自定義數(shù)控挖槽G 指令及其應(yīng)用

朱文藝

（江漢大學(xué)智能制造學(xué)院，湖北武漢 430056）

0 引言

在對零件編程時(shí)，經(jīng)常會碰到一些形狀相似的輪廓，由于其尺寸不同，因此每次編程都得重寫代碼，使得編程效率降低[1]。對于零件的某些相似輪廓，雖然可以編制子程序并在主程序中調(diào)用，但需要進(jìn)行主程序和子程序的編制與調(diào)用，浪費(fèi)時(shí)間且容易出錯(cuò)[2]。

在數(shù)控系統(tǒng)中，G 代碼用來規(guī)定刀具和工件的相對運(yùn)動軌跡、機(jī)床坐標(biāo)系、坐標(biāo)平面、刀具補(bǔ)償、坐標(biāo)偏置等多種加工操作。數(shù)控系統(tǒng)還定義了一些內(nèi)部加工循環(huán)G 指令，通過調(diào)用這些G 指令實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的走刀，從而完成某些相對復(fù)雜的輪廓加工，簡化數(shù)控編程。

挖槽在數(shù)控銑削加工中經(jīng)常碰到，對于尺寸及深度較大的槽，由于挖槽的刀具直徑相對較小，所以在加工時(shí)，要分多層進(jìn)行銑削，且每一層的加工要通過多次走刀完成，若采用傳統(tǒng)的手工編程，編程工作量較大。另外，即使槽的形狀相同，而尺寸不同，或者選用的刀具規(guī)格不同，也要重新進(jìn)行編程，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，借鑒數(shù)控系統(tǒng)固有的各種內(nèi)部加工循環(huán)G 指令的特點(diǎn)，結(jié)合常見的挖槽加工工藝，針對大直徑圓槽的數(shù)控銑削加工來自定義G 指令，會簡化這類槽的數(shù)控加工編程。

1 數(shù)控系統(tǒng)對用戶自定義G 指令的支持

數(shù)控系統(tǒng)為用戶自定義G 指令提供了解決方案。以FANUC 0iMate-MD 為例，在自定義G 指令時(shí)，應(yīng)明確以下2 點(diǎn)：①該系統(tǒng)提供6050～6059 共計(jì)10 個(gè)參數(shù)，應(yīng)用這些參數(shù)可設(shè)定G 代碼調(diào)用程序號為9010～9019的用戶宏程序。比如，將參數(shù)605 的值設(shè)為300，即可設(shè)定采用自定義G300 指令調(diào)用用戶宏程序O9010[2]；②數(shù)控系統(tǒng)為局部變量的賦值提供了獨(dú)立的列表，將局部變量#l、#2、#3 等一一對應(yīng)到字母A、B、C 等。這樣，就可以在主程序中利用自定義G 指令編程實(shí)現(xiàn)向用戶宏程序中的變量賦值。

基于以上2 點(diǎn)，用戶就可以自定義G 代碼、自設(shè)參數(shù)、自定義指令格式，并編制相應(yīng)的用戶宏程序來實(shí)現(xiàn)自定義G 指令了。

2 自定義數(shù)控挖槽指令G300 及應(yīng)用

2.1 大直徑圓槽的數(shù)控加工工藝分析及刀具路徑規(guī)劃

要加工圖1 所示工件上直徑為Φd、深度為H 的圓槽，選用直徑為ΦD 的立銑刀（其中d>D）。編程之前，工藝分析如下：①加工工藝分析。在挖槽加工中，在刀具切入各層指定的深度時(shí)，為了減小刀具切入工件時(shí)所承受的軸向力，同時(shí)改善進(jìn)刀時(shí)的排屑狀況，可采用螺旋切削的進(jìn)刀方式，可使切削更為平穩(wěn)，提高加工質(zhì)量；②為了提高槽壁的加工質(zhì)量，對于圓槽，要盡量避免采用行切法，而應(yīng)采用環(huán)切法；③在各層環(huán)切的過程中，特別是最后一層，為了保證槽底平面的加工質(zhì)量，應(yīng)保證兩個(gè)相鄰切削環(huán)路的軌跡有一定距離的重疊（簡稱重合度）；④加工中，為了提高切削加工的平穩(wěn)性，改善加工質(zhì)量，降低刀具磨損和切削加工的功耗，采用順銑法加工。至于主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等加工工藝參數(shù)，可在主程序中合理給定。

圖1 含大直徑圓槽的工件

完成加工工藝分析之后，應(yīng)做好加工時(shí)的刀具路徑規(guī)劃。某圓槽挖槽加工時(shí)的刀具路徑如圖2 所示。以首層加工為例，說明其加工的過程。O為圓槽上表面的中心，也是加工循環(huán)的起點(diǎn)，b1是加工的中間節(jié)點(diǎn)，也是首層加工的終點(diǎn)。首層加工的具體刀具軌跡見表2。

表2 挖槽加工第一層刀具運(yùn)動軌跡

圖2 挖槽的刀具加工路徑規(guī)劃

對于其他各層的加工軌跡，與首層基本相同，唯一的區(qū)別是，其余各層切削的起刀點(diǎn)分別是b1、b2、…bn，都不在槽的中心線上。另外，在末層加工結(jié)束到b5點(diǎn)后，刀具會回到槽底中心b 點(diǎn)，然后沿著槽的中心線退刀至槽的正上方。

2.2 G300 指令的主參數(shù)及其格式

自定義G300 指令，應(yīng)結(jié)合制定的加工工藝，特別是規(guī)劃的刀具加工路徑，提取主參數(shù)，并合理定義指令格式。需要注意的是，主參數(shù)的提取，既要盡可能全面反映挖槽加工的工藝特點(diǎn)，又不能設(shè)置得過多；另外，指令格式應(yīng)盡量做到直觀、合理，注意要在參數(shù)名稱的選擇、排列的順序上，盡可能做到易記、易用。

基于上述原則，提取自定義挖槽加工指令G300的主參數(shù)：①反映圓槽的位置參數(shù)：X、Y、Z 為槽底的中心坐標(biāo)；②反映圓槽的尺寸參數(shù)：H、R 分別為圓槽的深度和直徑；③反映加工刀具的參數(shù)：D 為刀具的直徑；④反映刀具加工路徑的參數(shù)：E、Q 分別為相鄰加工軌跡的重合度及每一層的切削深度。

至于加工過程中的主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度等工藝參數(shù)，考慮到盡量減少主參數(shù)的數(shù)量，可不在G 指令中指定，編程時(shí)，在主程序中去體現(xiàn)。

最終確定的G300 指令的格式為：G300X［#24］Y［#25］Z［#26］H［#11］R［#18］D［#7］E［#8］Q［#17］。

2.3 G300 指令調(diào)用宏程序的編制

在FANUC 數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控加工的主程序執(zhí)行到G300 指令后，因?yàn)橄到y(tǒng)參數(shù)6050 設(shè)置值為300，故程序轉(zhuǎn)向執(zhí)行程序名為O9010 的用戶宏程序，從而實(shí)現(xiàn)挖槽加工。因此，O9010 用戶宏程序的編制是實(shí)現(xiàn)挖槽加工的關(guān)鍵，大直徑圓槽加工的用戶宏程序如下：

O9010 編制完成后，要在數(shù)控系統(tǒng)中編輯并存儲。編輯之前，必須先解除O9000～O9999 的寫入保護(hù)，具體方法為：設(shè)定MDI 方式，打開參數(shù)寫入軟開關(guān)，在3211號參數(shù)（KEYWD）中設(shè)定一個(gè)與參數(shù)3210 號（PASSWD）相同的值，此時(shí)鎖住狀態(tài)被解除，再將參數(shù)3202的第4 位（NE9）設(shè)定為0，關(guān)閉參數(shù)寫入開關(guān)即可。編輯完成之后，應(yīng)重新鎖住對O9000～O9999 程序的寫入保護(hù)，可以通過關(guān)斷NC 電源再通電使KEYWD 復(fù)位以重新設(shè)定鎖住狀態(tài)[2]。

至此，自定義挖槽指令G300 的工作全部完成。在主程序中執(zhí)行“G300X0.Y0.Z-50.H50.R50.D12.E2.Q5.”的加工結(jié)果如圖3 所示，加工的圓槽槽底中心坐標(biāo)為（0，0，-50），槽深和半徑均為50 mm，加工刀具的直徑為12 mm，同層加工軌跡的重合度為2 mm，單層加工深度為5 mm。

圖3 G300 挖槽仿真加工結(jié)果

3 結(jié)束語

通過自定義G300 指令，實(shí)現(xiàn)了大直徑圓槽的挖槽加工，簡化了編程。需要指出的是，為了確保自定義G 指令能被不同的編程人員正確使用，其作者應(yīng)該提供自定義G 指令的編程說明，對自定義G 指令適用的場合、指令格式、主參數(shù)、使用注意事項(xiàng)等進(jìn)行詳細(xì)說明。