FANUC數(shù)控系統(tǒng)固定循環(huán)的應(yīng)用研究

許巖松 朱 健

（沈陽航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽110034）

0 引言

FANUC數(shù)控系統(tǒng)中固定循環(huán)主要應(yīng)用在CNC銑床和加工中心以及帶銑削軸的CNC車床上孔的加工中。孔加工包括鉸孔、攻螺紋、單點(diǎn)鏜孔、成組刀具鉆孔、打錐沉孔、鏜平底沉頭孔、孔口面加工和背鏜等。FANUC固定循環(huán)是一個(gè)濃縮的模塊，它包含一系列預(yù)先編好的加工指令，程序的內(nèi)在格式不能由CNC程序員更改，因此稱為“固定”循環(huán)，這些程序指令跟各工作間重復(fù)的可預(yù)知的特定刀具運(yùn)動(dòng)相關(guān)。

1 基本規(guī)則

在編寫固定循環(huán)前或在固定循環(huán)有效的任何時(shí)刻都可以確立絕對(duì)或增量坐標(biāo)；G90選擇絕對(duì)模式，G91選擇增量模式，兩者均為模態(tài)模式；與所有加工過程一樣，使用固定循環(huán)的孔加工也可使用絕對(duì)模式G90或增量模式G91編程，這一選擇主要會(huì)影響孔的XY位置、R點(diǎn)和Z方向深度。絕對(duì)模式下所有值都與程序原點(diǎn)相關(guān)，增量模式下孔XY位置是相對(duì)于前一孔XY位置的距離。R值是與上一Z值的距離，這個(gè)點(diǎn)在調(diào)用循環(huán)前確定且進(jìn)給率在該點(diǎn)開始有效。Z向深度是從R點(diǎn)到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)結(jié)束點(diǎn)之間的距離，刀具在固定循環(huán)開始時(shí)快速運(yùn)動(dòng)到R點(diǎn)。如果固定循環(huán)模式中省略X和Y軸坐標(biāo)中的一個(gè)，那么只有一個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，另一方向坐標(biāo)不變。如果X、Y軸都省略，那么將在當(dāng)前刀具位置執(zhí)行循環(huán)。

2 平面選擇

2.1 初始平面選擇

有兩個(gè)準(zhǔn)備功能可在固定循環(huán)結(jié)束時(shí)控制Z軸退刀。G98和G99指令只用于固定循環(huán)，不會(huì)影響其他運(yùn)動(dòng)模式。它們的主要作用就是在孔之間運(yùn)動(dòng)時(shí)繞開障礙物，障礙物包括夾具、零件的突出部分、未加工區(qū)域及附件等。如果沒有這兩條指令，就必須停止循環(huán)來移動(dòng)刀具，然后再繼續(xù)該循環(huán)，而使用G98和G99指令就可以不用取消固定循環(huán)直接繞過這些障礙物，這就提高了加工效率。如果固定循環(huán)中沒有編寫G98或G99執(zhí)行，那么控制系統(tǒng)就會(huì)選擇由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的默認(rèn)指令（通常是G98）。

根據(jù)定義，初始平面是調(diào)用固定循環(huán)前程序中最后一個(gè)Z軸坐標(biāo)的絕對(duì)值，從安全角度看，通常選擇該位置作為安全平面，它不能隨意選擇，當(dāng)G98指令有效時(shí)，它能夠確保退刀平面高于所有障礙物。使用初始平面時(shí)再采取其他防范措施，能防止快速運(yùn)動(dòng)中切削刀具與工件、夾具和機(jī)床的碰撞。如：

N11G90G54G00X100.0Y45.0S1200M03

N12G43Z20.0H01M08

N13G98G81X100.0Y45.0R2.5Z－20.0F200.0

上述程序段N13中調(diào)用固定循環(huán)，在它之前的程序段N12中的Z軸坐標(biāo)是Z20.0，這就是初始平面設(shè)置。如為使程序保持連貫性，可將Z平面位置選擇在標(biāo)準(zhǔn)高度上，也可在不同程序中選擇不同的Z平面位置，但一定要保證加工的安全性。因?yàn)橐坏╅_始執(zhí)行固定循環(huán)，就不能再改變Z平面，除非先使用G80取消循環(huán)，然后再改變Z平面并再次調(diào)用所需的循環(huán)。Z平面在G90模式下以絕對(duì)值來表示。

2.2 R平面選擇

任何固定循環(huán)程序段都需要兩個(gè)Z軸坐標(biāo)，一個(gè)是切削的起點(diǎn)，另一個(gè)表示孔深的終點(diǎn)。但基本編程規(guī)則中并不允許某個(gè)軸地址在一個(gè)程序段中出現(xiàn)多次，因此需要用其他字母來代替。FANUC系統(tǒng)中用R來替代Z地址，這一參考位置也稱R平面，可將R平面理解成“快速運(yùn)動(dòng)到起點(diǎn)”。R平面位置通常比初始平面位置要低，如果兩個(gè)平面重合，則循環(huán)起點(diǎn)和終點(diǎn)與初始平面相同。R平面一般都在G90模式下使用絕對(duì)值編程。

在R平面的選擇中，如果程序中編寫準(zhǔn)備功能G99，R平面不僅是切削進(jìn)給的起點(diǎn)，也是切削刀具在循環(huán)完成前的退刀平面；如果編寫G98，刀具將返回初始平面。但背鏜循環(huán)G87不能使用G99退刀模式，只能用G98。通常R平面選擇在Z0點(diǎn)上方1～5mm處，但對(duì)于使用G74和G84的攻螺紋循環(huán)而言，R平面位置通常要增加3～4倍，增加的安全間隙主要為了讓進(jìn)給率在實(shí)際接觸工件前加速達(dá)到最大值。

N20G90G00G54X40.0Y50.0S1000M03

N21G43Z20.0H01M08

N22G99G85R2.5Z－24.0F200.0

N23…

上述實(shí)例中初始平面在N21段中設(shè)為Z20.0，程序段N22中設(shè)置R平面為2.5mm，同一程序段中編寫了G99指令且在整個(gè)循環(huán)中不做改變，也就是在循環(huán)開始和結(jié)束時(shí)，刀具位置都在工件原點(diǎn)上方2.5mm的地方，當(dāng)?shù)毒邚囊粋€(gè)孔移到下一孔時(shí)，Z高度保持在工件上方2.5mm位置上不變，只沿XY軸方向移動(dòng)。

2.3 Z向深度計(jì)算

固定循環(huán)中的切削深度表示刀具切削到的最終位置，用Z表示，通常該點(diǎn)低于R平面和初始平面，但G87例外。要編寫高質(zhì)量的程序，一定要使用通過精確計(jì)算得出的Z向深度。Z向深度計(jì)算必須遵循以下幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)：圖紙上孔的尺寸（直徑和深度）、絕對(duì)或增量編程方法、使用的切削刀具類型、刀尖長(zhǎng)度（鉆頭和其他刀具）、材料厚度和全直徑孔深、材料上方和下方所選安全間隙。立式加工中心中，Z0點(diǎn)通常選在已加工零件的上表面，因此Z地址的值總為負(fù)。在使用標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆時(shí)，則必須考慮其刀尖長(zhǎng)度，標(biāo)準(zhǔn)鉆頭設(shè)計(jì)有一個(gè)118°～120°的頂角，因此需要在指定深度時(shí)加上相應(yīng)的長(zhǎng)度。

3 固定循環(huán)的重復(fù)

固定循環(huán)的重復(fù)執(zhí)行次數(shù)由L或K來確定，通?？椎募庸ぶ恍枰刂葡到y(tǒng)在一個(gè)位置執(zhí)行一次固定循環(huán)就可以了，即L1或K1，因此無需編寫執(zhí)行次數(shù)。但如果需要重復(fù)循環(huán)，則必須編寫L…或K…指令來設(shè)定固定循環(huán)執(zhí)行的次數(shù)。在固定循環(huán)指令中，L1或K1是系統(tǒng)默認(rèn)的，其余值必須給出，范圍是L0～L9999或K0～K9999，最小值是L0或K0。但L0或K0并不是表示“不執(zhí)行該循環(huán)”，而是“暫時(shí)不執(zhí)行該循環(huán)，存儲(chǔ)循環(huán)參數(shù)以備后用”。

N10G90G99…

N11G81X20.0Y30.0R2.0Z－5.0F100.0

N12G91X5L3（K3）

N13G90G80G00…

上例中相鄰孔之間增量為5mm，在程序段N12中采用增量模式，并利用重復(fù)次數(shù)L的強(qiáng)大功能顯著縮短了CNC程序。

4 固定循環(huán)的取消

G80指令可以取消任何有效的固定循環(huán)。編寫G80時(shí)，控制器模式可自動(dòng)切換到G00快速運(yùn)動(dòng)模式。

N11G80

N12X15.0Y－10.0

與

N11G80

N12G00X15.0Y－10.0

其結(jié)果完全一樣，第二種方法可能更好，也可以合并成N12G80G00X15.0Y－10.0。

同時(shí)01組準(zhǔn)備功能G代碼G00、G01、G02、G03和G32等是主要的運(yùn)動(dòng)指令，且可取消任何有效的固定循環(huán)（注：如在同一程序段中出現(xiàn)固定循環(huán)和01組的運(yùn)動(dòng)指令，那么它們的編程順序非常重要），如：G00G81X…Y…R…Z…P…Q…L…F…；此程序段將執(zhí)行固定循環(huán)，而G00無效。但如果將G81與G00位置互換，即：G81G00X…Y…R…Z…P…Q…L…F…；則不執(zhí)行固定循環(huán)，而執(zhí)行X和Y軸的運(yùn)動(dòng)，即G00有效，將忽略存儲(chǔ)在F值之外的其他數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

利用固定循環(huán)指令進(jìn)行加工生產(chǎn)，提高了編程和加工效率。盡管固定循環(huán)指令的應(yīng)用還有一定的局限性，比如輪廓的形狀、毛坯的形狀，但固定循環(huán)指令功能會(huì)朝著集成化和智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，掌握了固定循環(huán)指令及參數(shù)的應(yīng)用技巧，必定能為機(jī)械加工提供更大的幫助。

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