基于數控系統PMC軸控制的多邊形車削G代碼開發與應用

牛保琴

[摘 ? ?要]PMC軸具有獨立于NC軸控制的特點，其運動方式、運動速度以及運動位移可由PMC編寫，無需通過插補指令給

定。分析多邊形車削加工工藝以及速度控制要求，利用數控系統PMC軸速度控制編寫PMC程序、結合宏變量接口編寫宏程序、自定義G代碼，最后開發出多邊形車削G指令。該指令編程方便，能滿足多類型多邊形車削加工要求，在實際應用中加工精度、生產效率得到顯著提高。

[關鍵詞]PMC軸;多邊形車削;數控系統;速度控制;宏接口

[中圖分類號]TG659 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）01–00–04

[Abstract]The PMC axis is independent of the NC axis control. Its motion mode， velocity and displacement can be written by the PMC without using the interpolation instruction. Based on the analysis of polygonal lathing technology and speed control requirements， PMC program is compiled by using CNC system PMC axis speed control， macro program is compiled by combining macro variable interface and custom G codes. Finally， G instruction of polygonal lathing is developed. The instruction programming is not only convenient， but also meeting the requirements of multi-type polygon turning. In practical applications， the machining accuracy and processing efficiency has been significantly improved.

[Keywords]PMC axis; polygon lathing; CNC system; speed control; macro interface

工業生產中多邊形工件的加工，通常采用銑削加工或采用專用夾具車削加工，而對于長軸類特定位置多邊形的加工有一定局限性，需要二次裝夾加工，加工周期長，二次裝夾影響加工精度;另外邊數變化頻繁的工件，加工調整的周期長、效率低，不利于生產。為了解決繁瑣的加工工藝和加工設備的局限性，提高加工精度和生產效率，本文提出一種創新方案：在數控車床上加裝飛刀盤，通過PMC軸控制工件和刀具按一定的比率旋轉，將工件的形狀車削成多邊形，從而實現多邊形車削加工。加工中通過改變車刀的安裝數量或改變工件和刀具的旋轉比，可以把工件車削成不同邊數的多邊形，如二邊形旋鈕、三角形消防鎖以及六邊形的內六角扳手等。

本文主要討論從多邊形加工原理分析到自變量接口定義以及PMC軸速差比控制實現，得出多邊形車削加工G代碼，列舉開發完成的G代碼，在四邊形車削加工中進行應用，以驗證車削效果。

1 多邊形車削原理與刀具車削軌跡分析

多邊形車削加工[1]是指通過使工件和刀具按一定的比率旋轉，將原材料車削成多邊的加工，在加工前通過改變車削刀具的安裝數量或工件和刀具的旋轉比，可以把原材料車削成多邊形，與極坐標插補加工相比，效率高，能在短時間內完成加工。

多邊形加工原理推導，假設把刀具半徑設置為r、工件半徑設置為R，刀具旋轉角速度為θ，工件旋轉角速度為α，把工件原點設置為笛卡爾坐標系原點，為了通俗易懂，假設多邊形加工原理，如圖1所示;旋轉刀具中心在工件圓周上Pt1（R，0）點，刀尖從Pt2（R-r，0）點開始車削加工。工件與刀具經過t時間運動后，刀尖軌跡[2]位置如圖2所示。

工件與切削刀具經過t時間運動后，刀尖和工件初始點均發生變化，t時間后的刀尖軌跡位置為Pt（Xt，Zt）用公式（1）、公式（2）表示：

Xt=Rcosαt-rcos（θt-αt） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

Zt=Rsinαt+rsin（θt-αt） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

假設工件和刀具速差比為1∶2時，則有θ=2α，公式（1）、式（2）整理如下：

Xt=Rcosαt-rcosαt=（R-r）cosαt （3）

Zt=Rsinαt+rsinαt=（R+r）sinαt （4）

式（3）、式（4）同時平方得到：

式 （5）

由式（5）得出為橢圓軌跡，其R+r表示刀具刀尖長徑，橢圓短徑為R-r。

在飛刀盤對稱角度各裝一把車刀即可車削加工得到四邊形，如圖3所示，安裝刀具時校正2把車刀，刀尖在相同運動軌跡上以保證加工精度。

2 自變量指定以及NC與PMC數據交換接口定義

2.1 自變量指定與G代碼設定

開放式數控系統K2000T[3]具有自變量指定功能，使用自變量指定，其值被賦值到相應的局部變量中，字符A、B、C對應變量地址#1、#2、#3，字符D、E、F對應變量地址#7、#8、#9，字符H、I、J、K、

Q對應變量地址#11、#4、#5、#6，#17，篇幅有限僅給出部分。

G代碼自定義號通過參數號4120～4139進行設定，最多可以定義20個G代碼，如果系統原來已有指定的G代碼，新定義的G代碼將會覆蓋原來代碼，使用時要注意。

2.2 NC與PMC數據交換接口定義及數據交互控制流程

NC與PMC數據交換G、F接口是實現PMC到NC雙向數據交換，除#1000～#1015，#1032，#1100～#1115，#1132 外，系統可以使用以下變量，使NC和PMC可一次交換更多的數據[4]。當讀取以下宏變量時，NC從G接口取數;當給以下宏變量賦值時，NC設置相應的F接口。變量號#1480～#1544，對應PMC輸出接口G480～G544，PMC輸入接口F480～F#544，數據字節數有4字節和1字節，編寫時要注意，如：變量號#1480對應PMC輸出接口G480，輸入接口F480。數據傳輸整個實現流程從G代碼自定義開始，到自變量指定再到宏變量間數據讀寫，最后到PMC程序G，F接口，實現NC與PMC數據間交換數據讀寫控制流程，如圖4所示。

3 PMC程序設計與多邊形車削代碼生成

PMC控制軸（簡稱PMC軸）是通過PMC控制的基本坐標軸。PMC軸的運動三要素（運動方式、運動位移、運動速度）由PMC程序決定，而不通過系統的插補指令控制[5]。PMC軸本質上是NC的基本坐標軸，它的連接、控制、調節、顯示、參數設定方式等都與普通坐標軸一樣，但其操作權被移交給了PMC，PMC通過操作內部的I/O連接信號（G159、G160～G479、F160～F479 等）對PMC軸進行控制。

3.1 PMC軸控制中的G、F接口定義

PMC軸控制[6]程序編寫，工件軸采用PMC軸通道7，切削刀具軸采用通道6，通道G接口定義G159_EASIPi（i=1～8軸）軸是否允許指令重疊控制，G360.1_REST_6_G、G400.1_REST_7_G通道6、7復位;G360.2_STOP_6_G、G400.2_STOP_7_G通道6、7指令停止;G360.3_DECS_6_G、G400.3_DECS_7_G通道6、7減速停止信號;G360.6_UPDT_6_G、G400.6_UPDT_7_G通道6、7更新絕對坐標允許信號;G366.2_AXS3_6_G第3軸受通道6控制，G406.3_AXS4_7_G第4軸受通道7控制;G367在PMC程序中編寫設定第3軸在通道6中速度控制，G407在PMC程序中編寫設定第4軸在通道7中速度控制;F480=#1480給定工件旋轉轉速，F484=#1484工件旋轉軸比值，F488=#1488刀具軸比值，用#1480給定轉速乘以比值，即可得出速差比，根據調整速差比值即可加工出不同邊數的多邊形，實現過程見部分PMC控制程序，如圖5所示。

3.2 多邊形車削G代碼格式的生成及其含義說明

多邊形車削G代碼格式定義是根據切削工藝需要生成，由于K2000T系統具有自動代碼功能，在參數號4120中設置為512，即G代碼為G512，同時參數號4120對應固定程序號O9120（開啟多邊車削功能），用戶運行G512時系統會自動調用[7]O9120封裝在系統的程序;同理在參數號4121中設置為502，即G代碼為G502， 同時參數號4121對應固定程序號O9121（關閉多邊車削功能），用戶運行G502時系統會自動調用O9120封裝在系統的程序。

車削參數選擇與定義，基于開放式數控系統具有自變量指定功能，選擇對應地址字符對應量，地址字符表示切削參數含義，字符后面數字表示切削參數，在自變量指定表中地址字符B對應變量#2、地址字符D對應變量#7、地址字符Q對應變量#17、地址字符A對應變量#1、地址字符E對應變量#8，用戶編寫程序時，如寫B100即B字符后的數量傳給#2。

通過上述推導可知，多邊切削加工關鍵參數[8]有夾持工件軸轉速、車削刀具軸轉速、工件軸與刀具速率比，對于錯位工件還需要編寫偏轉角度，由此得出如下開啟多邊車削指令G512和關閉多邊車削指令G502，具體編程格式如格式（一）啟動多邊車削模式、格式（二）關閉多邊車削模式。

程序編程格式（一）：（啟動多邊車削模式）

G512 B_D_Q_A_E_;

B：#2同步速度值

D：#7工件速差比值

Q：#17刀具軸速差比值

A：#1主軸1偏轉A角度后開始同步

E：#8主軸2偏轉E角度后開始同步

注1：D、Q必須整數，可以正負，編寫負數時為反轉，正數時為正轉。

注2：A、E可以帶小數點，可以正負，正數時正向分度，負數時負向分度。

程序編程格式（二）：（關閉多邊車削模式）

G502;

注3：G512、G502兩個指令只能單獨一行編寫，禁止寫在同一句。

4 加工應用驗證

為驗證開發的G指令實用性和加工效果，分別在2臺配有飛刀盤的數控車床[9]上進行車削加工驗證，車削工藝分粗精車外圓、螺紋加工、四邊六邊車削加工，加工驗證效果如圖6，采用180°對稱安裝2把車刀，車削四邊形，用戶多邊車削編程格式如實例1。

實例1

O3000;

……

T0101;

G512 B200 D1 Q2 A0.E0.;啟動多邊車模式

G0 X22.Z2;

G01 X20.Z0.0 F200.;

Z-15.;

X25;

Z20.;

G502;關閉多邊車模式

……

M05;

M30;

5 結束語

基于開放式數控系統K2000TC開發完成的多邊形車削指令G512/G502，運用了系統宏接口、自變量指定、PMC軸控制，通過地址字符賦值，運行時采用變量間數據交互，實現了NC與PMC軸間數據交換。在邊數不同時，只需要編寫工件軸與刀具軸速差比值即可加工出不同邊數，編程簡便，加工效率高。完成的開發在五金工具行業得到廣泛應用，同時也解決了一些長軸在中間位，加工多邊形時，受加工設備限制的問題。

參考文獻

[1] 北京發那科機電有限公司.FANUC Series 0i -MODEL D車床系統用戶手冊[Z].

[2] 武鵬飛，顏凌云，包宗賢，等.數控銑削加工中橢圓精確加工的宏程序實現[J].液壓與機床，2012（14）：49-50.

[3] 北京凱恩帝數控技術有限責任公司.K2000T/T8車床用數控系統用戶手冊[Z].

[4] 北京凱恩帝數控技術有限責任公司.K2000T/T6/T8車床用數控系統連接與調試手冊[Z].

[5] 程俊.PMC軸設計及應用[J].機電工程技術，2012（4）：107-110.

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[8] 隋秀凜，高安邦.實用機床設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.

[9] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社， 2008.