參數編程在數控車床切槽加工中的應用

韓振猛

摘 要： 通過分析切槽加工的過程，說明CYCLE93固定循環加工在實際生產加工中的作用及局限性，提出參數編程在數控車床切槽中的方案。其切槽進給速度和每次進刀距離隨直徑變化而逐漸減小，使切槽更為合理、有效。

關鍵詞： 切槽固定循環；參數編程

引言

切槽加工在數控加工中應用較為廣泛，切槽動作本身比較簡單，在普通機加工中，操作者可以根據加工狀態及時調整進退方向及進給速度，使切槽順利進行。但在數控機床加工中，程序一旦運行，就無法對切削狀態的變化進行人為的干預，加之切槽刀刀體長而窄，剛性差，刀刃鋒利而磨損快，散熱不好。切槽加工中，鐵屑和車刀擠在一起，鐵屑清除困難，常常會產生振動現象，使車刀變形而難以維持穩定切削。因此，切槽往往是數控加工中的難點之一，為有效的清除切削時產生的鐵屑，西門子數控機床都提供有CYCLE93循環加工指令。CYCLE93循環指令可直接用于寬槽加工，調整參數后也可用于切槽或切斷加工，其切削過程為斷續加工，能起到斷屑、及時排屑的作用。但循環指令用于切槽時有一定的局限性。

1.切槽時恒進給速度對切槽的影響

切槽時恒進給速度對切槽可產生不利影響，如圖1所示，當不考慮進給運動時，車刀刀刃上某一定點O在工作表面上的運動軌跡是一個圓，γ0和α0為正交平面P0內的標注前角和后角，當考慮到進給運動后，刀刃上任意一點O在工件上的運動軌跡為阿基米德螺線，刀具工作前角γ∞和刀具工作后角α∞應為：

υ為正交平面Pre與Pr之間的夾角，即主運動方向與合成運動方向的夾角。

切槽時刀具愈近工件中心，d值愈小，因此在一定進給量下，刀具工作后角逐漸減小到刀刃接近工件中心時刀具后角甚至從正變為負值，刀具對工件表面產生擠壓和摩擦，在切削刃上產生積削瘤并容易產生振動，對刀具壽命產生負面影響。對一般手工加工而言，切斷進給快接近工件軸心時，一般會降低進給量f，減少每次進刀的切深，并根據鐵屑的排放情況和切削系統的振動情況適時退刀。但在數控循環指令中，進給速度是恒定值，如果按軸心加工情況來設定進給速度f，則勢必影響加工效率。

2.循環移動量大小對排屑的影響

切槽時循環移動量Δi 的大小對排屑產生影響。循環移動量是指在切槽循環中每次進刀的距離。進入切槽或切斷狀態后，鐵屑在刀具的作用下開始形成，隨著切槽深度的增加，排屑愈加困難。如果每次進刀的距離為固定值，開始切槽時合適，接近軸心時卻不一定合適； 如果按軸心加工情況來設定循環移動量，則勢必嚴重影響加工效率。所以，有必要對切槽動作進行相應的調整。

3.解決措施

盡管CYCLE93循環指令在實際切槽應用中有一定的局限性，但是，切槽時采用循環切入方式仍是有效的切槽走刀方式，其缺陷可通過參數編程來克服。要使工作后角在切斷過程中不變，當d 變化時，μ 應不變。根據式（ 3 ） ，比值f /d 應為常量，即有進給速度f = df0 /d0，f0和d0為初始切削進給量和工件直徑。但由于切斷過程是d→0，即f→0，此時切斷將無法有效進行，因此可增設切斷時最低的保留速度f1。為使切槽過程中鐵屑順利排放，切槽循環中每次進刀距離Δi 應根據直徑變化而逐漸減少，在切槽過程中，變量Δi 應為：

Δi = Δi0-（ Δi0-Δi1） （d0-d）/d0

其中： Δi0和Δi1分別為初始循環移動量和切槽結束時循環移動量。通過參數編程，將進給速度f 和循環移動量Δi設為按上述規律變化的變量，并形成“進刀→退刀”循環。

以切斷為例，利用西門子數控系統進行參數編程。

R1 = d0工件切削直徑初值d0

R2 = f0進給量初值f0

R3 =Δi0循環移動量初值Δi0

MS1：R1 =R1-R3 新工件切削直徑

R2 = R1 * f0 / d0新的進給量f

R3 =Δi0-（ Δi0-Δi1） （d0-R1）/d0新的循環移動量

R2 = R2 + f1增設切斷時最低保留速度f1

G1 X=R1F=R2 切工件直徑

G0U2. 0 退刀2. 0

IF R1 <0 GOTOF MS2 判斷直徑是否小于0

GOTOB MS1 轉到MS1

MS2

參數編程是指在程序中使用參數，通過對參數進行賦值及處理的方式達到程序功能。Siemens系統中的參數編程與Fanuc系統中的“用戶宏程序”編程功能類似，Siemens中的R參數相當于Fanuc系統用戶宏程序中的變量。同樣，在Siemens系統中可以通過對R參數進行賦值、運算等處理，從而使程序實現一些有規律的變化動作，進而提供程序的靈活性和實用性。下面就實際生產中套筒類零件上切槽加工工序，對參數編程進行說明。

圖2為4FL-10套筒加工中切槽工序的圖紙，此工序有三個槽子，均有公差要求，精度為h11。從右到左槽子寬度依次為4.5mm、6.9mm、1.6mm。首先進行粗切，前兩個槽子選取3mm的槽刀，后一個選取1.47的槽刀。

1.1 4.5mm槽子的粗切

R1為槽子左端面Z向坐標

R2為槽子右端面Z向坐標

R3為槽子底部對應的外圓直徑

R4為槽子頂部對應的外圓直徑

R5為槽刀寬度

R6為槽刀進給次數

R7為銳角倒鈍值

R8為Z方向余量

R9為X方向余量

R10為起刀點X坐標

R11為起刀點Z坐標

在粗切過程中，4.5mm的槽子用3mm槽刀切削，槽刀進給次數為2，即分兩次切削。程序如下：

G54

N10

T1D1；3mm槽刀

L1

M4S600M7

G96S50LIMS=1000

R1=-11.17 R2=-6.65 R3=10.25 R4=16.43 R5=3 R6=2 R7=0.2 R8=0.05 R9=0.05 R10=19 R11=3；賦初值

G0X=R10Z=R11

G1Z=R1+R8F0.05

L123 P2

G0X=R10

Z=R11

L1

M01

M30

L123；子程序

R51 =16.43；工件切削直徑初值d0

R52 = 0.05；；進給量初值f0

R53 =1.5；循環移動量初值Δi0

MS1： R51 =R51-R53； 新工件切削直徑

R52 = R1 * 0.05 / 16.43；新的進給量f

R53 = 1.5 -（ 1.5-0.1） * （ 16.43–R51） / 16.43；新的循環移動量

G1 X=R51F=R52 ；切工件直徑

G0U2. 0 ；退刀2. 0

IF R51 >R3+R9 GOTOF MS2 ；判斷是否到達指定深度

GOTOB MS 1； 轉到MS1

MS2：G0X=R10

Z=R2-R8-R9

1.2 4.5mm槽子的精切

N20

T2D1

L1

M4S800M7

G96S50LIMS=1200

G0X=R10Z=R11

G1Z=R1-（R7+0.1）F0.04

X=R4

Z=R1CHR=R7

X=R3

Z=R1+（R2-R1-R5）/2

G0X=R10

Z=R2-R5+（R7+0.1）

G1X=R4

Z=R2-R5CHR=R7

X=R3

Z=R1+（R2-R1-R5）/2

G0X=R10

Z=R11

L1

M01

6.9mm和1.6mm槽子的粗精切同4.5mm的切削方法，在此不再贅述。

4.結論

上述切槽加工方案是我們在車床加工過程中總結出的參數編程方法。本文通過對切槽過程的分析，提出了參數編程的方法。從切槽過程分析來看，相對于CYCLE93固定循環加工有明顯的優勢。對于深槽加工采用參數編程，使排屑更為順暢。同時，利用參數編程可以省去繁瑣的計算，節約了編程時間，提高了工件的加工質量。

參考文獻

[1] 孟生才.SIEMENS參數編程方法、技巧與實例 [M]. 機械工業出版社，2012.04.