G32 指令在交叉油槽加工中的應(yīng)用

方 靖，蘇河燦

（1.集美工業(yè)學(xué)校，福建 廈門(mén) 363000；2.福建龍溪軸承股份有限公司，福建 漳州 363900）

0 引言

在常規(guī)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)中，兩個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)部件通常采用滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承來(lái)減小部件間的磨損和降低運(yùn)動(dòng)阻力。對(duì)于低速重載的運(yùn)動(dòng)部件，滑動(dòng)軸承會(huì)在其內(nèi)部設(shè)計(jì)潤(rùn)滑油槽等結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)潤(rùn)滑效果。為達(dá)到更好的潤(rùn)滑效果，軸套內(nèi)部也常常設(shè)置專(zhuān)用的潤(rùn)滑油槽。在傳統(tǒng)設(shè)備的加工生產(chǎn)中，為控制成本，軸套內(nèi)部的潤(rùn)滑油槽通常采用簡(jiǎn)單的環(huán)形或軸向槽結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑和密封效果略差。為滿(mǎn)足更高的使用要求和達(dá)到更佳的潤(rùn)滑效果，軸承用潤(rùn)滑油槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得日益新穎，最常見(jiàn)的例子有“8”形交叉油槽或雙“8”形交叉油槽。加工這種封閉式螺旋油槽時(shí)，常規(guī)的循環(huán)指令如G92 和G76 由于存在循環(huán)起點(diǎn)問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足加工需求。此時(shí)，單行程指令G32 可發(fā)揮其斜進(jìn)刀和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的編程優(yōu)勢(shì)，成為理想的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，這種交叉油槽結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生更佳的潤(rùn)滑效果。

1 “8”形油槽加工工藝分析

工程機(jī)械中的低速、重載運(yùn)動(dòng)部件或高速、高精度的動(dòng)壓潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)通常采用“8”形交叉油槽軸套，這是一種封閉式螺旋油槽結(jié)構(gòu)[1]。如圖1 所示，油槽的導(dǎo)程196 mm，這種油槽在中間開(kāi)有注油孔，方便后期的加油或動(dòng)壓潤(rùn)滑。

圖1 “8”字形交叉油槽

“8”形交叉油槽的掃描軌跡為兩條頭尾相接的螺旋線(xiàn)，在工件內(nèi)表面螺旋掃描后回到起點(diǎn)，形狀如“8”，故名“8”形油槽。這種封閉式“8”字形油槽在加工時(shí)起點(diǎn)與終點(diǎn)重合，不能有任何缺口、接刀等缺陷，否則會(huì)影響其密封性和潤(rùn)滑效果。普通車(chē)床難以滿(mǎn)足該油槽的加工要求，多軸數(shù)控機(jī)床的加工效率又比較低且成本高昂。

在使用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床加工時(shí)，常用的G92 和G76 等循環(huán)加工指令會(huì)在前后留下進(jìn)退刀槽，無(wú)法滿(mǎn)足封閉式螺旋油槽的加工要求，其走刀軌跡如圖2所示。

圖2 循環(huán)指令走刀軌跡

為降低成本和提高效率，可以在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床上采用G32 單行程螺旋槽加工指令。該指令可以控制進(jìn)刀路徑、加工路徑掃描軌跡和退刀路徑，實(shí)現(xiàn)全封閉式加工，不存在停頓點(diǎn)，可以保證“8”字形交叉油槽兩端的平滑過(guò)渡，使?jié)櫥湍苷Ａ鲃?dòng)，解決了螺旋槽封閉式和密封性的難題。

選擇具有連續(xù)螺旋槽加工功能的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床即可完成該油槽的加工。選用CKA6150 數(shù)控車(chē)床和FINUC-Oi 數(shù)控系統(tǒng)，主軸有三檔手動(dòng)轉(zhuǎn)速可調(diào)，X軸和Z 軸最大進(jìn)給速度為6000 mm/min。根據(jù)圖1，油槽截面為R5 圓弧，采用R5 成型刀具加工。

受數(shù)控車(chē)床進(jìn)給速度的限制，加工螺旋槽時(shí)需計(jì)算最佳主軸轉(zhuǎn)速。根據(jù)式：v = f·s，其中v為加工螺旋槽時(shí)的進(jìn)給速度（導(dǎo)程），f為螺旋槽導(dǎo)程，s為主軸轉(zhuǎn)速[2]。根據(jù)圖1，螺旋槽導(dǎo)程為196 mm。以6000 mm/min的最大進(jìn)給速度計(jì)算，主軸最高轉(zhuǎn)速為30 r/min。實(shí)際加工時(shí)選擇低速檔，確保低轉(zhuǎn)速時(shí)的輸出扭矩，防止出現(xiàn)“亂牙”現(xiàn)象。

2 G32 指令及其應(yīng)用

2.1 G32 指令

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床可以加工各種螺旋線(xiàn)，如直螺紋、錐螺紋和端面螺紋等。加工方法主要有三種：?jiǎn)涡谐搪菪矍邢?、?jiǎn)單循環(huán)螺旋槽切削和復(fù)合循環(huán)螺旋槽切削，分別對(duì)應(yīng)G32、G92 和G76 等指令。其中，G32 單行程螺旋槽切削指令格式為：G32 X（U）Z（W）F，其中X（U）和Z（W）為單次螺旋槽切削的終點(diǎn)坐標(biāo)，F(xiàn) 為螺旋槽導(dǎo)程。

G32 指令的特點(diǎn)是單行程，在執(zhí)行該指令時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)不會(huì)自動(dòng)退刀或返回循環(huán)起點(diǎn)?？梢赃B續(xù)使用G32 指令控制刀具加工螺旋槽的軌跡，系統(tǒng)執(zhí)行連續(xù)兩段G32 指令時(shí)不會(huì)停頓或退刀。加工封閉式螺旋槽時(shí)，可以使用G32 進(jìn)行斜進(jìn)刀和往復(fù)加工，回到起點(diǎn)時(shí)再使用G32 斜退刀。走刀路徑如圖3 所示，整個(gè)加工過(guò)程不停頓，不產(chǎn)生接刀痕，可以確保油槽的封閉性。

圖3 G32 指令加工走刀路徑

走刀路徑從A→B 斜進(jìn)刀切入工件，B→C 車(chē)削螺旋槽至C 點(diǎn)，C→B 反向車(chē)削封閉式螺旋槽至起點(diǎn)B，B→A 斜退刀回到起始點(diǎn)A。

2.2 G32 指令的應(yīng)用

“8”形油槽的路徑截面是圓弧型的，并且加工路徑是封閉的。在封閉路徑的頂端需要進(jìn)行換向操作。為了滿(mǎn)足這種加工需求，采用成型刀具進(jìn)行加工。在本案例中，以圖1 為例，使用FINUC-Oi 系統(tǒng)進(jìn)行程序編制。為了方便對(duì)刀操作，并能夠快速適應(yīng)后續(xù)產(chǎn)品尺寸變化，將工件坐標(biāo)系的X、Z 軸原點(diǎn)設(shè)置在工件的中心位置。加工程序如下：

%

O0001；程序名稱(chēng)

N010 T0101；選刀、建立工件坐標(biāo)系

N020 M03 S30；主軸正轉(zhuǎn)，設(shè)置轉(zhuǎn)速為每分鐘30 轉(zhuǎn)

N030 #1=212；設(shè)置螺紋底徑（留有8mm 作為切入）

N040 #2=217.8；設(shè)置螺紋大徑（留有8mm 作為切入）

N050 WHILE [#1 LE #2] DO 1；設(shè)置條件當(dāng)未加工到螺紋大徑時(shí)執(zhí)行第一循環(huán)

N060 G00 G40 X [#1]；刀具快速定位到徑向切入起點(diǎn)

N070 G00 Z49. ；刀具快速定位到軸向切入起點(diǎn)

N080 G32 U8. Z-49. F196 ； 螺紋切人，徑向采用相對(duì)坐標(biāo)固定值可以保證每次加工螺紋起始角相同

N090 G32 Z49.F196 ；正向加工油槽

N100 G32 Z-49. F196 ；返向加工形成封閉式“8”字油槽

N110 G32 Z49. F196 ；為確保退刀時(shí)不產(chǎn)生接刀，將刀具運(yùn)行到正向油槽頂端

N120 G32 U-8. Z-49. F196 ； 螺紋切出

N130 #1=#1+0.1；徑向偏置，加工油槽徑向背吃刀量

N140 END 1；第一循環(huán)結(jié)束

N150 G00 X200. ；徑向快速退刀

N160 G00 G40 Z300. ；軸向快速退刀

N170 M05 ；主軸停止

N180 M30 ；程序結(jié)束

%

在使用G32 指令進(jìn)行編程時(shí)，車(chē)削路徑仍然模擬一個(gè)加工循環(huán)，通過(guò)在切入、切出和返程路徑中持續(xù)使用G32 指令，可以避免刀具在切入和切出工件時(shí)的加減速，從而減少刀痕的產(chǎn)生，保持油槽的完整性和密封性[3]。

由于油槽的螺距較大且截面為半圓形，為了降低刀具在加工過(guò)程中的阻力并提高油槽的表面質(zhì)量，在編程時(shí)需要設(shè)置較小的背吃刀量，并增加總的加工次數(shù)。然而，由于G32 指令是單行程指令，如果使用普通編程模式，程序會(huì)變得相對(duì)冗長(zhǎng)，容易出錯(cuò)。

相比普通程序，宏程序可以使用函數(shù)變量，通過(guò)對(duì)函數(shù)變量進(jìn)行賦值、自加或自減等計(jì)算處理，實(shí)現(xiàn)程序的循環(huán)功能。在交叉油槽的加工編程中，可以采用宏程序來(lái)模擬循環(huán)指令，減少程序的長(zhǎng)度并簡(jiǎn)化程序的結(jié)構(gòu)。當(dāng)遇到尺寸不同但類(lèi)型相同的零件時(shí)，只需簡(jiǎn)單修改部分?jǐn)?shù)據(jù)，即可直接使用宏程序進(jìn)行加工。

通過(guò)以上優(yōu)化措施，可以有效簡(jiǎn)化編程過(guò)程，減少程序的復(fù)雜性，提高編程的準(zhǔn)確性和可靠性。宏程序的應(yīng)用使得交叉油槽加工編程更加高效和靈活，在處理不同尺寸的零件時(shí)具有良好的適應(yīng)性。

3 存在問(wèn)題

在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，采用G32 指令結(jié)合宏程序簡(jiǎn)化編程確實(shí)為加工不同尺寸的同類(lèi)產(chǎn)品帶來(lái)便利，通過(guò)修改部分變量即可實(shí)現(xiàn)程序調(diào)整。然而，機(jī)床的伺服電機(jī)和絲桿參數(shù)對(duì)各軸的最高進(jìn)給速度造成限制，當(dāng)產(chǎn)品的加工尺寸和導(dǎo)程變化較大時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速需要及時(shí)調(diào)整，否則可能引發(fā)亂牙現(xiàn)象，導(dǎo)致首件加工報(bào)廢。這一問(wèn)題在企業(yè)應(yīng)用中很容易被忽視視，亟待解決對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，工程師需要提前了解所采用的數(shù)控機(jī)床參數(shù)，并根據(jù)圖紙尺寸計(jì)算出合理的轉(zhuǎn)速，在工藝卡中詳細(xì)記錄，嚴(yán)禁工人操作時(shí)出現(xiàn)偏差。

除了以上遇到的主要問(wèn)題外，在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）刀具后角。不同內(nèi)徑尺寸的產(chǎn)品，內(nèi)圓曲率不同，當(dāng)尺寸變化較大時(shí)，所選擇的刀具后角也要合適，如使用相同刀具容易出現(xiàn)干涉。

（2）程序中#1 和#2 參數(shù)的設(shè)置。由于所選的生產(chǎn)驗(yàn)證企業(yè)產(chǎn)品直徑大部分都在200 mm 及以上，所以在設(shè)置螺紋底徑和大徑時(shí)所預(yù)留的切入、切出距離8 mm 相對(duì)較大，當(dāng)遇到較小尺寸的產(chǎn)品時(shí)，修改以上兩個(gè)參數(shù)時(shí)應(yīng)注意退刀距離是否足夠，以免產(chǎn)生撞刀。

所以，優(yōu)化加工流程，合理設(shè)置加工參數(shù)，以及注意刀具后角的選擇和參數(shù)設(shè)置的靈活性，是確保成功應(yīng)用G32 指令在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床加工封閉式交叉油槽的關(guān)鍵。只有在工程師和操作人員的共同努力下，充分發(fā)揮數(shù)控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，企業(yè)才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高、生產(chǎn)效率的提升和生產(chǎn)成本的降低，從而取得更好的經(jīng)濟(jì)效益，保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在今后的研究和實(shí)踐中，還應(yīng)繼續(xù)深入探索數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，拓展宏程序在其他加工工藝中的應(yīng)用，以進(jìn)一步提高加工效率和質(zhì)量，為企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步提供持續(xù)支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床結(jié)合G32 指令的應(yīng)用在封閉式油槽加工領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)采用宏程序編程，不僅簡(jiǎn)化了程序結(jié)構(gòu)，還提高了企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中的靈活性和生產(chǎn)效率。這種加工方法適用于批量生產(chǎn)需求，并能夠滿(mǎn)足對(duì)交叉油槽潤(rùn)滑效果和加工質(zhì)量的高要求。