矩形槽銑削加工復合循環指令開發與應用

嚴霞YAN Xia；劉斌LIU Bin

（①昆山登云科技職業學院，昆山 215300；②江蘇省吳中中等專業學校，蘇州 215104）

0 引言

在編寫數控加工程序時，經常需要控制機床各軸進行一些有規律的重復運動，為了提高編程效率，降低編程難度和勞動強度，數控系統提供了部分復合固定循環指令，如FANUC Series 0i Mate-MD 數控系統中的孔加工固定循環指令G81～G89，讓編寫鉆孔、鉸孔、攻絲、鏜孔的加工程序不再是一件難事。在實際生產中，經常會遇到矩形槽的加工，尤其是在對零件進行粗加工時，矩形槽的加工更加普遍，在手工編寫矩形槽粗加工的程序時，坐標點的計算是一件令人煩惱的事。基于FANUC Series 0i Mate-MD數控系統，開發矩形槽銑削加工復合循環指令，可以像編寫孔加工程序那樣便捷地編寫出矩形槽加工程序。

1 程序設計準備

1.1 銑削方式的選擇

順銑和逆銑是數控銑削中兩種不同的銑削方式，順銑和逆銑在加工表面質量、刀具耐用度等方面的表現也是完全不同的，只有正確認識順銑和逆銑的特征才能合理選擇銑削方式，對數控銑削中順銑與逆銑的不同項目進行對比的結果見表1。

由表1 可知，順銑和逆銑各有利弊，從加工表面質量、刀具耐用度等方面來看，順銑優于逆銑。對于有色金屬以及塑料、木材等硬度不高的材料，粗精加工均宜采用順銑加工。對于表面有硬化層的氣割、鍛造坯料或者表面含有沙粒等雜質的鑄造坯料，粗加工時宜采用逆銑加工，精加工時宜采用順銑加工。本文中矩形槽采用順銑加工。

表1 數控銑削中順銑與逆銑對比表

1.2 Z 向進刀方式的選擇

數控銑削加工時，刀具Z 向進刀的方式有垂直式、斜插式、螺旋式三種。當進刀方向上沒有材料時，垂直式進刀由于路徑短、效率高，得到普遍應用；當進刀方向上有材料時，由于銑刀旋轉中心的線速度始終為零，會導致刀具劇烈振動，甚至造成刀具崩刃，故在矩形槽銑削加工中不宜采用垂直式進刀。斜插式進刀需要滿足矩形槽在與進刀方向垂直的平面內至少一個方向上具有足夠大的進刀空間，對于長度和寬度均較小的矩形槽銑削加工，斜插式進刀不是理想的選擇。螺旋式進刀具有切削平穩、進刀空間小等優點，本文中矩形槽銑削加工Z 向進刀時采用螺旋式進刀方式。

1.3 走刀路徑的設計

矩形槽銑削加工時常用的走刀路徑有雙向切削走刀路徑和環形切削走刀路徑。

圖1（a）所示為雙向切削走刀路徑，刀具從點P 處Z向進刀后沿箭頭所指方向走刀進行切削加工，最后再沿矩形槽輪廓環形切削一周。雙向切削走刀過程中，雖然空刀行程比較少，但順銑和逆銑交替進行，加工表面質量較低。

圖1（b）所示為環形切削走刀路徑，刀具從矩形槽中心點P 處Z 向進刀后沿箭頭所指方向依次經點A、A1、A2、A3、A4、A、B、B1、B2、B3、B4、B、C…，直至將矩形槽環形銑削完畢。環形切削走刀過程中，避免了順銑和逆銑交替進行的現象，但在矩形槽長度與寬度的比值較大時，空刀行程比較多，加工效率較低。

圖1 走刀路徑

圖1（c）所示為改進后的環形切削走刀路徑，刀具從點P 處Z 向進刀后沿箭頭所指方向依次經點A、A1、A2、A3、A4、A、B、B1、B2、B3、B4、B…，直至將矩形槽環形銑削完畢。點P 位于矩形槽長度方向的對稱軸上，若點P 與矩形槽中心的距離用字母L 表示，矩形槽長度用字母A 表示，矩形槽寬度用字母B 表示，則L=A/2-B/2。改進后的環形切削走刀路徑結合了雙向切削走刀路徑和常規環形切削走刀路徑的優點，既避免了順銑和逆銑交替進行的現象，又不存在空刀行程多的缺點，不但加工表面質量好，而且加工效率高。本文中矩形槽銑削加工時采用圖1（c）所示改進后的環形切削走刀路徑。

1.4 矩形旋轉后各基點坐標值的確定

如圖2 所示，點P(x,y)繞點O 旋轉角θ 后得到點P′(x′,y′)，設OP=OP′=ρ，則點P(x,y)的坐標為：

圖2 點的旋轉

如圖3 所示，當矩形長度方向與X 軸一致時，矩形上各基點分別用A、A1、A2、A3、A4來表示；當矩形繞中心點O旋轉角θ 后，矩形上各基點分別用A′、A1′、A2′、A3′、A4′來表示。矩形旋轉后各基點坐標用變量和表達式表示見表2。

圖3 矩形的旋轉

表2 矩形旋轉后各基點坐標

2 程序設計

2.1 自變量含義

與本程序相關的各自變量含義見表3。

表3 自變量含義

2.2 程序設計

2.3 FANUC 數控系統相關參數的設定

利用G 代碼調用宏程序時，需要事先在對應參數中設定一個用來調用宏程序的G 代碼號。宏程序O9012 對應的參數是6052，本文中用指令G100 調用宏程序O9012，則預先在參數6052 中設定數值“100”。

為了防止錯誤操作而意外刪除或修改程序號為9000～9999 的程序，參數3202#4 默認設定數值“1”。為了能夠正常編輯宏程序O9012，需暫時將參數3202#4 設定數值“0”，待宏程序O9012 編輯完成后，再將參數3202#4設定數值“1”。

參數3210 用于對重要參數3202#4 進行密碼保護，此密碼一經設定，不可更改（一般由機床生產廠家設定）。若欲將參數3202#4 設定為“0”時，顯示“寫保護”，則需在參數3211 中輸入密碼解鎖后再進行參數3202#4 的設定。

3 應用實例

3.1 編程格式

G100A_B_C_D_E_F_R_X_Y_Z_；

各自變量的含義見表3。自變量傳遞時，不帶小數點的數值可能會因系統配置不同而產生不同的效果，為了保持程序的兼容性，最好養成在宏程序調用的自變量上添加小數點的習慣。若矩形槽長度方向與X 軸正向的夾角為0°，編程時“R0”可省略不寫，其它自變量的設定不可省略。

3.2 應用實例

如圖4 所示，加工一個矩形槽，槽長40mm，槽寬20mm，槽深5mm，矩形槽長度方向與X 軸正向夾角為30°，矩形槽中心坐標（25,22），選擇直徑為6mm 的鎢鋼4刃立銑刀進行加工，主軸轉速2000r/min，進給速度400mm/min，每層切深1mm。編程如下：

圖4 矩形槽加工示意圖

4 結語

應用開發的矩形槽銑削加工復合循環指令編寫矩形槽加工程序具有簡單快捷的優點，即使是初學者，只要掌握了各自變量的含義和編程格式，也能輕而易舉地寫出程序。與傳統手工編程相比，可以節省90%以上的編程、計算工作量；與自動編程相比，省去了繪圖、后處理等準備時間，節省工作量20%以上。通過修改自變量的數值，可以加工不同尺寸、不同位置、旋轉任意角度的矩形槽。