復雜溝槽車削加工的宏程序開發

■ 中國工程物理研究院材料研究所 （四川江油 621907） 趙四海 孫林平

復雜溝槽車削加工的宏程序開發

■ 中國工程物理研究院材料研究所 （四川江油 621907） 趙四海 孫林平

針對復雜溝槽在數控車削過程中程序編制復雜、容易出錯的問題，利用宏程序開發了適合加工復雜溝槽的循環指令，并通過多次的加工試驗進行驗證，簡化了復雜溝槽加工的數控程序代碼，提高了加工效率。

在數控加工過程中經常需要車削溝槽過程，Fanuc數控系統提供的G75切槽循環指令僅能加工簡單的直溝槽，對于含斜角或圓角等復雜溝槽的情況，則需要操作人員手工編制繁瑣的加工程序，這不僅工作量大而且容易出錯。

通過對復雜溝槽結構的分析，利用宏程序開發了適合加工復雜溝槽的循環指令，經過多次加工試驗驗證，能夠實現溝槽4個拐角多達16種拐角形狀的判定及其車削加工，不僅簡化了復雜溝槽加工的數控程序代碼，還節省編程時間、提高加工效率。

1. 問題的提出

在數控車削加工中，Fanuc數控系統提供的G75切槽循環指令僅能加工圖1a所示的簡單直溝槽，而對于常見的圖1b和圖1c所示的復雜溝槽，除需要使用G75指令外，還需要編制復雜、繁瑣的程序才能完成加工。

圖1 復雜溝槽形狀示意圖

2. 刀具路徑設計

通過對復雜溝槽的結構特點進行分析，采取將復雜溝槽分解成三個部分，然后采用分區域車削的方式來完成復雜溝槽的加工，分解方式如圖2所示。加工時先采用G75指令循環粗加工圖2中區域2，再使用G72端面切削循環指令粗、精加工圖2中區域1和區域3，最后精加工圖2中區域2的溝槽底部，從而完成整個復雜溝槽的加工。

圖2 復雜溝槽刀具路徑劃分示意圖

雖然該方法能夠完成復雜溝槽的加工，但在使用中發現該方法還存在一些不足：

（1）編制的程序代碼復雜、計算量大且容易出錯。

（2）溝槽尺寸或刀具尺寸發生變化時，程序改動量大。

（3）通用性不高，溝槽拐角處倒角類型發生變化后，需重新編制程序。

3. 宏程序的編制

為減少復雜溝槽的編程時間、降低出錯的概率以及提高程序的通用性，經過不斷地摸索和試驗，提出了采用宏程序的方式來完成含有斜角、圓角的復雜溝槽的加工方法，對#7輸入參數可以實現溝槽16種拐角形狀槽型的判定及加工。該宏程序由一個主程序和一個子程序組成，宏程序中相關參數的含義如圖3所示，子程序代碼如下：

O9010

IF[#4EQ#0]GOTO90 （切刀參數未賦值報警）

#100=#21*TAN[#1]

#101=#21*TAN[#2]

#111=ROUND[[#7AND8]*1000] /1000 （左上角倒角形狀判定）

#112=ROUND[[#7AND4]*1000] /1000 （左下角倒角形狀判定）

#113=ROUND[[#7AND2]*1000] /1000 （右下角倒角形狀判定）

#114=ROUND[[#7AND1]*1000] /1000 （右上角倒角形狀判定）

…

IF[#111EQ0]GOTO5

IF[#111EQ8]GOTO16

N5G72 W[#4*0.8] R0.05

G72 P10 Q15 U0.1 W0.1 F#9

N10 G01 W-[#13+#101+#6]

U-2.

IF[#112EQ4]GOTO11

Z[#26-#101] C#6 （左上角倒斜角）

X#24 Z#26 C#13 （左下角倒斜角）

GOTO 15

N11Z[#26-#101] C#6 （左上角倒斜角）

X#24 Z#26 R#13 （左下角倒圓角）

N15 Z[#26+#13]

G70 P10 Q15 F[#9*0.8]

GOTO28

N16G72W[#4*0.8]R0.05

G72P20Q25U0.1W0.1F#9

N20G01W-[#13+#101+#6]

U-2.

IF[#112EQ4]GOTO21

Z[#26-#101]R#6 （左上角倒圓角）

X#24Z#26C#13 （左下角倒斜角）

GOTO25

N21Z[#26-#101]R#6 （左上角倒圓角）

X#24Z#26R#13 （左下角倒圓角）

N25Z[#26+#13]

G70P20Q25F[#9*0.8]

…

N50 G00 Z[#26+#23-#8-#4]

G01 X#24 F[#9*0.8]

Z[#26+#13]

G00 X[#24+2*#21+2]

GOTO100

N90 #3000=1 (刀具參數賦值報警）

N100 M99

4. 宏程序的調用及參數說明

溝槽的加工使用比溝槽根部更窄的切刀進行切削。以刀具左邊緣為基準，通過對參數D賦予不同的數值，來實現不同拐角類型溝槽的加工，參數D的二進制表示法見表1所示。溝槽的宏程序調用格式必須如下：

圖3 宏程序參數與溝槽結構尺寸關系示意圖

表1 參數D的二進制表示法

G65 P9010 A#1 B#2 I#4 D#7 X#24 Z#26 K#6 M#13 E#8 Q#17 U#21 W#23 F#9

其中，#1：溝槽右側夾角；#2：溝槽左側夾角；#4：切刀寬度；#6：溝槽左上角倒角尺寸；#7：溝槽形狀判定；#8：溝槽右下角倒角尺寸；#9：切槽加工的進給量；#13：溝槽左下角倒角尺寸；#17：溝槽右上角倒角尺寸；#21：溝槽深度用半徑值表示；#23：溝槽根部寬度；#24：溝槽根部的直徑值；#26：溝槽的左邊緣點。

溝槽左右側的夾角都是正值且取值范圍在0～89.999之間。如果K、M、E和Q沒有賦值則視為0，表示是不倒角的尖角。

D定義溝槽剖面4個拐角總共16種不同的拐角排列類型。按照從左到右（即左上角→左下角→右下角→右上角）一一對應的順序得出D的值。D可以是0～15之間的任意值，如表2所示。左上角處值可為0/8（0表示倒斜角，8表示倒圓角）。左下角處值可為0/4（0表示倒斜角，4表示倒圓角）。右下角處值可為0/2（0表示倒斜角，2表示倒圓角）。右上角處值可為0/1（0表示倒斜角，1表示倒圓角）。

在機床系統參數#6050~#6059中設置G代碼，調用程序O9010~O9019，參數賦值可以在1~255中指定任意值，但不能和已經使用的G代碼相同。本循環中在#6050中賦值175，則使用G175即可調用O9010子程序，其功能如同G175=G65 P9010。

表2 參數D的賦值及對應的溝槽結構

5. 結語

經過多次加工試驗驗證，該宏程序能夠滿足多種槽型的加工要求。內環槽的加工也可采用類似的方法編制宏程序，不僅能夠簡化復雜溝槽的數控加工代碼，還能減少編程時間，提高加工效率。

[1] FANUC LTD. FANUC Series 0/00/0-mate車床系統用操作說明書[Z]. B-61394C/02，1997.

[2] 羅學科，趙玉俠，等. FANUC數控系統用戶宏程序與編程技巧[M]. 北京：化學工業出版社，2007.

20150912）