武水秀

（西山煤電股份有限公司矸石電廠，山西 太原 030023）

數(shù)控機(jī)床借助于微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，正向著高精度、多功能、高速化、高效率、復(fù)合加工功能、智能化等方向邁進(jìn)。數(shù)控車床一般只能加工回轉(zhuǎn)體類零件，而要在回轉(zhuǎn)類零件的端面加工孔系、矩形輪廓、矩形槽等形狀，外輪廓上加工的螺旋槽、異形槽或等分孔等形狀，則不能直接由數(shù)控車床加工完成，只能再由具有旋轉(zhuǎn)軸的加工中心裝夾找正后繼續(xù)加工，這將影響零件的加工精度和增加零件的加工時(shí)間，降低生產(chǎn)效率，增加制造成本。而在車削中心上加工此類零件就比較方便，文章基于FANUC 0i CNC系統(tǒng)，對(duì)車削中心極坐標(biāo)與圓柱插補(bǔ)編程進(jìn)行了分析探討。

1 車削中心概述

車削中心是一種以車削加工模式為主，添加銑削動(dòng)力刀頭后又可進(jìn)行銑削加工模式的車銑合一的數(shù)控機(jī)床。車削中心的主要特征是主軸（稱為C軸）可以分度和進(jìn)行伺服控制，回轉(zhuǎn)刀架上除了安裝車削刀具外，還可以安裝鉆削和銑削等自驅(qū)動(dòng)刀具。在保證數(shù)控車床基本功能的同時(shí)，使工件在一次裝夾下實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體的端面或圓柱面的銑削、鉆削、鏜削和攻絲的加工。這樣，可使工件在一次裝夾下完成更多的加工工序，不僅提高效率，而且能大大提高加工精度。

車削中心加工回轉(zhuǎn)體工件時(shí)，工件的旋轉(zhuǎn)是主運(yùn)動(dòng)，刀具的橫向或縱向移動(dòng)是從運(yùn)動(dòng)。而在進(jìn)行銑削加工時(shí)，主軸及工件將轉(zhuǎn)換成分度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，裝在刀架臺(tái)上的刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，由內(nèi)置于刀架臺(tái)內(nèi)的伺服電機(jī)帶動(dòng)。

2 極坐標(biāo)插補(bǔ)G12.1、G13.1

極坐標(biāo)插補(bǔ)功能是將輪廓控制由直角坐標(biāo)系中編程的指令轉(zhuǎn)換成一個(gè)直線軸運(yùn)動(dòng)（刀具的運(yùn)動(dòng)）和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)（工件的回轉(zhuǎn)），這種方法用于在車削中心上切削端面和磨削凸輪軸。其書寫格式是：

G12.1；啟動(dòng)極坐標(biāo)插補(bǔ)方式（使極坐標(biāo)插補(bǔ)有效）；

G13.1；極坐標(biāo)插補(bǔ)方式取消；

可用G112和G113分別代替G12.1和G13.1。

FANUC系統(tǒng)極坐標(biāo)的概念與數(shù)學(xué)中的極坐標(biāo)概念有所不同，如果采用傳統(tǒng)的極軸、極角（ρ，θ）形式，需要借助于宏指令和復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式來編程，比較復(fù)雜費(fèi)時(shí)，因而，數(shù)控系統(tǒng)允許用戶將其當(dāng)做X-C'直角坐標(biāo)系來描述加工軌跡。在與Z軸垂直的平面內(nèi)，由相互垂直的實(shí)軸（第一軸）X和虛軸（第二軸）C'組成極坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)與程序原點(diǎn)重合，且虛軸C'的單位不是度或弧度，而是與實(shí)軸X軸的單位一樣，均為mm，見圖1。

圖1 極坐標(biāo)插補(bǔ)平面

使用極坐標(biāo)編程時(shí)的注意事項(xiàng):

（1）執(zhí)行G12.1和G13.1指令時(shí)必須在程序中單獨(dú)使用，且G12.1、G13.1必須成對(duì)。

（2）程序中的實(shí)軸X的坐標(biāo)用直徑值指定，虛軸C的坐標(biāo)用半徑值指定。

（3）刀具半徑補(bǔ)償G41/G42在極坐標(biāo)插補(bǔ)模式下算法與其他坐標(biāo)模式下算法不同，因而進(jìn)入極坐標(biāo)插補(bǔ)時(shí)必須是G40半徑補(bǔ)償取消方式。如果在極坐標(biāo)中使用了半徑補(bǔ)償，退出極坐標(biāo)之前必須先執(zhí)行G40。

（4）在極坐標(biāo)插補(bǔ)方式下能用的G指令有：G01、G02、G03、G04（暫停）、G40、G41、G42、G65/G66/G67（用戶宏程序指令）、G98/G99（min/rad進(jìn)給）。

（5）在極坐標(biāo)插補(bǔ)平面中為圓弧插補(bǔ)（G02/G03）指令圓弧半徑時(shí)，I、J、K參數(shù)的選用取決于插補(bǔ)平面中的第一軸（直線軸），當(dāng)直線軸是X軸時(shí)，看作Xp-Yp平面，使用I、J。

極坐標(biāo)插補(bǔ)編程實(shí)例見圖2。

圖2 極坐標(biāo)插補(bǔ)程序示例

O0001；

N010 T0101；

N0100 G00 X120.0 C0 Z_； 定位起始位置

N0200 G12.1； 極坐標(biāo)插補(bǔ)開始

N0201 G42 G01 X40.0 F_; 加工幾何形狀開始

N0202 C10.0;

N0203 G03 X20.0 C20.0 R10.0;

N0204 G01 X-40.0;

N0205 C-10.0;

N0206 G03 X-20.0 C-20.0 I10.0 J0;

N0207 G01 X40.0;

N0208 C0;

N0209 G40 X120.0; 加工幾何形狀結(jié)束

N0210 G13.1 極坐標(biāo)插補(bǔ)取消

N0300 Z_;

N0400 X_ C_;

N0900M30；

3 圓柱插補(bǔ)指令G07.1

車削中心的Z-C坐標(biāo)面，即柱面坐標(biāo)系，主要用于加工圓柱凸輪槽。圓柱插補(bǔ)功能主要在圓柱表面展開的狀態(tài)下進(jìn)行程序編寫，Z軸的單位為mm，C軸的單位為（°）。其書寫格式是：

G07.1 IP r； 啟動(dòng)圓柱插補(bǔ)方式

G07.1 IP 0； 圓柱插補(bǔ)方式取消

IP為旋轉(zhuǎn)軸的名稱，用字母C或H表示（H為C的增量坐標(biāo)字代碼），r為工作半徑?？梢杂肎107代替G07.1。

例如：

N06 G07.1 C125.0；執(zhí)行圓柱插補(bǔ)指令的旋轉(zhuǎn)軸是C軸，工作半徑125 mm

G07.1 C0； 圓柱插補(bǔ)指令取消

使用圓柱插補(bǔ)時(shí)的注意事項(xiàng):

（1）用數(shù)控系統(tǒng)的1022號(hào)參數(shù)指定回轉(zhuǎn)軸是X或Y軸的平行軸。當(dāng)設(shè)定1022參數(shù)第五位（與X軸平行的軸）時(shí)，圓弧插補(bǔ)指令為：

G18 Z_ C_;

G02(G03)Z_ C_ R_;

當(dāng)設(shè)定1022參數(shù)第六位（與Y軸平行的軸）時(shí)，圓弧插補(bǔ)指令為：

G19 Z_ C_;

G02(G03)Z_ C_ R_;

程序中，G18、G19 為工作平面選擇指令，分別用于選擇Xp-Zp平面和Yp-Zp平面。車削的工作平面定義見圖3。

（2）圓弧插補(bǔ)時(shí)，圓弧半徑不能用字地址符I、J或K指定。

（3）為了在圓柱插補(bǔ)方式執(zhí)行刀具補(bǔ)償，在進(jìn)入圓柱插補(bǔ)方式之前應(yīng)取消任何正在進(jìn)行的刀具補(bǔ)償方式，然后，在圓柱插補(bǔ)方式內(nèi)開始和結(jié)束刀具補(bǔ)償。

圓柱插補(bǔ)程序見圖4。

圖3 工作平面選擇

圖4 圓柱插補(bǔ)程序示例

O0001；

N01 G00 Z100.0 C0;

N02G01G18W0H0; 設(shè)定切削平面（W、H為Z、C的增量坐標(biāo)字代碼）

N03 G07.1 C57.3; 圓柱插補(bǔ)功能開始，插補(bǔ)半徑為57.3mm

N04 G01 G42 Z120.0 D01 F250;

N05 C30.0;

N06 G02 Z90.0 C60.0 R30.0;

N07 G01 Z70.0;

N08 G03 Z60.0 C70.0 R10.0;

N09 G01 C150.0;

N10 G03 Z70.0 C190.0 R75.0;

N11 G01 Z110.0 C230.0;

N12 G02 Z120.0 C270.0 R75.0;

N13 G01 C360.0;

N14 G40 Z100.0;

N15 G07.1 C0; 圓柱插補(bǔ)功能取消

N16 M30;

4 結(jié)束語

在車削加工中心上合理使用極坐標(biāo)與圓柱插補(bǔ)編程，可以使工件在一次裝夾下實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體的端面或圓柱面的銑削、鉆削、鏜削和攻絲的加工。這樣，工件在一次裝夾下可以完成更多的加工工序，不僅提高效率，而且能大大提高加工精度，數(shù)控車削中心已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)。