基于FANUC系統(tǒng)巧用G10實(shí)現(xiàn)深圓弧槽的優(yōu)化加工

陳銀 黃俞淇

摘 要：文章基于典型的FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)，另辟蹊徑，充分開發(fā)特殊指令G10的功能，使用圓弧車刀實(shí)現(xiàn)對(duì)深圓弧槽零件的加工，簡化了編程，提高加工效率，保證加工質(zhì)量，同時(shí)體現(xiàn)數(shù)控車床的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：FANUC系統(tǒng)；G10；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TG519.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）08-0009-03

1 數(shù)控車削加工中工件加工的難點(diǎn)

在數(shù)控車削加工中，經(jīng)常會(huì)有深圓弧槽類零件的加工，此類工件一直是數(shù)控車削加工中的難點(diǎn)，主要體現(xiàn)如下：

1.1 工藝繁瑣

對(duì)于深圓弧槽的刀具選擇，有時(shí)為了避免干涉問題，常采用左右外圓刀加工，這樣既增加了工藝的復(fù)雜性，又降低了效率，對(duì)于兩把刀拼接加工，還影響了工件質(zhì)量，急待選擇合理的刀具來解決此類問題。

1.2 編程復(fù)雜

對(duì)于深圓弧槽的編程，有時(shí)選用子程序編程，有時(shí)選用固定循環(huán)指令，但以上兩種編程都存在一定的缺陷，使用子程序編程時(shí)，其編程方式受到限制，編程不夠靈活。使用外圓車削固定循環(huán)指令編程時(shí)，因其指令固化，刀路比較固定，導(dǎo)致其空刀比較多，影響了加工效率，急待優(yōu)化。

2 優(yōu)化方案

基于以上兩點(diǎn)，本文提出解決此類零件加工的方案，從工藝和程序兩個(gè)方面對(duì)此類加工實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。

2.1 工藝優(yōu)化

傳統(tǒng)的加工方案，可以先用切槽刀開粗去余量，然后再用左右偏刀來對(duì)接加工圓弧，如圖1所示，這就不僅增加了工藝安排的難度，增加了加工成本，還降低了加工效率，同時(shí)給編程也增加了難度。

2.1.1 刀具優(yōu)化方案

國內(nèi)外實(shí)踐已充分證明，可轉(zhuǎn)位刀具是一種先進(jìn)刀具。但是，只有掌握它的性能，正確合理使用，才能揚(yáng)長避短，取得好的效益。推廣可轉(zhuǎn)位刀具，一方面是提高刀具的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量；另一方面，正確合理地使用也是非常重要的。本加工方案選擇如圖2所示圓弧車刀，這種圓弧車刀屬可轉(zhuǎn)位機(jī)夾刀，不需刃磨，所用刀片為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，正常磨損后，可直接更換，不需調(diào)整程序，提高加工效率。

2.1.2 車刀選擇原則

加工凹形輪廓時(shí)，車刀圓弧半徑應(yīng)小于或等于被加工凹形輪廓的最小半徑，并根據(jù)所加工的槽的深度選擇刀桿伸出端長度，以免與工件發(fā)生干涉。而加工凸形輪廓時(shí)，車刀圓弧半徑應(yīng)盡量取大，以利于提高刀具的強(qiáng)度。圓弧車刀可以用于車削內(nèi)、外表面，特別適于車削各種光滑連接（凹形）的成形面。

2.1.3 刀片型號(hào)選擇

根據(jù)GB/T 2076-1987《切削刀具可轉(zhuǎn)位刀片型號(hào)表示規(guī)則》規(guī)定，可轉(zhuǎn)位刀片的型號(hào)由代表一定意義的字母和數(shù)字代號(hào)按一定順序排列組成，共有10個(gè)號(hào)位，每個(gè)號(hào)位的含義可查相關(guān)規(guī)定表格，選擇適宜的刀片。

2.1.4 切削用量選擇

廠家出廠的刀片已經(jīng)經(jīng)過無數(shù)次的切削試驗(yàn)，無需使用者再去花時(shí)間和成本進(jìn)行切削試驗(yàn)，這就大大地降低了成本，只需根據(jù)刀片廠商提供切削參數(shù)，如：

f=0.5（0.3-0.8） mm/rev，Vc=220（150-300） m/min，

括號(hào)前數(shù)值為廠家推薦值，括號(hào)內(nèi)為參數(shù)最低值和最高值。操作人員使用的時(shí)候，可根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式：

n=1 000 Vc/∏D；F=f×n

計(jì)算出主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量，配以合適的背吃刀量即可實(shí)現(xiàn)合理的切削加工。

2.2 程序優(yōu)化

在手工編程加工中半徑補(bǔ)償值輸入CNC儲(chǔ)存器的方法主要是用手工方法，即用手動(dòng)的方法將要使用的半徑值從CRT面板中直接輸入，這種方法輸入的半徑值是固定不變的。若用更改磨耗的方法進(jìn)行加工則只能單次輸入單次加工，不能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)加工，這就影響了加工效率，若能實(shí)現(xiàn)連續(xù)更改磨耗，則將大大提高加工效率，同時(shí)降低編程的復(fù)雜性。

2.2.1 G10指令的應(yīng)用

G10是FANUC系統(tǒng)提供給用戶應(yīng)用程序指令方式進(jìn)行參數(shù)修改的指令，其功能強(qiáng)大，如刀具壽命管理、工件坐標(biāo)修改、刀具補(bǔ)償值修改等。但在日常的編程中卻很少得到應(yīng)用，如能應(yīng)用得當(dāng)，將大大方便編程，將參數(shù)變化的設(shè)定完成于編程階段，并避免因參數(shù)設(shè)置不當(dāng)而導(dǎo)致機(jī)器誤動(dòng)作等問題。在程序中用指令G10將對(duì)應(yīng)的半徑值輸入到儲(chǔ)存器內(nèi)，通過變量的形式設(shè)半徑值為一個(gè)變量再與G10對(duì)應(yīng)，將不斷變化中的半徑值輸入CNC儲(chǔ)存器中，那么這個(gè)程序加工的輪廓可以實(shí)現(xiàn)不斷的變化，在手工編程中這種編程是一個(gè)靈活而又強(qiáng)大的功能，特別當(dāng)它與宏程序結(jié)合一起使用時(shí)，將更加顯出它的功能方便。

G10可編程參數(shù)輸入允許用戶在程序中設(shè)置偏置，用G10代替手工輸入刀具偏置，補(bǔ)償、工件坐標(biāo)系偏置等。對(duì)于車削，基主要格式有：

G10 P X Y Z R Q 絕對(duì)值模式編程

G10 P U V W C Q 增量值模式編程

P：設(shè)置的偏置號(hào)，在車削補(bǔ)償頁面中，幾何G01表示幾何偏置（絕對(duì)值），磨耗W01表示磨損偏置（增量值），為了便于區(qū)分，磨損偏置與幾何偏置差10 000，即10 000以上為幾何偏置，10 000以下為磨損偏置。P10001：表示幾何頁面中1號(hào)偏置（G01），P1表示磨損頁面中1號(hào)偏置（W01）。

X Y Z：偏置寄存器表示X、Y、Z軸絕對(duì)值，Y軸適用于車銑復(fù)合中心。

U V W：偏置寄存器表示X、Y、Z軸相對(duì)值。

R：刀尖圓弧半徑絕對(duì)值

C：刀尖圓弧半徑相對(duì)值

Q：半徑補(bǔ)償偏置方位號(hào)。

例如：（1）G10 P10001 X0 Z0 R0 Q0清除幾何頁面中XZR值為0，刀補(bǔ)號(hào)清空。（2）G10 P1 X10 Z0 R0.4 Q3將磨耗頁面中一號(hào)刀位磨耗X軸輸入10，Z為0，刀尖半徑輸入0.4，刀尖方位輸入3。

2.2.2 刀補(bǔ)編程

對(duì)于如圖2所示的圓弧形車刀，圓弧開車刀上構(gòu)成主切削刃的刀刃形狀為一圓度誤差或輪廓誤差很小的圓弧。在該圓弧上的每一點(diǎn)都是圓弧形車刀的刀尖，當(dāng)切削加工時(shí)刀具切削點(diǎn)在刀尖圓弧上變動(dòng)，因此，刀位點(diǎn)不在圓弧上，給手工編程帶來了一定的麻煩。但若能使用刀補(bǔ)進(jìn)行編程，則將大大降低編程的難度，優(yōu)化了程序。而使用刀補(bǔ)編程，要解決好兩個(gè)方面的問題。

①刀補(bǔ)的判斷。G41為刀具左補(bǔ)償：站在刀具路徑上，沿著切削前進(jìn)方向看，刀具偏在工件的左側(cè)；G42為刀具右補(bǔ)償：站在刀具路徑上，沿著切削前進(jìn)方向看，刀具偏在工件的右側(cè)。

②刀尖方位的判斷。刀尖方位的判斷取決于刀尖圓弧中心的動(dòng)向，它總是與切削表面法向的半徑矢量不重合，假想刀尖的方位是由坐標(biāo)系和切削時(shí)的刀具的方向決定的，刀尖方位圖如圖3所示，共有10種方位（0-9），對(duì)于本案例，刀尖方位應(yīng)為0或9。

3 加工案例

本文試以形深圓弧槽的加工為例，如圖4所示。

3.1 刀具的選擇

選用球頭車刀，刀桿型號(hào)為：EVJNR-2020K16

選用球頭刀片，刀片型號(hào)為：RCMT0602MO-61

3.2 對(duì) 刀

使用試切法對(duì)刀，因?yàn)榍蝾^車刀刀位點(diǎn)在圓弧圓心點(diǎn)，而編程時(shí)是以圖形輪廓進(jìn)行編程的，所以在對(duì)刀時(shí)應(yīng)以圓圓心點(diǎn)為對(duì)刀的基準(zhǔn)點(diǎn)，且程序中必須增加刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能，在刀偏頁面OFFSET，G01形狀Z坐標(biāo)處輸入試切長度值Z3測量，在X坐標(biāo)處輸入（試切直徑值+2×3 mm）測量，即完成圓弧車刀的對(duì)刀。

3.3 切削用量

切前用量見表1。

3.4 程 序

程序及注釋說明見表2。

以上使用G10和宏語句編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)磨耗的連續(xù)變化控制，只需按輪廓進(jìn)行編程，即可實(shí)現(xiàn)磨耗的連續(xù)變化控制，從而完成深圓弧槽的粗精加工，程序語句簡潔明了。在FANUC 0i Mate Tc CKA6140型臥式車床上試車完成驗(yàn)證，工件實(shí)物如圖5所示，加工過程鐵屑斷屑合理，加工后各項(xiàng)精度指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

4 結(jié) 語

對(duì)于深圓弧槽的加工，本文從加工工藝和程序兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。尤其在程序優(yōu)化方面，通過G10對(duì)磨耗的連續(xù)自動(dòng)控制，使程序更加簡潔明了。

此外，G10還可以完全替代外圓單一循環(huán)指令G90和外圓仿形固定循環(huán)粗加工G73指令。在端面加工中，又可以替代端面單一循環(huán)指令G94，也可用于具備一定規(guī)律的多槽加工中，比如等矩多槽的加工，只需設(shè)定Z的磨耗為定值，連續(xù)不斷變換，即可實(shí)現(xiàn)多槽的加工。G10指令使數(shù)控程序具有一定的柔性、開放性和可適應(yīng)性，如果能夠靈活運(yùn)用，會(huì)使程序簡便，并觸類旁通，值得推廣。

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