數(shù)控車床程序編制中程序結(jié)構(gòu)及指令應(yīng)用分析

孫凱，于文力

（陜西科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院，陜西西安710021）

數(shù)控車床程序編制中程序結(jié)構(gòu)及指令應(yīng)用分析

孫凱，于文力

（陜西科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院，陜西西安710021）

介紹了數(shù)控車床零件加工程序的編制思路，通過程序里換刀點(diǎn)、恒線速度、固定循環(huán)等相關(guān)指令的應(yīng)用，根據(jù)加工工藝設(shè)定程序編寫的先后順序及主次結(jié)構(gòu)，使得廣大數(shù)控編程者能夠高效合理的按照零件加工工藝設(shè)計(jì)來編寫程序。

數(shù)控工藝；程序構(gòu)建；編程指令

數(shù)控車床零件加工程序，是工藝員對(duì)零件進(jìn)行工藝性分析、零件加工工藝路線的選擇、刀具和切削用量及對(duì)到點(diǎn)和換刀點(diǎn)的選擇，從而得到一個(gè)由若干程序指令集成的完整車削加工程序。零件加工程序的合理性，準(zhǔn)確性都取決于編程者所積累的工藝知識(shí)應(yīng)用，同時(shí)它也直接影響數(shù)控加工的質(zhì)量、效益以及程序編制的效率[1]。

數(shù)控車床的加工對(duì)象是回轉(zhuǎn)類零件，零件程序的編制相對(duì)簡單，因此，車削類的數(shù)控加工程序主要依靠手工編程完成。數(shù)控車床加工零件，首要根據(jù)零件圖來確定零件的加工工藝，工藝參數(shù)等內(nèi)容，用規(guī)定的數(shù)控編程代碼和程序格式編制出適合的數(shù)控加工程序，使刀具、工件和其他輔助裝置嚴(yán)格按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。編程人員在編寫車削程序時(shí)，不僅要遵守手工編程兩大“短”的原則：（1）零件加工程序要盡可能短，即盡可能使用簡化編程指令編制程序[2]；（2）零件的加工路線盡可能短，合理的加工路線對(duì)提高零件的生產(chǎn)效率有非常重要的作用。工藝員不僅從本質(zhì)上理解各項(xiàng)指令功能的意義的同時(shí)，還需深入的掌握數(shù)控車床加工程序編制的基本模式和注意事項(xiàng)。這就要求編程人員在編制程序時(shí)還要有一個(gè)清晰、明確的數(shù)控車床程序編制的思路，這樣才能又快又準(zhǔn)確的編制出一個(gè)較為合理的數(shù)控車削程序。

為保證安全高效加工零件，本文為廣大數(shù)控車床編程工作者提供一個(gè)程序編寫思路，并詳細(xì)闡述了人工編程過程中應(yīng)著重注意的幾個(gè)要點(diǎn)問題，借此來減少數(shù)控車床編程者編寫程序的不合理處。

1 數(shù)控車削程序主體程序的編制思路

目前數(shù)控系統(tǒng)有國外的FANRC、SIEMENS，國內(nèi)的華中、KND等多種系統(tǒng)，這些數(shù)控系統(tǒng)所使用的編程指令格式略有不同，在此就不一一細(xì)說。FANUC系統(tǒng)編程指令在我國的占有率47.3%，因此使用FANUC Oi—TB編程指令來進(jìn)行說明。數(shù)控車削程序的編制應(yīng)基于工藝設(shè)計(jì)來確定主體結(jié)構(gòu)，編程者在編寫數(shù)控車床車削零件的程序時(shí)，可按以下數(shù)控工藝來構(gòu)建數(shù)控車削程序：（1）參照工藝設(shè)計(jì)，確定所需刀具及刀具調(diào)用順序，從而確定安全換刀點(diǎn)位，保證刀具與工件之間不能發(fā)生相互干涉；（2）設(shè)定好恒線速度指令參數(shù)；（3）以單一固定循環(huán)指令車削零件端面用以確定工藝基準(zhǔn)；（4）根據(jù)零件輪廓加工路徑確定編寫相對(duì)應(yīng)的粗車、精車循環(huán)指令程序；（5）切削完成后讓刀具再次返回安全換刀點(diǎn)；（6）增加程序結(jié)束指令。現(xiàn)以圖1的零件的加工程序?yàn)槔M(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1 典型軸類零件

G00 G99 X100 Z100；（安全換刀點(diǎn)，切換進(jìn)給模式mm/r）

T0101；（調(diào)用1號(hào)刀具及刀補(bǔ)）

M03 S800；（主軸參數(shù)設(shè)定）

G00 X55.Z5.（起刀點(diǎn)位置）

G96 S100；（恒線速度為100 m/min）

G50 S1500；（限制最高轉(zhuǎn)速1500 r/min）

G94 X-1.Z0.F0.15；（單一固定循環(huán)端面車削）

G71 U2 W1；（定義復(fù)合加工循環(huán)）

G71 P10 Q20 U0.3 W0.1 F0.1；

N10 G00 X12.；（定義精加工軌跡）

G01 Z0.；

X24.Z-6.；

Z-18.；

G02 X40.Z-26.；

G01 Z-33.；

X50.；

N20 Z-38.；（精加工軌跡定義結(jié)束）

G70 P10 Q20；（定義復(fù)合精車循環(huán)）

G00 X100.Z100.；（返回安全換刀點(diǎn)）

M05；（主軸停止旋轉(zhuǎn)）

M30；（程序結(jié)束）

2 幾個(gè)要點(diǎn)問題

2.1 編寫車削零件時(shí)所用刀具調(diào)換的安全位置

由于數(shù)控車床刀架能同時(shí)安裝數(shù)把刀具，車刀在刀架上安裝時(shí)伸出的長短不一，而在調(diào)換刀具時(shí)有可能發(fā)生工件與刀具的相互干涉，造成刀具或工件的損壞，因此，在編寫程序時(shí)一定要先寫出安全換刀點(diǎn)位置的程序段。

上例刀具調(diào)換程序指令為：G00 G99 X100. Z100.其用快速移動(dòng)編程格式G00讓刀架移動(dòng)到一個(gè)距離工件坐標(biāo)原點(diǎn)X、Z軸分別為100 mm的地方換刀，這樣刀具有足夠的空間來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)換刀，也就不會(huì)與工件發(fā)生碰撞，如圖2所示。此處還可選用返回參考點(diǎn)編程格式G27/G28/G30來完成安全換刀。返回參考點(diǎn)指令具體說明還請(qǐng)編程者參閱相關(guān)書籍，根據(jù)零件工藝分析來確定是否應(yīng)用此指令。

圖2 刀具安全換刀位置

2.2 使用恒線速度編程格式來保證加工零件的表面粗糙度及生產(chǎn)效率

由于傳統(tǒng)的恒轉(zhuǎn)速加工零件時(shí)，主要根據(jù)刀具和工件的材料性能等確定切削線速度，然后按最大加工直徑計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速[3]。這樣帶來的問題是，當(dāng)?shù)毒呒庸さ叫≈睆教帟r(shí)數(shù)控機(jī)床的性能得不到充分發(fā)揮，從而影響實(shí)際加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，如車削端面及圓弧時(shí)，為了保證車削后表面粗糙度一致和高生產(chǎn)率可采用恒線速度切削加工。主要涉及3個(gè)指令：G96S，G50S，G97S.數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)在車削時(shí)工件不同位置處的直徑自動(dòng)計(jì)算并調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速，從而始終保證刀具切削點(diǎn)處執(zhí)行的切削線速度是編程設(shè)定的常數(shù)，即：主軸轉(zhuǎn)速×直徑＝常數(shù)。設(shè)置恒線指令加工指令后，由于主軸在不同直徑處是變化的，為了防止主軸轉(zhuǎn)速過高而發(fā)生危險(xiǎn)，可采用G50指令將主軸最高轉(zhuǎn)速限制在某一最高值。程序當(dāng)中如不再需要恒線速度后，則采用G97指令取消[4]。

2.3 使用單一固定循環(huán)編程格式車削零件的端面

車削端面也是工藝基準(zhǔn)建立的關(guān)鍵。數(shù)控車床在加工零件時(shí)所建立的工件坐標(biāo)系，最受歡迎的方法是將程序原點(diǎn)設(shè)置在待加工零件的右端面上，這樣設(shè)置的第一個(gè)好處就是沿著Z軸方向的許多繪圖尺寸加上一個(gè)負(fù)號(hào)就可以直接轉(zhuǎn)換到程序里。另外，可能也是最重要的，就是刀具運(yùn)動(dòng)的Z值為負(fù)，表明是在切削工作區(qū)域，Z值為正表明是在非切削工作區(qū)域，這樣就可以提醒程序員及早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。零件的右端面同時(shí)也是此零件加工的尺寸、位置基準(zhǔn)。由于工件坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)定在待加工零件的右端面上，當(dāng)此零件車削完成之后，緊接其后的第二個(gè)待加工零件安裝完畢，通過定位裝置使工件伸出長度略微超出Z軸零點(diǎn)位置，而后程序執(zhí)行車削右端面的程序段，這樣工件的右端面再次成為零件的尺寸、位置基準(zhǔn)，同時(shí)再次保證了零件的相關(guān)精度值。數(shù)控車床即按程序開始批量加工零件。其數(shù)控程序一般采用以下格式：

G94 X.Z.RF或；

G94 U.W.RF

當(dāng)在加工細(xì)長軸類工件時(shí)，如圖3所示，細(xì)長軸類工件要采用支頂才能車削加工，故此不應(yīng)采用車削端面的程序，以防止刀具與機(jī)床附件發(fā)生碰撞而造成機(jī)械事故。可見車削端面的程序段主要還要依靠零件的加工工藝分析來確定程序段的應(yīng)用。

圖3 細(xì)長軸支頂切削

3 結(jié)束語

本文為數(shù)控車床編程者提供了編排程序的主次，其中涉及到安全換刀位、端面車削及工藝基準(zhǔn)確定、恒線速度指令的應(yīng)用。這樣的編程模式能盡快帶領(lǐng)數(shù)控車床編程者了解、掌握數(shù)控車床程序的編寫要領(lǐng)。由于篇幅所限，未能談及到編程中的參數(shù)設(shè)定及相關(guān)指令的應(yīng)用，還需編程者在編程過程中根據(jù)實(shí)際情況，根據(jù)加工工藝設(shè)計(jì)，綜合應(yīng)用相關(guān)指令來完成程序的編寫。希望這樣的編程模式能盡快帶領(lǐng)數(shù)控車床編程者了解、掌握數(shù)控車床程序的編寫要領(lǐng)。

[1]王令其，張思第.數(shù)控加工技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]謝曉紅.數(shù)控車削編程與加工技術(shù)[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[3]眭潤舟.數(shù)控編程與加工技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[4]陳洪濤.數(shù)控加工工藝與編程[M].北京:高等教育出版社，2006.

Analysis of Program Structure and Instruction Application in NC Lathe Programming

SUN Kai，YU Wen-li
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an Shaanxi 710021，China）

This paper introduces the compiling of CNC lathe machining program，application program through the change point，constant line speed，fixed cycle instructions，according to the process of setting the program sequence and secondary structure，make the NC programming can efficiently according to the machining process design program.

numerical control technology；programming；programming instruction

TG519.1

：A

：1672-545X（2017）01-0139-02

2016-10-07

孫凱（1971-），男，山東青島人，本科，助理工程師，從事機(jī)械制造及數(shù)控技術(shù)應(yīng)用研究；于文力（1988-），男，陜西旬邑人，本科，助理工程師，從事機(jī)械制造及數(shù)控技術(shù)應(yīng)用研究。