不同數(shù)控系統(tǒng)中恒線速車削的應(yīng)用方法

許巖松　楊猛　朱健

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

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；恒線速車削；指令代碼；數(shù)控車床；切削點 文獻標(biāo)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(zhuǎn)，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(dāng)車削圓柱形工件的內(nèi)、外徑時，車床主軸轉(zhuǎn)速根據(jù)線速度公式v=πDn/1000（m/min）可以根據(jù)工件的直徑變化在一定范圍內(nèi)連續(xù)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(yōu)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(zhì)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(dāng)?shù)毒呓咏ぜ行臅r，主軸的轉(zhuǎn)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(zhì)量，如果造成工件脫落，甚至?xí)＜皺C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(zhuǎn)速，也就是說，當(dāng)由切削線速度計算出主軸轉(zhuǎn)速高于機床設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速時，車床主軸轉(zhuǎn)速被限制在機床設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速，而不再執(zhí)行計算出的轉(zhuǎn)速。

1 不同數(shù)控系統(tǒng)中恒線速車削指令

1.1 西門子802D數(shù)控系統(tǒng)

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(zhuǎn)速上限，只在G96中生效；F為每轉(zhuǎn)進給量，mm/r。

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

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

在西門子802D系統(tǒng)中，主軸的最低與最高轉(zhuǎn)速在系統(tǒng)參數(shù)中的“設(shè)定數(shù)據(jù)”中均可設(shè)定，G25/G26及LIMS的值均應(yīng)在其設(shè)定的范圍之內(nèi)，如果發(fā)生沖突，以系統(tǒng)中“設(shè)定數(shù)據(jù)”中的值為準(zhǔn)。G25/G26指令均要求一獨立的程序段來定義。

N10 G25 S80；主軸轉(zhuǎn)速下限為80r/min。

N20 G26 S1000；主軸轉(zhuǎn)速上限為1000r/min。

1.2 FANUC Oi TD系統(tǒng)、廣州數(shù)控GSK980TE2系統(tǒng)和凱恩帝K1000T系統(tǒng)

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(zhuǎn)速，單位：r/min。

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

FANUC Oi TD系統(tǒng)參數(shù)NO.0067與NO.0068為恒線速控制時的主軸轉(zhuǎn)速下限與上限值。

廣州數(shù)控GSK980T系統(tǒng)參數(shù)P67中設(shè)置恒線速控制時的主軸轉(zhuǎn)速下限值，默認值為100r/min，P55、P56、P57、P58分別為根據(jù)機床變速齒輪檔位在1、2、3、4位置的不同而在相應(yīng)的參數(shù)中設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速上限，默認值為9999r/min。

凱恩帝KND1000T系統(tǒng)參數(shù)P67中設(shè)置恒線速控制時的主軸轉(zhuǎn)速下限值，默認值為0r/min，P60中設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速上限值，默認值為9999r/min。

1.3 華中8型HNC8AT系統(tǒng)

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(zhuǎn)速，單位：r/min

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

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

1.4 高精數(shù)控GJ-201T系統(tǒng)

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(zhuǎn)速，單位：r/min。

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

高精數(shù)控GJ-201T系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)No.0222、No.0223分別設(shè)定了機床的最低轉(zhuǎn)速與最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)G92設(shè)定的值與No.0222或No.0223發(fā)生沖突時，以No.0222或No.0223設(shè)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(dāng)使用G96功能時，必須進行主軸最高轉(zhuǎn)速的限制，否則容易出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象，從而造成危險。對于設(shè)定限制主軸最高轉(zhuǎn)速的指令，只適用于G96狀態(tài)，G97狀態(tài)時不限制。在G96狀態(tài)中，當(dāng)機床鎖住時，機床不動，主軸的轉(zhuǎn)速是對應(yīng)于程序中X坐標(biāo)值的變化而計算出來的。G96、G97為模態(tài)值，當(dāng)電源接通時，G97為機床的默認狀態(tài)，在西門子802D系統(tǒng)中G96可被G94、G95、G97取代。而對于其他系統(tǒng)，每轉(zhuǎn)進給（GSK980T、KND K1000T中為G99，F(xiàn)ANUC 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(zhuǎn)速運動。endprint

在G96狀態(tài)中，被指定的S值，即使在G97狀態(tài)中也保持著。當(dāng)返回到G96狀態(tài)時，其值恢復(fù)。

G96 S50；切削線速度50m/min。

G97 S1000；主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min。

G96 G01 X30；切削線速度50m/min。

從G96狀態(tài)變?yōu)镚97狀態(tài)時，G97程序段如果沒有指令S碼（r/min），那么G96狀態(tài)的最后轉(zhuǎn)速作為G97狀態(tài)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(dāng)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(zhuǎn)速在短時間內(nèi)的突變，從而發(fā)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(zhuǎn)速與之后的轉(zhuǎn)速，確保它們之間的轉(zhuǎn)速差距不能過大，否則也會造成主軸轉(zhuǎn)速突變，進而發(fā)生危險。

主軸速度倍率，對于指定的線速度或轉(zhuǎn)速，根據(jù)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(yīng)選在工件的軸心上，只有這樣才能保證G96功能的精確度。當(dāng)X軸的坐標(biāo)為負時，取其絕對值進行恒線速計算。

3 不同數(shù)控系統(tǒng)中恒線速車削的應(yīng)用

下面以圖1所示零件的車削為例說明不同系統(tǒng)中恒線速車削指令的應(yīng)用。

4 結(jié)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(shù)控系統(tǒng)，均可利用G96、G97來設(shè)置與取消恒線速車削加工，只是對于恒線速車削的轉(zhuǎn)速范圍的限制方式不盡相同。同時，即使對于相同的數(shù)控系統(tǒng)，但因不同機床生產(chǎn)廠家采用伺服電機的不同，系統(tǒng)中設(shè)置的主軸最高與最低轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速范圍再進行使用?？傊?，設(shè)置好不同數(shù)控系統(tǒng)中的恒線速車削的轉(zhuǎn)速范圍是使用好恒線速車削的關(guān)鍵。

同時，最重要的是通過上述程序的編輯可以看出，轉(zhuǎn)速n經(jīng)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(zhuǎn)速保持平穩(wěn)的轉(zhuǎn)變，至少不能突變。這樣既改善了被加工工件的表面質(zhì)量，同時也使機床在加工過程中主軸轉(zhuǎn)速平穩(wěn)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(yīng)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(shù)控車系統(tǒng)說明書[S].2011.

[4] 廣州數(shù)控GSK980TE2數(shù)控車系統(tǒng)說明書[S].2014.

[5] 沈陽高精GJ-201T數(shù)控車系統(tǒng)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(yè)（集團）有限公司工程師，碩士，研究方向：數(shù)字化制造；楊猛（1977—），男，北京人，沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司工程師，研究方向：數(shù)字化制造；朱?。?971—），男（滿族），遼寧北鎮(zhèn)人，沈陽航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，碩士，研究方向：信息系統(tǒng)與數(shù)字化制造。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint

在G96狀態(tài)中，被指定的S值，即使在G97狀態(tài)中也保持著。當(dāng)返回到G96狀態(tài)時，其值恢復(fù)。

G96 S50；切削線速度50m/min。

G97 S1000；主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min。

G96 G01 X30；切削線速度50m/min。

從G96狀態(tài)變?yōu)镚97狀態(tài)時，G97程序段如果沒有指令S碼（r/min），那么G96狀態(tài)的最后轉(zhuǎn)速作為G97狀態(tài)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(dāng)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(zhuǎn)速在短時間內(nèi)的突變，從而發(fā)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(zhuǎn)速與之后的轉(zhuǎn)速，確保它們之間的轉(zhuǎn)速差距不能過大，否則也會造成主軸轉(zhuǎn)速突變，進而發(fā)生危險。

主軸速度倍率，對于指定的線速度或轉(zhuǎn)速，根據(jù)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(yīng)選在工件的軸心上，只有這樣才能保證G96功能的精確度。當(dāng)X軸的坐標(biāo)為負時，取其絕對值進行恒線速計算。

3 不同數(shù)控系統(tǒng)中恒線速車削的應(yīng)用

下面以圖1所示零件的車削為例說明不同系統(tǒng)中恒線速車削指令的應(yīng)用。

4 結(jié)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(shù)控系統(tǒng)，均可利用G96、G97來設(shè)置與取消恒線速車削加工，只是對于恒線速車削的轉(zhuǎn)速范圍的限制方式不盡相同。同時，即使對于相同的數(shù)控系統(tǒng)，但因不同機床生產(chǎn)廠家采用伺服電機的不同，系統(tǒng)中設(shè)置的主軸最高與最低轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速范圍再進行使用?？傊?，設(shè)置好不同數(shù)控系統(tǒng)中的恒線速車削的轉(zhuǎn)速范圍是使用好恒線速車削的關(guān)鍵。

同時，最重要的是通過上述程序的編輯可以看出，轉(zhuǎn)速n經(jīng)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(zhuǎn)速保持平穩(wěn)的轉(zhuǎn)變，至少不能突變。這樣既改善了被加工工件的表面質(zhì)量，同時也使機床在加工過程中主軸轉(zhuǎn)速平穩(wěn)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(yīng)用過程中的有效性與安全性。

參考文獻

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[3] 凱恩帝KND K1000T數(shù)控車系統(tǒng)說明書[S].2011.

[4] 廣州數(shù)控GSK980TE2數(shù)控車系統(tǒng)說明書[S].2014.

[5] 沈陽高精GJ-201T數(shù)控車系統(tǒng)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(yè)（集團）有限公司工程師，碩士，研究方向：數(shù)字化制造；楊猛（1977—），男，北京人，沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司工程師，研究方向：數(shù)字化制造；朱?。?971—），男（滿族），遼寧北鎮(zhèn)人，沈陽航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，碩士，研究方向：信息系統(tǒng)與數(shù)字化制造。

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在G96狀態(tài)中，被指定的S值，即使在G97狀態(tài)中也保持著。當(dāng)返回到G96狀態(tài)時，其值恢復(fù)。

G96 S50；切削線速度50m/min。

G97 S1000；主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min。

G96 G01 X30；切削線速度50m/min。

從G96狀態(tài)變?yōu)镚97狀態(tài)時，G97程序段如果沒有指令S碼（r/min），那么G96狀態(tài)的最后轉(zhuǎn)速作為G97狀態(tài)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(dāng)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(zhuǎn)速在短時間內(nèi)的突變，從而發(fā)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(zhuǎn)速與之后的轉(zhuǎn)速，確保它們之間的轉(zhuǎn)速差距不能過大，否則也會造成主軸轉(zhuǎn)速突變，進而發(fā)生危險。

主軸速度倍率，對于指定的線速度或轉(zhuǎn)速，根據(jù)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(yīng)選在工件的軸心上，只有這樣才能保證G96功能的精確度。當(dāng)X軸的坐標(biāo)為負時，取其絕對值進行恒線速計算。

3 不同數(shù)控系統(tǒng)中恒線速車削的應(yīng)用

下面以圖1所示零件的車削為例說明不同系統(tǒng)中恒線速車削指令的應(yīng)用。

4 結(jié)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(shù)控系統(tǒng)，均可利用G96、G97來設(shè)置與取消恒線速車削加工，只是對于恒線速車削的轉(zhuǎn)速范圍的限制方式不盡相同。同時，即使對于相同的數(shù)控系統(tǒng)，但因不同機床生產(chǎn)廠家采用伺服電機的不同，系統(tǒng)中設(shè)置的主軸最高與最低轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速范圍再進行使用?？傊?，設(shè)置好不同數(shù)控系統(tǒng)中的恒線速車削的轉(zhuǎn)速范圍是使用好恒線速車削的關(guān)鍵。

同時，最重要的是通過上述程序的編輯可以看出，轉(zhuǎn)速n經(jīng)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(zhuǎn)速保持平穩(wěn)的轉(zhuǎn)變，至少不能突變。這樣既改善了被加工工件的表面質(zhì)量，同時也使機床在加工過程中主軸轉(zhuǎn)速平穩(wěn)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(yīng)用過程中的有效性與安全性。

參考文獻

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

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[4] 廣州數(shù)控GSK980TE2數(shù)控車系統(tǒng)說明書[S].2014.

[5] 沈陽高精GJ-201T數(shù)控車系統(tǒng)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(yè)（集團）有限公司工程師，碩士，研究方向：數(shù)字化制造；楊猛（1977—），男，北京人，沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司工程師，研究方向：數(shù)字化制造；朱健（1971—），男（滿族），遼寧北鎮(zhèn)人，沈陽航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，碩士，研究方向：信息系統(tǒng)與數(shù)字化制造。

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