：G96 S----；式中：S為切削線速度，單位：m/min或inch/min。

恒線速切削的取消指令：G97 S----；式中：S為主軸轉(zhuǎn)速，單位：r/min

主軸轉(zhuǎn)速控制指令：G46 X----P----；單位：r/min，式中：S為主軸轉(zhuǎn)速，單位：r/min。

在華中8型數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)中，利用編號No.100217來設(shè)置主軸最高轉(zhuǎn)速在100～12000或1000～25000之間。G46僅在G96有效時(shí)才有效，用來設(shè)置主軸最高和最低轉(zhuǎn)速，最低轉(zhuǎn)速X-，最高轉(zhuǎn)速P-。如G46 X100 P1500；限制恒線速度車削的最小轉(zhuǎn)速為100r/min，最高轉(zhuǎn)速為1500r/min。

1.4 高精數(shù)控GJ-201T系統(tǒng)

恒線速切削的控制指令：G96 S----；式中：S為切削線速度，單位：m/min或inch/min。

恒線速切削的取消指令：G97 S----；單位：r/min，式中：S為主軸轉(zhuǎn)速，單位：r/min。

最高主軸轉(zhuǎn)速控制指令：G92 S----；單位：r/min，式中：S為主軸轉(zhuǎn)速，單位：r/min。

高精數(shù)控GJ-201T系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)No.0222、No.0223分別設(shè)定了機(jī)床的最低轉(zhuǎn)速與最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)G92設(shè)定的值與No.0222或No.0223發(fā)生沖突時(shí)，以No.0222或No.0223設(shè)定的值為主。

2 恒線速切削的注意事項(xiàng)

機(jī)床主軸必須為受控主軸（如伺服主軸或變頻主軸），當(dāng)使用G96功能時(shí)，必須進(jìn)行主軸最高轉(zhuǎn)速的限制，否則容易出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象，從而造成危險(xiǎn)。對于設(shè)定限制主軸最高轉(zhuǎn)速的指令，只適用于G96狀態(tài)，G97狀態(tài)時(shí)不限制。在G96狀態(tài)中，當(dāng)機(jī)床鎖住時(shí)，機(jī)床不動(dòng)，主軸的轉(zhuǎn)速是對應(yīng)于程序中X坐標(biāo)值的變化而計(jì)算出來的。G96、G97為模態(tài)值，當(dāng)電源接通時(shí)，G97為機(jī)床的默認(rèn)狀態(tài)，在西門子802D系統(tǒng)中G96可被G94、G95、G97取代。而對于其他系統(tǒng)，每轉(zhuǎn)進(jìn)給（GSK980T、KND K1000T中為G99，F(xiàn)ANUC OiTD、GJ-201T、HNC8AT中為G95），在恒線速控制方式下（G96），雖然無使用意義，但仍有效。切螺紋時(shí)，恒線速控制也是有效的，因此在切螺紋之前，要用G97指令使恒線速控制無效，以使主軸以同一轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)。endprint

在G96狀態(tài)中，被指定的S值，即使在G97狀態(tài)中也保持著。當(dāng)返回到G96狀態(tài)時(shí)，其值恢復(fù)。

G96 S50；切削線速度50m/min。

G97 S1000；主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min。

G96 G01 X30；切削線速度50m/min。

從G96狀態(tài)變?yōu)镚97狀態(tài)時(shí)，G97程序段如果沒有指令S碼（r/min），那么G96狀態(tài)的最后轉(zhuǎn)速作為G97狀態(tài)的S碼使用。快速進(jìn)給（G00）時(shí)的恒線速控制，對于用G00指令的快速進(jìn)給程序段，當(dāng)恒線速控制時(shí)，不進(jìn)行時(shí)刻變化的刀具位置的線速度控制，而是計(jì)算程序段終點(diǎn)位置的線速度，這是因?yàn)榭焖龠M(jìn)給不進(jìn)行切削的緣故。但建議在G96與G97之間不使用G00指令，因?yàn)檫@樣可能會(huì)造成主軸轉(zhuǎn)速在短時(shí)間內(nèi)的突變，從而發(fā)生危險(xiǎn)狀況。同時(shí)在使用G96指令之前，一定要計(jì)算好使用G96之前的主軸轉(zhuǎn)速與之后的轉(zhuǎn)速，確保它們之間的轉(zhuǎn)速差距不能過大，否則也會(huì)造成主軸轉(zhuǎn)速突變，進(jìn)而發(fā)生危險(xiǎn)。

主軸速度倍率，對于指定的線速度或轉(zhuǎn)速，根據(jù)主軸倍率選擇，可以使用50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%的倍率。恒線速控制中指定的線速度是相對于工件的X軸編程軌跡的，而不是刀補(bǔ)后的位置的線速度。X軸的零點(diǎn)應(yīng)選在工件的軸心上，只有這樣才能保證G96功能的精確度。當(dāng)X軸的坐標(biāo)為負(fù)時(shí)，取其絕對值進(jìn)行恒線速計(jì)算。

3 不同數(shù)控系統(tǒng)中恒線速車削的應(yīng)用

下面以圖1所示零件的車削為例說明不同系統(tǒng)中恒線速車削指令的應(yīng)用。

4 結(jié)語

通過前文所述的對比分析及程序示例可以看出，不管是哪種數(shù)控系統(tǒng)，均可利用G96、G97來設(shè)置與取消恒線速車削加工，只是對于恒線速車削的轉(zhuǎn)速范圍的限制方式不盡相同。同時(shí)，即使對于相同的數(shù)控系統(tǒng)，但因不同機(jī)床生產(chǎn)廠家采用伺服電機(jī)的不同，系統(tǒng)中設(shè)置的主軸最高與最低轉(zhuǎn)速范圍也不盡相同。因此在使用時(shí)必須先查找機(jī)床用戶手冊，確定其轉(zhuǎn)速范圍再進(jìn)行使用?？傊?，設(shè)置好不同數(shù)控系統(tǒng)中的恒線速車削的轉(zhuǎn)速范圍是使用好恒線速車削的關(guān)鍵。

同時(shí)，最重要的是通過上述程序的編輯可以看出，轉(zhuǎn)速n經(jīng)過0→1500→3000→1631→509→300→0r/min的變化，既保證了加工的恒線速度，同時(shí)也盡可能地使車床主軸在加工過程中轉(zhuǎn)速保持平穩(wěn)的轉(zhuǎn)變，至少不能突變。這樣既改善了被加工工件的表面質(zhì)量，同時(shí)也使機(jī)床在加工過程中主軸轉(zhuǎn)速平穩(wěn)變化，保證了工件及操作者的安全，極大地提高了恒線速車削指令在應(yīng)用過程中的有效性與安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] FANUC Series oi-TD OPERATOR'S MANUAL[S].2009.

[2] SINUMERIK 802D base line MANUAL[S].2003.

[3] 凱恩帝KND K1000T數(shù)控車系統(tǒng)說明書[S].2011.

[4] 廣州數(shù)控GSK980TE2數(shù)控車系統(tǒng)說明書[S].2014.

[5] 沈陽高精GJ-201T數(shù)控車系統(tǒng)說明書[S].2007.

作者簡介：許巖松（1976—），男，遼寧凌源人，沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司工程師，碩士，研究方向：數(shù)字化制造；楊猛（1977—），男，北京人，沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司工程師，研究方向：數(shù)字化制造；朱?。?971—），男（滿族），遼寧北鎮(zhèn)人，沈陽航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，碩士，研究方向：信息系統(tǒng)與數(shù)字化制造。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint

在G96狀態(tài)中，被指定的S值，即使在G97狀態(tài)中也保持著。當(dāng)返回到G96狀態(tài)時(shí)，其值恢復(fù)。

G96 S50；切削線速度50m/min。

G97 S1000；主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min。

G96 G01 X30；切削線速度50m/min。

從G96狀態(tài)變?yōu)镚97狀態(tài)時(shí)，G97程序段如果沒有指令S碼（r/min），那么G96狀態(tài)的最后轉(zhuǎn)速作為G97狀態(tài)的S碼使用。快速進(jìn)給（G00）時(shí)的恒線速控制，對于用G00指令的快速進(jìn)給程序段，當(dāng)恒線速控制時(shí)，不進(jìn)行時(shí)刻變化的刀具位置的線速度控制，而是計(jì)算程序段終點(diǎn)位置的線速度，這是因?yàn)榭焖龠M(jìn)給不進(jìn)行切削的緣故。但建議在G96與G97之間不使用G00指令，因?yàn)檫@樣可能會(huì)造成主軸轉(zhuǎn)速在短時(shí)間內(nèi)的突變，從而發(fā)生危險(xiǎn)狀況。同時(shí)在使用G96指令之前，一定要計(jì)算好使用G96之前的主軸轉(zhuǎn)速與之后的轉(zhuǎn)速，確保它們之間的轉(zhuǎn)速差距不能過大，否則也會(huì)造成主軸轉(zhuǎn)速突變，進(jìn)而發(fā)生危險(xiǎn)。

主軸速度倍率，對于指定的線速度或轉(zhuǎn)速，根據(jù)主軸倍率選擇，可以使用50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%的倍率。恒線速控制中指定的線速度是相對于工件的X軸編程軌跡的，而不是刀補(bǔ)后的位置的線速度。X軸的零點(diǎn)應(yīng)選在工件的軸心上，只有這樣才能保證G96功能的精確度。當(dāng)X軸的坐標(biāo)為負(fù)時(shí)，取其絕對值進(jìn)行恒線速計(jì)算。

3 不同數(shù)控系統(tǒng)中恒線速車削的應(yīng)用

下面以圖1所示零件的車削為例說明不同系統(tǒng)中恒線速車削指令的應(yīng)用。

4 結(jié)語

通過前文所述的對比分析及程序示例可以看出，不管是哪種數(shù)控系統(tǒng)，均可利用G96、G97來設(shè)置與取消恒線速車削加工，只是對于恒線速車削的轉(zhuǎn)速范圍的限制方式不盡相同。同時(shí)，即使對于相同的數(shù)控系統(tǒng)，但因不同機(jī)床生產(chǎn)廠家采用伺服電機(jī)的不同，系統(tǒng)中設(shè)置的主軸最高與最低轉(zhuǎn)速范圍也不盡相同。因此在使用時(shí)必須先查找機(jī)床用戶手冊，確定其轉(zhuǎn)速范圍再進(jìn)行使用?？傊?，設(shè)置好不同數(shù)控系統(tǒng)中的恒線速車削的轉(zhuǎn)速范圍是使用好恒線速車削的關(guān)鍵。

同時(shí)，最重要的是通過上述程序的編輯可以看出，轉(zhuǎn)速n經(jīng)過0→1500→3000→1631→509→300→0r/min的變化，既保證了加工的恒線速度，同時(shí)也盡可能地使車床主軸在加工過程中轉(zhuǎn)速保持平穩(wěn)的轉(zhuǎn)變，至少不能突變。這樣既改善了被加工工件的表面質(zhì)量，同時(shí)也使機(jī)床在加工過程中主軸轉(zhuǎn)速平穩(wěn)變化，保證了工件及操作者的安全，極大地提高了恒線速車削指令在應(yīng)用過程中的有效性與安全性。

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[4] 廣州數(shù)控GSK980TE2數(shù)控車系統(tǒng)說明書[S].2014.

[5] 沈陽高精GJ-201T數(shù)控車系統(tǒng)說明書[S].2007.

作者簡介：許巖松（1976—），男，遼寧凌源人，沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司工程師，碩士，研究方向：數(shù)字化制造；楊猛（1977—），男，北京人，沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司工程師，研究方向：數(shù)字化制造；朱?。?971—），男（滿族），遼寧北鎮(zhèn)人，沈陽航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，碩士，研究方向：信息系統(tǒng)與數(shù)字化制造。

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在G96狀態(tài)中，被指定的S值，即使在G97狀態(tài)中也保持著。當(dāng)返回到G96狀態(tài)時(shí)，其值恢復(fù)。

G96 S50；切削線速度50m/min。

G97 S1000；主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min。

G96 G01 X30；切削線速度50m/min。

從G96狀態(tài)變?yōu)镚97狀態(tài)時(shí)，G97程序段如果沒有指令S碼（r/min），那么G96狀態(tài)的最后轉(zhuǎn)速作為G97狀態(tài)的S碼使用。快速進(jìn)給（G00）時(shí)的恒線速控制，對于用G00指令的快速進(jìn)給程序段，當(dāng)恒線速控制時(shí)，不進(jìn)行時(shí)刻變化的刀具位置的線速度控制，而是計(jì)算程序段終點(diǎn)位置的線速度，這是因?yàn)榭焖龠M(jìn)給不進(jìn)行切削的緣故。但建議在G96與G97之間不使用G00指令，因?yàn)檫@樣可能會(huì)造成主軸轉(zhuǎn)速在短時(shí)間內(nèi)的突變，從而發(fā)生危險(xiǎn)狀況。同時(shí)在使用G96指令之前，一定要計(jì)算好使用G96之前的主軸轉(zhuǎn)速與之后的轉(zhuǎn)速，確保它們之間的轉(zhuǎn)速差距不能過大，否則也會(huì)造成主軸轉(zhuǎn)速突變，進(jìn)而發(fā)生危險(xiǎn)。

主軸速度倍率，對于指定的線速度或轉(zhuǎn)速，根據(jù)主軸倍率選擇，可以使用50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%的倍率。恒線速控制中指定的線速度是相對于工件的X軸編程軌跡的，而不是刀補(bǔ)后的位置的線速度。X軸的零點(diǎn)應(yīng)選在工件的軸心上，只有這樣才能保證G96功能的精確度。當(dāng)X軸的坐標(biāo)為負(fù)時(shí)，取其絕對值進(jìn)行恒線速計(jì)算。

3 不同數(shù)控系統(tǒng)中恒線速車削的應(yīng)用

下面以圖1所示零件的車削為例說明不同系統(tǒng)中恒線速車削指令的應(yīng)用。

4 結(jié)語

通過前文所述的對比分析及程序示例可以看出，不管是哪種數(shù)控系統(tǒng)，均可利用G96、G97來設(shè)置與取消恒線速車削加工，只是對于恒線速車削的轉(zhuǎn)速范圍的限制方式不盡相同。同時(shí)，即使對于相同的數(shù)控系統(tǒng)，但因不同機(jī)床生產(chǎn)廠家采用伺服電機(jī)的不同，系統(tǒng)中設(shè)置的主軸最高與最低轉(zhuǎn)速范圍也不盡相同。因此在使用時(shí)必須先查找機(jī)床用戶手冊，確定其轉(zhuǎn)速范圍再進(jìn)行使用?？傊?，設(shè)置好不同數(shù)控系統(tǒng)中的恒線速車削的轉(zhuǎn)速范圍是使用好恒線速車削的關(guān)鍵。

同時(shí)，最重要的是通過上述程序的編輯可以看出，轉(zhuǎn)速n經(jīng)過0→1500→3000→1631→509→300→0r/min的變化，既保證了加工的恒線速度，同時(shí)也盡可能地使車床主軸在加工過程中轉(zhuǎn)速保持平穩(wěn)的轉(zhuǎn)變，至少不能突變。這樣既改善了被加工工件的表面質(zhì)量，同時(shí)也使機(jī)床在加工過程中主軸轉(zhuǎn)速平穩(wěn)變化，保證了工件及操作者的安全，極大地提高了恒線速車削指令在應(yīng)用過程中的有效性與安全性。

參考文獻(xiàn)

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[5] 沈陽高精GJ-201T數(shù)控車系統(tǒng)說明書[S].2007.

作者簡介：許巖松（1976—），男，遼寧凌源人，沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司工程師，碩士，研究方向：數(shù)字化制造；楊猛（1977—），男，北京人，沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司工程師，研究方向：數(shù)字化制造；朱?。?971—），男（滿族），遼寧北鎮(zhèn)人，沈陽航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，碩士，研究方向：信息系統(tǒng)與數(shù)字化制造。

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