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基于FANUC系統巧用G10實(shí)現深圓弧槽的優(yōu)化設計系統論文
摘 要：文章基于典型的FANUC 0i數控系統，另辟蹊徑，充分開(kāi)發(fā)特殊指令G10的功能，使用圓弧車(chē)刀實(shí)現對深圓弧槽零件的加工，簡(jiǎn)化了編程，提高加工效率，保證加工質(zhì)量，同時(shí)體現數控車(chē)床的優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：FANUC系統；G10；優(yōu)化
中圖分類(lèi)號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）08-0009-03
1 數控車(chē)削加工中工件加工的難點(diǎn)
在數控車(chē)削加工中，經(jīng)常會(huì )有深圓弧槽類(lèi)零件的加工，此類(lèi)工件一直是數控車(chē)削加工中的難點(diǎn)，主要體現如下：
1.1 工藝繁瑣
對于深圓弧槽的刀具選擇，有時(shí)為了避免干涉問(wèn)題，常采用左右外圓刀加工，這樣既增加了工藝的復雜性，又降低了效率，對于兩把刀拼接加工，還影響了工件質(zhì)量，急待選擇合理的刀具來(lái)解決此類(lèi)問(wèn)題。
1.2 編程復雜
對于深圓弧槽的編程，有時(shí)選用子程序編程，有時(shí)選用固定循環(huán)指令，但以上兩種編程都存在一定的缺陷，使用子程序編程時(shí)，其編程方式受到限制，編程不夠靈活。使用外圓車(chē)削固定循環(huán)指令編程時(shí)，因其指令固化，刀路比較固定，導致其空刀比較多，影響了加工效率，急待優(yōu)化。
2 優(yōu)化方案
基于以上兩點(diǎn)，本文提出解決此類(lèi)零件加工的方案，從工藝和程序兩個(gè)方面對此類(lèi)加工實(shí)現優(yōu)化。
2.1 工藝優(yōu)化
傳統的加工方案，可以先用切槽刀開(kāi)粗去余量，然后再用左右偏刀來(lái)對接加工圓弧，如圖1所示，這就不僅增加了工藝安排的難度，增加了加工成本，還降低了加工效率，同時(shí)給編程也增加了難度。
2.1.1 刀具優(yōu)化方案
國內外實(shí)踐已充分證明，可轉位刀具是一種先進(jìn)刀具。但是，只有掌握它的性能，正確合理使用，才能揚長(cháng)避短，取得好的效益。推廣可轉位刀具，一方面是提高刀具的設計制造質(zhì)量；另一方面，正確合理地使用也是非常重要的。本加工方案選擇如圖2所示圓弧車(chē)刀，這種圓弧車(chē)刀屬可轉位機夾刀，不需刃磨，所用刀片為統一標準，正常磨損后，可直接更換，不需調整程序，提高加工效率。
2.1.2 車(chē)刀選擇原則
加工凹形輪廓時(shí)，車(chē)刀圓弧半徑應小于或等于被加工凹形輪廓的最小半徑，并根據所加工的槽的深度選擇刀桿伸出端長(cháng)度，以免與工件發(fā)生干涉。而加工凸形輪廓時(shí)，車(chē)刀圓弧半徑應盡量取大，以利于提高刀具的強度。圓弧車(chē)刀可以用于車(chē)削內、外表面，特別適于車(chē)削各種光滑連接（凹形）的成形面。
2.1.3 刀片型號選擇
根據GB/T 2076-1987《切削刀具可轉位刀片型號表示規則》規定，可轉位刀片的型號由代表一定意義的字母和數字代號按一定順序排列組成，共有10個(gè)號位，每個(gè)號位的含義可查相關(guān)規定表格，選擇適宜的刀片。
2.1.4 切削用量選擇
廠(chǎng)家出廠(chǎng)的刀片已經(jīng)經(jīng)過(guò)無(wú)數次的切削試驗，無(wú)需使用者再去花時(shí)間和成本進(jìn)行切削試驗，這就大大地降低了成本，只需根據刀片廠(chǎng)商提供切削參數，如：
f=0.5（0.3-0.8） mm/rev，Vc=220（150-300） m/min，
括號前數值為廠(chǎng)家推薦值，括號內為參數最低值和最高值。操作人員使用的時(shí)候，可根據轉速計算公式：
n=1 000 Vc/∏D；F=f×n
計算出主軸轉速和進(jìn)給量，配以合適的背吃刀量即可實(shí)現合理的切削加工。
2.2 程序優(yōu)化
在手工編程加工中半徑補償值輸入CNC儲存器的方法主要是用手工方法，即用手動(dòng)的方法將要使用的半徑值從CRT面板中直接輸入，這種方法輸入的半徑值是固定不變的。若用更改磨耗的方法進(jìn)行加工則只能單次輸入單次加工，不能夠實(shí)現連續加工，這就影響了加工效率，若能實(shí)現連續更改磨耗，則將大大提高加工效率，同時(shí)降低編程的復雜性。
2.2.1 G10指令的應用
G10是FANUC系統提供給用戶(hù)應用程序指令方式進(jìn)行參數修改的指令，其功能強大，如刀具壽命管理、工件坐標修改、刀具補償值修改等。但在日常的編程中卻很少得到應用，如能應用得當，將大大方便編程，將參數變化的設定完成于編程階段，并避免因參數設置不當而導致機器誤動(dòng)作等問(wèn)題。在程序中用指令G10將對應的半徑值輸入到儲存器內，通過(guò)變量的形式設半徑值為一個(gè)變量再與G10對應，將不斷變化中的半徑值輸入CNC儲存器中，那么這個(gè)程序加工的輪廓可以實(shí)現不斷的變化，在手工編程中這種編程是一個(gè)靈活而又強大的功能，特別當它與宏程序結合一起使用時(shí)，將更加顯出它的功能方便。
G10可編程參數輸入允許用戶(hù)在程序中設置偏置，用G10代替手工輸入刀具偏置，補償、工件坐標系偏置等。對于車(chē)削，基主要格式有：
G10 P X Y Z R Q 絕對值模式編程
G10 P U V W C Q 增量值模式編程
P：設置的偏置號，在車(chē)削補償頁(yè)面中，幾何G01表示幾何偏置（絕對值），磨耗W01表示磨損偏置（增量值），為了便于區分，磨損偏置與幾何偏置差10 000，即10 000以上為幾何偏置，10 000以下為磨損偏置。P10001：表示幾何頁(yè)面中1號偏置（G01），P1表示磨損頁(yè)面中1號偏置（W01）。
X Y Z：偏置寄存器表示X、Y、Z軸絕對值，Y軸適用于車(chē)銑復合中心。
U V W：偏置寄存器表示X、Y、Z軸相對值。
R：刀尖圓弧半徑絕對值
C：刀尖圓弧半徑相對值
Q：半徑補償偏置方位號。
例如：（1）G10 P10001 X0 Z0 R0 Q0清除幾何頁(yè)面中XZR值為0，刀補號清空。（2）G10 P1 X10 Z0 R0.4 Q3將磨耗頁(yè)面中一號刀位磨耗X軸輸入10，Z為0，刀尖半徑輸入0.4，刀尖方位輸入3。
2.2.2 刀補編程
對于如圖2所示的圓弧形車(chē)刀，圓弧開(kāi)車(chē)刀上構成主切削刃的刀刃形狀為一圓度誤差或輪廓誤差很小的圓弧。在該圓弧上的每一點(diǎn)都是圓弧形車(chē)刀的刀尖，當切削加工時(shí)刀具切削點(diǎn)在刀尖圓弧上變動(dòng)，因此，刀位點(diǎn)不在圓弧上，給手工編程帶來(lái)了一定的麻煩。但若能使用刀補進(jìn)行編程，則將大大降低編程的難度，優(yōu)化了程序。而使用刀補編程，要解決好兩個(gè)方面的問(wèn)題。
�、俚堆a的判斷。G41為刀具左補償：站在刀具路徑上，沿著(zhù)切削前進(jìn)方向看，刀具偏在工件的左側；G42為刀具右補償：站在刀具路徑上，沿著(zhù)切削前進(jìn)方向看，刀具偏在工件的右側。
�、诘都夥轿坏呐袛�。刀尖方位的判斷取決于刀尖圓弧中心的動(dòng)向，它總是與切削表面法向的半徑矢量不重合，假想刀尖的方位是由坐標系和切削時(shí)的刀具的方向決定的，刀尖方位圖如圖3所示，共有10種方位（0-9），對 于本案例，刀尖方位應為0或9。
3 加工案例
本文試以形深圓弧槽的加工為例，如圖4所示。
3.1 刀具的選擇
選用球頭車(chē)刀，刀桿型號為：EVJNR-2020K16
選用球頭刀片，刀片型號為：RCMT0602MO-61
3.2 對 刀
使用試切法對刀，因為球頭車(chē)刀刀位點(diǎn)在圓弧圓心點(diǎn)，而編程時(shí)是以圖形輪廓進(jìn)行編程的，所以在對刀時(shí)應以圓圓心點(diǎn)為對刀的基準點(diǎn)，且程序中必須增加刀尖圓弧半徑補償功能，在刀偏頁(yè)面OFFSET，G01形狀Z坐標處輸入試切長(cháng)度值Z3測量，在X坐標處輸入（試切直徑值+2×3 mm）測量，即完成圓弧車(chē)刀的對刀。
3.3 切削用量
切前用量見(jiàn)表1。
3.4 程 序
程序及注釋說(shuō)明見(jiàn)表2。
以上使用G10和宏語(yǔ)句編程實(shí)現了對磨耗的連續變化控制，只需按輪廓進(jìn)行編程，即可實(shí)現磨耗的連續變化控制，從而完成深圓弧槽的粗精加工，程序語(yǔ)句簡(jiǎn)潔明了。在FANUC 0i Mate Tc CKA6140型臥式車(chē)床上試車(chē)完成驗證，工件實(shí)物如圖5所示，加工過(guò)程鐵屑斷屑合理，加工后各項精度指標達標。
4 結語(yǔ)
對于深圓弧槽的加工，本文從加工工藝和程序兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。尤其在程序優(yōu)化方面，通過(guò)G10對磨耗的連續自動(dòng)控制，使程序更加簡(jiǎn)潔明了。
此外，G10還可以完全替代外圓單一循環(huán)指令G90和外圓仿形固定循環(huán)粗加工G73指令。在端面加工中，又可以替代端面單一循環(huán)指令G94，也可用于具備一定規律的多槽加工中，比如等矩多槽的加工，只需設定Z的磨耗為定值，連續不斷變換，即可實(shí)現多槽的加工。G10指令使數控程序具有一定的柔性、開(kāi)放性和可適應性，如果能夠靈活運用，會(huì )使程序簡(jiǎn)便，并觸類(lèi)旁通，值得推廣。
參考文獻：
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