不同數控系統中恒線速車削的應用方法

許巖松　楊猛　朱健

摘要：文章通過對廣泛應用的數控車床控制系統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用方法及注意事項，顯著提高了數控車床加工工件的精度及表面質量，同時大大地提高了工件的加工效率。

關鍵詞：數控系統；恒線速車削；指令代碼；數控車床；切削點 文獻標識碼：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，工件通常以被車削工件的軸線為中心線進行旋轉，刀具切削工件的切削點可以看成圍繞被車削工件主軸軸線作圓周運動，圓周切線方向的瞬時速率稱為切削線速度（通常簡稱為線速度）。當車削圓柱形工件的內、外徑時，車床主軸轉速根據線速度公式v=πDn/1000（m/min）可以根據工件的直徑變化在一定范圍內連續變化，以保持實時切削位置的切削線速度不變（恒定）。使用此功能的優點是：對于直徑變化的工件，如果保持工件上各點的切削線速度相同，被車削工件表面的粗糙度一致性好，從而使工件表面質量顯著提高。但使用恒線速度功能加工端面、錐面和圓弧時，隨著直徑尺寸的變化，特別是當刀具接近工件中心時，主軸的轉速會越來越高，造成離心力過大，從而造成機床振動，反而影響被加工工件的表面質量，如果造成工件脫落，甚至會危及機床周邊人員的生命。針對這種情況，就必須限制車床主軸的最高轉速，也就是說，當由切削線速度計算出主軸轉速高于機床設定的最高轉速時，車床主軸轉速被限制在機床設定的最高轉速，而不再執行計算出的轉速。

1 不同數控系統中恒線速車削指令

1.1 西門子802D數控系統

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為主軸轉速上限，只在G96中生效；F為每轉進給量，mm/r。

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

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

在西門子802D系統中，主軸的最低與最高轉速在系統參數中的“設定數據”中均可設定，G25/G26及LIMS的值均應在其設定的范圍之內，如果發生沖突，以系統中“設定數據”中的值為準。G25/G26指令均要求一獨立的程序段來定義。

N10 G25 S80；主軸轉速下限為80r/min。

N20 G26 S1000；主軸轉速上限為1000r/min。

1.2 FANUC Oi TD系統、廣州數控GSK980TE2系統和凱恩帝K1000T系統

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為主軸轉速，單位：r/min。

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

FANUC Oi TD系統參數NO.0067與NO.0068為恒線速控制時的主軸轉速下限與上限值。

廣州數控GSK980T系統參數P67中設置恒線速控制時的主軸轉速下限值，默認值為100r/min，P55、P56、P57、P58分別為根據機床變速齒輪檔位在1、2、3、4位置的不同而在相應的參數中設置主軸轉速上限，默認值為9999r/min。

凱恩帝KND1000T系統參數P67中設置恒線速控制時的主軸轉速下限值，默認值為0r/min，P60中設置主軸轉速上限值，默認值為9999r/min。

1.3 華中8型HNC8AT系統

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為主軸轉速，單位：r/min

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

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

1.4 高精數控GJ-201T系統

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為主軸轉速，單位：r/min。

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

高精數控GJ-201T系統的系統參數No.0222、No.0223分別設定了機床的最低轉速與最高轉速。當G92設定的值與No.0222或No.0223發生沖突時，以No.0222或No.0223設定的值為主。

2 恒線速切削的注意事項

機床主軸必須為受控主軸（如伺服主軸或變頻主軸），當使用G96功能時，必須進行主軸最高轉速的限制，否則容易出現“飛車”現象，從而造成危險。對于設定限制主軸最高轉速的指令，只適用于G96狀態，G97狀態時不限制。在G96狀態中，當機床鎖住時，機床不動，主軸的轉速是對應于程序中X坐標值的變化而計算出來的。G96、G97為模態值，當電源接通時，G97為機床的默認狀態，在西門子802D系統中G96可被G94、G95、G97取代。而對于其他系統，每轉進給（GSK980T、KND K1000T中為G99，FANUC 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，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，以使主軸以同一轉速運動。endprint

在G96狀態中，被指定的S值，即使在G97狀態中也保持著。當返回到G96狀態時，其值恢復。

G96 S50；切削線速度50m/min。

G97 S1000；主軸轉速為1000r/min。

G96 G01 X30；切削線速度50m/min。

從G96狀態變為G97狀態時，G97程序段如果沒有指令S碼（r/min），那么G96狀態的最后轉速作為G97狀態的S碼使用?？焖龠M給（G00）時的恒線速控制，對于用G00指令的快速進給程序段，當恒線速控制時，不進行時刻變化的刀具位置的線速度控制，而是計算程序段終點位置的線速度，這是因為快速進給不進行切削的緣故。但建議在G96與G97之間不使用G00指令，因為這樣可能會造成主軸轉速在短時間內的突變，從而發生危險狀況。同時在使用G96指令之前，一定要計算好使用G96之前的主軸轉速與之后的轉速，確保它們之間的轉速差距不能過大，否則也會造成主軸轉速突變，進而發生危險。

主軸速度倍率，對于指定的線速度或轉速，根據主軸倍率選擇，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，而不是刀補后的位置的線速度。X軸的零點應選在工件的軸心上，只有這樣才能保證G96功能的精確度。當X軸的坐標為負時，取其絕對值進行恒線速計算。

3 不同數控系統中恒線速車削的應用

下面以圖1所示零件的車削為例說明不同系統中恒線速車削指令的應用。

4 結語

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

同時，最重要的是通過上述程序的編輯可以看出，轉速n經過0→1500→3000→1631→509→300→0r/min的變化，既保證了加工的恒線速度，同時也盡可能地使車床主軸在加工過程中轉速保持平穩的轉變，至少不能突變。這樣既改善了被加工工件的表面質量，同時也使機床在加工過程中主軸轉速平穩變化，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用過程中的有效性與安全性。

參考文獻

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

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

[3] 凱恩帝KND K1000T數控車系統說明書[S].2011.

[4] 廣州數控GSK980TE2數控車系統說明書[S].2014.

[5] 沈陽高精GJ-201T數控車系統說明書[S].2007.

作者簡介：許巖松（1976—），男，遼寧凌源人，沈陽飛機工業（集團）有限公司工程師，碩士，研究方向：數字化制造；楊猛（1977—），男，北京人，沈陽飛機工業（集團）有限公司工程師，研究方向：數字化制造；朱?。?971—），男（滿族），遼寧北鎮人，沈陽航空職業技術學院教授，碩士，研究方向：信息系統與數字化制造。

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在G96狀態中，被指定的S值，即使在G97狀態中也保持著。當返回到G96狀態時，其值恢復。

G96 S50；切削線速度50m/min。

G97 S1000；主軸轉速為1000r/min。

G96 G01 X30；切削線速度50m/min。

從G96狀態變為G97狀態時，G97程序段如果沒有指令S碼（r/min），那么G96狀態的最后轉速作為G97狀態的S碼使用?？焖龠M給（G00）時的恒線速控制，對于用G00指令的快速進給程序段，當恒線速控制時，不進行時刻變化的刀具位置的線速度控制，而是計算程序段終點位置的線速度，這是因為快速進給不進行切削的緣故。但建議在G96與G97之間不使用G00指令，因為這樣可能會造成主軸轉速在短時間內的突變，從而發生危險狀況。同時在使用G96指令之前，一定要計算好使用G96之前的主軸轉速與之后的轉速，確保它們之間的轉速差距不能過大，否則也會造成主軸轉速突變，進而發生危險。

主軸速度倍率，對于指定的線速度或轉速，根據主軸倍率選擇，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，而不是刀補后的位置的線速度。X軸的零點應選在工件的軸心上，只有這樣才能保證G96功能的精確度。當X軸的坐標為負時，取其絕對值進行恒線速計算。

3 不同數控系統中恒線速車削的應用

下面以圖1所示零件的車削為例說明不同系統中恒線速車削指令的應用。

4 結語

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

同時，最重要的是通過上述程序的編輯可以看出，轉速n經過0→1500→3000→1631→509→300→0r/min的變化，既保證了加工的恒線速度，同時也盡可能地使車床主軸在加工過程中轉速保持平穩的轉變，至少不能突變。這樣既改善了被加工工件的表面質量，同時也使機床在加工過程中主軸轉速平穩變化，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用過程中的有效性與安全性。

參考文獻

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

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

[3] 凱恩帝KND K1000T數控車系統說明書[S].2011.

[4] 廣州數控GSK980TE2數控車系統說明書[S].2014.

[5] 沈陽高精GJ-201T數控車系統說明書[S].2007.

作者簡介：許巖松（1976—），男，遼寧凌源人，沈陽飛機工業（集團）有限公司工程師，碩士，研究方向：數字化制造；楊猛（1977—），男，北京人，沈陽飛機工業（集團）有限公司工程師，研究方向：數字化制造；朱?。?971—），男（滿族），遼寧北鎮人，沈陽航空職業技術學院教授，碩士，研究方向：信息系統與數字化制造。

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在G96狀態中，被指定的S值，即使在G97狀態中也保持著。當返回到G96狀態時，其值恢復。

G96 S50；切削線速度50m/min。

G97 S1000；主軸轉速為1000r/min。

G96 G01 X30；切削線速度50m/min。

從G96狀態變為G97狀態時，G97程序段如果沒有指令S碼（r/min），那么G96狀態的最后轉速作為G97狀態的S碼使用。快速進給（G00）時的恒線速控制，對于用G00指令的快速進給程序段，當恒線速控制時，不進行時刻變化的刀具位置的線速度控制，而是計算程序段終點位置的線速度，這是因為快速進給不進行切削的緣故。但建議在G96與G97之間不使用G00指令，因為這樣可能會造成主軸轉速在短時間內的突變，從而發生危險狀況。同時在使用G96指令之前，一定要計算好使用G96之前的主軸轉速與之后的轉速，確保它們之間的轉速差距不能過大，否則也會造成主軸轉速突變，進而發生危險。

主軸速度倍率，對于指定的線速度或轉速，根據主軸倍率選擇，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，而不是刀補后的位置的線速度。X軸的零點應選在工件的軸心上，只有這樣才能保證G96功能的精確度。當X軸的坐標為負時，取其絕對值進行恒線速計算。

3 不同數控系統中恒線速車削的應用

下面以圖1所示零件的車削為例說明不同系統中恒線速車削指令的應用。

4 結語

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

同時，最重要的是通過上述程序的編輯可以看出，轉速n經過0→1500→3000→1631→509→300→0r/min的變化，既保證了加工的恒線速度，同時也盡可能地使車床主軸在加工過程中轉速保持平穩的轉變，至少不能突變。這樣既改善了被加工工件的表面質量，同時也使機床在加工過程中主軸轉速平穩變化，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用過程中的有效性與安全性。

參考文獻

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

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

[3] 凱恩帝KND K1000T數控車系統說明書[S].2011.

[4] 廣州數控GSK980TE2數控車系統說明書[S].2014.

[5] 沈陽高精GJ-201T數控車系統說明書[S].2007.

作者簡介：許巖松（1976—），男，遼寧凌源人，沈陽飛機工業（集團）有限公司工程師，碩士，研究方向：數字化制造；楊猛（1977—），男，北京人，沈陽飛機工業（集團）有限公司工程師，研究方向：數字化制造；朱?。?971—），男（滿族），遼寧北鎮人，沈陽航空職業技術學院教授，碩士，研究方向：信息系統與數字化制造。

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