宏程序編程對銑削過切的影響及解決方法

農勝隆，高尚晗，黃 艷，林祖正，丁 偉

（1. 廣西科技大學鹿山學院，柳州 545616；2.廣西科技大學 機械工程學院，柳州 545006）

0 引言

數控系統在宏程序循環計算中的計算量一般比較大，占用內存高，系統的響應速度也會相應變慢。而系統的響應速度不但直接影響零件的加工效率，有時會導致刀具半徑補償切削中出現過切的現象。特別是在宏程序橢圓編程中，采用直線插入的方式在循環指令外進行刀具半徑補償時，在補償點就有可能產生過切的現象。對于這類過切，操作人員大多感到難以理解，本文主要對這一現象進行分析，并找出解決的辦法。

1 刀具半徑補償點的過切現象

應用手工宏程序編程加工復雜零件時，筆者發現，同一個程序應用于不同的數控系統中進行銑削加工，工件的加工結果會有不同。經過仔細對比和分析，發現這主要是由于不同廠家數控系統響應時間快慢的不同而造成的。

下面以宏程序手工編程的方式對圖1所示的零件進行編程加工[1,2]，毛坯長寬為60mm×50mm，橢圓長半軸為20mm，短半軸為12mm，深度為3mm，加工刀具φ3mm，刀具半徑補償值為1.5mm。采用南通科技投資集團股份有限公司生產的V600數控銑床，數控系統為廣州數控GSK983Ma-H。

圖1 橢圓輪廓圖

編寫程序：采用直線切入輪廓的方式在循環指令外建立刀具半徑補償

O0001；

G54 G90 G40 G00 X0 Y0 Z30.0；

M03 S300；

G00 Z5.0；

G68 X0 Y0 R45.0；

G01 Z-3.0 F300；

G41 GO1 X20.0 Y0 D01；（刀補放在循環指令WHILE外）

#1=0；

WHILE [#1 LE 360] DO1 ；

#2=20*COS[#1]；

#3=12*SIN[#1]；

G01 X#2 Y#3；

#1=#1+0.5；

END1；

G01 G40 G69 X0 Y0；

G00 Z100.0；

M05 ；

M30；

從模擬的加工走刀路線（如圖2所示）可看出，當采用直線切入輪廓的方式在循環指令外建立刀具半徑補償時，在補償點會出現過切的現象。而采用同樣的程序在響應速度較快的FANUC Series Oi Mate-MD系統進行模擬走刀路線的時候則沒有產生過切的現象（如圖3所示）。以上結果對比說明這種過切現象和數控系統的響應速度有關。

圖2 直線進刀方式在循環指令外建立刀具半徑補償時的加工路線圖

圖3 FANUC Oi直線進刀方式在循環指令外建立刀具半徑補償時的加工路線圖

2 過切原因分析及解決方法

橢圓的宏程序主要由兩種指令構成：普通指令和循環指令。WHILE[ ]DO1…END1之間的關系表達式為循環指令，循環指令以外的都為普通指令。數控系統對普通指令的計算速度很快，但計算循環指令時響應速度會慢很多。這就可能導致系統還未完成循環指令的計算，刀具就已經開始進行銑削。在這種情況下，刀具先走到過切點處，一直到系統計算完一個完整的循環指令后，刀具才根據刀具半徑補償的計算結果進行走刀，由此就會出現在刀具半徑補償點處過切、而其他軌跡則按刀具半徑補償正常進行走刀的現象。

要解決數控系統由于響應速度慢而在補償點出現過切的問題，可采用以下兩種方法建立刀具半徑補償。

方法一：采用圓弧切入/切出的方式在循環指令外建立刀具半徑補償。

編程如下：

O0002；

…

G01 Z-3.0 F300；

G41 X17.5 Y-2.5 D01；

G03 X20.0 Y0 R2.5； （圓弧切入）

…

END1；

G03 X17.5 Y2.5 R2.5； （圓弧切出）

G01 G40 G69 X0 Y0；

…

調用以上程序進行模擬加工的走刀路線如圖4所示。可以看出，采用圓弧切入/切出的方式在循環指令外建立刀具半徑補償時沒有出現過切。該方式可以延長刀具走到半徑補償點的時間，確保數控系統在計算完一個循環指令后刀具才走到補償點，由此走刀路線就不會出現過切的現象。

圖4 采用圓弧切入/切出的方式在循環指令外建立刀具半徑補償時的加工路線

方法二：采用直線切入輪廓的方式在循環指令內建立刀具半徑補償

O0003；

…

#3=12*SIN[#1]；

G41 G01 X#2 Y#3 D01；（刀補放在循環指令WHILE內）

#1=#1+0.5 ；

…

調用以上程序進行模擬加工的走刀路線如圖5所示。當采用直線切入輪廓的方式在循環指令內建立刀具半徑補償時，其走刀路線不會出現過切。

圖5 直線進刀方式在循環指令內建立刀具半徑補償時的加工路線

若將刀具半徑補償放到循環指令內，數控系統就會對半徑補償和宏程序進行同步計算，在沒有完成一個完整的循環計算前，刀具不會提前走刀，只有計算完一個循環程序后，刀具才根據所計算的結果進行走刀，因此不會出現過切。但由于此方法的刀具半徑補償是放在循環指令內的，數控系統的計算速度會比方法一（刀具半徑補償放在循環指令外）慢，加工的效率相對于方法一也會有所降低。

3 結論

數控系統的響應速度不僅影響加工效率，而且在計算如宏程序這樣大的循環指令時，響應速度慢的數控系統就有可能出現過切的現象，這是由于程序中刀具半徑補償指令的位置或補償時的走刀方式不同所造成的。要解決這類問題，可以把補償指令放在循環指令內，或者在循環指令外采用圓弧切入/切出的方式建立刀具半徑補償，這樣可延長刀路的行程，等待系統計算完循環指令后再建立刀具補償點，從而避免過切。

[1] GSK 983M銑床加工中心數控系統使用手冊[Z].廣州數控設備有限公司.2010.

[2] 趙先仲.數控加工工藝與編程[M].電子工業出版社.2011.