FANUC 0i系統車削加工中心極坐標與圓柱插補編程應用

武水秀

（西山煤電股份有限公司矸石電廠，山西 太原 030023）

數控機床借助于微電子、計算機技術的飛速進步，正向著高精度、多功能、高速化、高效率、復合加工功能、智能化等方向邁進。數控車床一般只能加工回轉體類零件，而要在回轉類零件的端面加工孔系、矩形輪廓、矩形槽等形狀，外輪廓上加工的螺旋槽、異形槽或等分孔等形狀，則不能直接由數控車床加工完成，只能再由具有旋轉軸的加工中心裝夾找正后繼續加工，這將影響零件的加工精度和增加零件的加工時間，降低生產效率，增加制造成本。而在車削中心上加工此類零件就比較方便，文章基于FANUC 0i CNC系統，對車削中心極坐標與圓柱插補編程進行了分析探討。

1 車削中心概述

車削中心是一種以車削加工模式為主，添加銑削動力刀頭后又可進行銑削加工模式的車銑合一的數控機床。車削中心的主要特征是主軸（稱為C軸）可以分度和進行伺服控制，回轉刀架上除了安裝車削刀具外，還可以安裝鉆削和銑削等自驅動刀具。在保證數控車床基本功能的同時，使工件在一次裝夾下實現回轉體的端面或圓柱面的銑削、鉆削、鏜削和攻絲的加工。這樣，可使工件在一次裝夾下完成更多的加工工序，不僅提高效率，而且能大大提高加工精度。

車削中心加工回轉體工件時，工件的旋轉是主運動，刀具的橫向或縱向移動是從運動。而在進行銑削加工時，主軸及工件將轉換成分度旋轉運動，裝在刀架臺上的刀具的旋轉運動是主運動，由內置于刀架臺內的伺服電機帶動。

2 極坐標插補G12.1、G13.1

極坐標插補功能是將輪廓控制由直角坐標系中編程的指令轉換成一個直線軸運動（刀具的運動）和一個回轉軸的運動（工件的回轉），這種方法用于在車削中心上切削端面和磨削凸輪軸。其書寫格式是：

G12.1；啟動極坐標插補方式（使極坐標插補有效）；

G13.1；極坐標插補方式取消；

可用G112和G113分別代替G12.1和G13.1。

FANUC系統極坐標的概念與數學中的極坐標概念有所不同，如果采用傳統的極軸、極角（ρ，θ）形式，需要借助于宏指令和復雜的數學公式來編程，比較復雜費時，因而，數控系統允許用戶將其當做X-C'直角坐標系來描述加工軌跡。在與Z軸垂直的平面內，由相互垂直的實軸（第一軸）X和虛軸（第二軸）C'組成極坐標系，坐標原點與程序原點重合，且虛軸C'的單位不是度或弧度，而是與實軸X軸的單位一樣，均為mm，見圖1。

圖1 極坐標插補平面

使用極坐標編程時的注意事項:

（1）執行G12.1和G13.1指令時必須在程序中單獨使用，且G12.1、G13.1必須成對。

（2）程序中的實軸X的坐標用直徑值指定，虛軸C的坐標用半徑值指定。

（3）刀具半徑補償G41/G42在極坐標插補模式下算法與其他坐標模式下算法不同，因而進入極坐標插補時必須是G40半徑補償取消方式。如果在極坐標中使用了半徑補償，退出極坐標之前必須先執行G40。

（4）在極坐標插補方式下能用的G指令有：G01、G02、G03、G04（暫停）、G40、G41、G42、G65/G66/G67（用戶宏程序指令）、G98/G99（min/rad進給）。

（5）在極坐標插補平面中為圓弧插補（G02/G03）指令圓弧半徑時，I、J、K參數的選用取決于插補平面中的第一軸（直線軸），當直線軸是X軸時，看作Xp-Yp平面，使用I、J。

極坐標插補編程實例見圖2。

圖2 極坐標插補程序示例

O0001；

N010 T0101；

N0100 G00 X120.0 C0 Z_； 定位起始位置

N0200 G12.1； 極坐標插補開始

N0201 G42 G01 X40.0 F_; 加工幾何形狀開始

N0202 C10.0;

N0203 G03 X20.0 C20.0 R10.0;

N0204 G01 X-40.0;

N0205 C-10.0;

N0206 G03 X-20.0 C-20.0 I10.0 J0;

N0207 G01 X40.0;

N0208 C0;

N0209 G40 X120.0; 加工幾何形狀結束

N0210 G13.1 極坐標插補取消

N0300 Z_;

N0400 X_ C_;

N0900M30；

3 圓柱插補指令G07.1

車削中心的Z-C坐標面，即柱面坐標系，主要用于加工圓柱凸輪槽。圓柱插補功能主要在圓柱表面展開的狀態下進行程序編寫，Z軸的單位為mm，C軸的單位為（°）。其書寫格式是：

G07.1 IP r； 啟動圓柱插補方式

G07.1 IP 0； 圓柱插補方式取消

IP為旋轉軸的名稱，用字母C或H表示（H為C的增量坐標字代碼），r為工作半徑。可以用G107代替G07.1。

例如：

N06 G07.1 C125.0；執行圓柱插補指令的旋轉軸是C軸，工作半徑125 mm

G07.1 C0； 圓柱插補指令取消

使用圓柱插補時的注意事項:

（1）用數控系統的1022號參數指定回轉軸是X或Y軸的平行軸。當設定1022參數第五位（與X軸平行的軸）時，圓弧插補指令為：

G18 Z_ C_;

G02(G03)Z_ C_ R_;

當設定1022參數第六位（與Y軸平行的軸）時，圓弧插補指令為：

G19 Z_ C_;

G02(G03)Z_ C_ R_;

程序中，G18、G19 為工作平面選擇指令，分別用于選擇Xp-Zp平面和Yp-Zp平面。車削的工作平面定義見圖3。

（2）圓弧插補時，圓弧半徑不能用字地址符I、J或K指定。

（3）為了在圓柱插補方式執行刀具補償，在進入圓柱插補方式之前應取消任何正在進行的刀具補償方式，然后，在圓柱插補方式內開始和結束刀具補償。

圓柱插補程序見圖4。

圖3 工作平面選擇

圖4 圓柱插補程序示例

O0001；

N01 G00 Z100.0 C0;

N02G01G18W0H0; 設定切削平面（W、H為Z、C的增量坐標字代碼）

N03 G07.1 C57.3; 圓柱插補功能開始，插補半徑為57.3mm

N04 G01 G42 Z120.0 D01 F250;

N05 C30.0;

N06 G02 Z90.0 C60.0 R30.0;

N07 G01 Z70.0;

N08 G03 Z60.0 C70.0 R10.0;

N09 G01 C150.0;

N10 G03 Z70.0 C190.0 R75.0;

N11 G01 Z110.0 C230.0;

N12 G02 Z120.0 C270.0 R75.0;

N13 G01 C360.0;

N14 G40 Z100.0;

N15 G07.1 C0; 圓柱插補功能取消

N16 M30;

4 結束語

在車削加工中心上合理使用極坐標與圓柱插補編程，可以使工件在一次裝夾下實現回轉體的端面或圓柱面的銑削、鉆削、鏜削和攻絲的加工。這樣，工件在一次裝夾下可以完成更多的加工工序，不僅提高效率，而且能大大提高加工精度，數控車削中心已廣泛應用于機械制造行業。