复杂沟槽车削加工的宏程序开发

■ 中国工程物理研究院材料研究所 （四川江油 621907） 赵四海 孙林平

复杂沟槽车削加工的宏程序开发

■ 中国工程物理研究院材料研究所 （四川江油 621907） 赵四海 孙林平

针对复杂沟槽在数控车削过程中程序编制复杂、容易出错的问题，利用宏程序开发了适合加工复杂沟槽的循环指令，并通过多次的加工试验进行验证，简化了复杂沟槽加工的数控程序代码，提高了加工效率。

在数控加工过程中经常需要车削沟槽过程，Fanuc数控系统提供的G75切槽循环指令仅能加工简单的直沟槽，对于含斜角或圆角等复杂沟槽的情况，则需要操作人员手工编制繁琐的加工程序，这不仅工作量大而且容易出错。

通过对复杂沟槽结构的分析，利用宏程序开发了适合加工复杂沟槽的循环指令，经过多次加工试验验证，能够实现沟槽4个拐角多达16种拐角形状的判定及其车削加工，不仅简化了复杂沟槽加工的数控程序代码，还节省编程时间、提高加工效率。

1. 问题的提出

在数控车削加工中，Fanuc数控系统提供的G75切槽循环指令仅能加工图1a所示的简单直沟槽，而对于常见的图1b和图1c所示的复杂沟槽，除需要使用G75指令外，还需要编制复杂、繁琐的程序才能完成加工。

图1 复杂沟槽形状示意图

2. 刀具路径设计

通过对复杂沟槽的结构特点进行分析，采取将复杂沟槽分解成三个部分，然后采用分区域车削的方式来完成复杂沟槽的加工，分解方式如图2所示。加工时先采用G75指令循环粗加工图2中区域2，再使用G72端面切削循环指令粗、精加工图2中区域1和区域3，最后精加工图2中区域2的沟槽底部，从而完成整个复杂沟槽的加工。

图2 复杂沟槽刀具路径划分示意图

虽然该方法能够完成复杂沟槽的加工，但在使用中发现该方法还存在一些不足：

（1）编制的程序代码复杂、计算量大且容易出错。

（2）沟槽尺寸或刀具尺寸发生变化时，程序改动量大。

（3）通用性不高，沟槽拐角处倒角类型发生变化后，需重新编制程序。

3. 宏程序的编制

为减少复杂沟槽的编程时间、降低出错的概率以及提高程序的通用性，经过不断地摸索和试验，提出了采用宏程序的方式来完成含有斜角、圆角的复杂沟槽的加工方法，对#7输入参数可以实现沟槽16种拐角形状槽型的判定及加工。该宏程序由一个主程序和一个子程序组成，宏程序中相关参数的含义如图3所示，子程序代码如下：

O9010

IF[#4EQ#0]GOTO90 （切刀参数未赋值报警）

#100=#21*TAN[#1]

#101=#21*TAN[#2]

#111=ROUND[[#7AND8]*1000] /1000 （左上角倒角形状判定）

#112=ROUND[[#7AND4]*1000] /1000 （左下角倒角形状判定）

#113=ROUND[[#7AND2]*1000] /1000 （右下角倒角形状判定）

#114=ROUND[[#7AND1]*1000] /1000 （右上角倒角形状判定）

…

IF[#111EQ0]GOTO5

IF[#111EQ8]GOTO16

N5G72 W[#4*0.8] R0.05

G72 P10 Q15 U0.1 W0.1 F#9

N10 G01 W-[#13+#101+#6]

U-2.

IF[#112EQ4]GOTO11

Z[#26-#101] C#6 （左上角倒斜角）

X#24 Z#26 C#13 （左下角倒斜角）

GOTO 15

N11Z[#26-#101] C#6 （左上角倒斜角）

X#24 Z#26 R#13 （左下角倒圆角）

N15 Z[#26+#13]

G70 P10 Q15 F[#9*0.8]

GOTO28

N16G72W[#4*0.8]R0.05

G72P20Q25U0.1W0.1F#9

N20G01W-[#13+#101+#6]

U-2.

IF[#112EQ4]GOTO21

Z[#26-#101]R#6 （左上角倒圆角）

X#24Z#26C#13 （左下角倒斜角）

GOTO25

N21Z[#26-#101]R#6 （左上角倒圆角）

X#24Z#26R#13 （左下角倒圆角）

N25Z[#26+#13]

G70P20Q25F[#9*0.8]

…

N50 G00 Z[#26+#23-#8-#4]

G01 X#24 F[#9*0.8]

Z[#26+#13]

G00 X[#24+2*#21+2]

GOTO100

N90 #3000=1 (刀具参数赋值报警）

N100 M99

4. 宏程序的调用及参数说明

沟槽的加工使用比沟槽根部更窄的切刀进行切削。以刀具左边缘为基准，通过对参数D赋予不同的数值，来实现不同拐角类型沟槽的加工，参数D的二进制表示法见表1所示。沟槽的宏程序调用格式必须如下：

图3 宏程序参数与沟槽结构尺寸关系示意图

表1 参数D的二进制表示法

G65 P9010 A#1 B#2 I#4 D#7 X#24 Z#26 K#6 M#13 E#8 Q#17 U#21 W#23 F#9

其中，#1：沟槽右侧夹角；#2：沟槽左侧夹角；#4：切刀宽度；#6：沟槽左上角倒角尺寸；#7：沟槽形状判定；#8：沟槽右下角倒角尺寸；#9：切槽加工的进给量；#13：沟槽左下角倒角尺寸；#17：沟槽右上角倒角尺寸；#21：沟槽深度用半径值表示；#23：沟槽根部宽度；#24：沟槽根部的直径值；#26：沟槽的左边缘点。

沟槽左右侧的夹角都是正值且取值范围在0～89.999之间。如果K、M、E和Q没有赋值则视为0，表示是不倒角的尖角。

D定义沟槽剖面4个拐角总共16种不同的拐角排列类型。按照从左到右（即左上角→左下角→右下角→右上角）一一对应的顺序得出D的值。D可以是0～15之间的任意值，如表2所示。左上角处值可为0/8（0表示倒斜角，8表示倒圆角）。左下角处值可为0/4（0表示倒斜角，4表示倒圆角）。右下角处值可为0/2（0表示倒斜角，2表示倒圆角）。右上角处值可为0/1（0表示倒斜角，1表示倒圆角）。

在机床系统参数#6050~#6059中设置G代码，调用程序O9010~O9019，参数赋值可以在1~255中指定任意值，但不能和已经使用的G代码相同。本循环中在#6050中赋值175，则使用G175即可调用O9010子程序，其功能如同G175=G65 P9010。

表2 参数D的赋值及对应的沟槽结构

5. 结语

经过多次加工试验验证，该宏程序能够满足多种槽型的加工要求。内环槽的加工也可采用类似的方法编制宏程序，不仅能够简化复杂沟槽的数控加工代码，还能减少编程时间，提高加工效率。

[1] FANUC LTD. FANUC Series 0/00/0-mate车床系统用操作说明书[Z]. B-61394C/02，1997.

[2] 罗学科，赵玉侠，等. FANUC数控系统用户宏程序与编程技巧[M]. 北京：化学工业出版社，2007.

20150912）