参数编程在数控车床切槽加工中的应用

韩振猛

摘 要： 通过分析切槽加工的过程，说明CYCLE93固定循环加工在实际生产加工中的作用及局限性，提出参数编程在数控车床切槽中的方案。其切槽进给速度和每次进刀距离随直径变化而逐渐减小，使切槽更为合理、有效。

关键词： 切槽固定循环；参数编程

引言

切槽加工在数控加工中应用较为广泛，切槽动作本身比较简单，在普通机加工中，操作者可以根据加工状态及时调整进退方向及进给速度，使切槽顺利进行。但在数控机床加工中，程序一旦运行，就无法对切削状态的变化进行人为的干预，加之切槽刀刀体长而窄，刚性差，刀刃锋利而磨损快，散热不好。切槽加工中，铁屑和车刀挤在一起，铁屑清除困难，常常会产生振动现象，使车刀变形而难以维持稳定切削。因此，切槽往往是数控加工中的难点之一，为有效的清除切削时产生的铁屑，西门子数控机床都提供有CYCLE93循环加工指令。CYCLE93循环指令可直接用于宽槽加工，调整参数后也可用于切槽或切断加工，其切削过程为断续加工，能起到断屑、及时排屑的作用。但循环指令用于切槽时有一定的局限性。

1.切槽时恒进给速度对切槽的影响

切槽时恒进给速度对切槽可产生不利影响，如图1所示，当不考虑进给运动时，车刀刀刃上某一定点O在工作表面上的运动轨迹是一个圆，γ0和α0为正交平面P0内的标注前角和后角，当考虑到进给运动后，刀刃上任意一点O在工件上的运动轨迹为阿基米德螺线，刀具工作前角γ∞和刀具工作后角α∞应为：

υ为正交平面Pre与Pr之间的夹角，即主运动方向与合成运动方向的夹角。

切槽时刀具愈近工件中心，d值愈小，因此在一定进给量下，刀具工作后角逐渐减小到刀刃接近工件中心时刀具后角甚至从正变为负值，刀具对工件表面产生挤压和摩擦，在切削刃上产生积削瘤并容易产生振动，对刀具寿命产生负面影响。对一般手工加工而言，切断进给快接近工件轴心时，一般会降低进给量f，减少每次进刀的切深，并根据铁屑的排放情况和切削系统的振动情况适时退刀。但在数控循环指令中，进给速度是恒定值，如果按轴心加工情况来设定进给速度f，则势必影响加工效率。

2.循环移动量大小对排屑的影响

切槽时循环移动量Δi 的大小对排屑产生影响。循环移动量是指在切槽循环中每次进刀的距离。进入切槽或切断状态后，铁屑在刀具的作用下开始形成，随着切槽深度的增加，排屑愈加困难。如果每次进刀的距离为固定值，开始切槽时合适，接近轴心时却不一定合适； 如果按轴心加工情况来设定循环移动量，则势必严重影响加工效率。所以，有必要对切槽动作进行相应的调整。

3.解决措施

尽管CYCLE93循环指令在实际切槽应用中有一定的局限性，但是，切槽时采用循环切入方式仍是有效的切槽走刀方式，其缺陷可通过参数编程来克服。要使工作后角在切断过程中不变，当d 变化时，μ 应不变。根据式（ 3 ） ，比值f /d 应为常量，即有进给速度f = df0 /d0，f0和d0为初始切削进给量和工件直径。但由于切断过程是d→0，即f→0，此时切断将无法有效进行，因此可增设切断时最低的保留速度f1。为使切槽过程中铁屑顺利排放，切槽循环中每次进刀距离Δi 应根据直径变化而逐渐减少，在切槽过程中，变量Δi 应为：

Δi = Δi0-（ Δi0-Δi1） （d0-d）/d0

其中： Δi0和Δi1分别为初始循环移动量和切槽结束时循环移动量。通过参数编程，将进给速度f 和循环移动量Δi设为按上述规律变化的变量，并形成“进刀→退刀”循环。

以切断为例，利用西门子数控系统进行参数编程。

R1 = d0工件切削直径初值d0

R2 = f0进给量初值f0

R3 =Δi0循环移动量初值Δi0

MS1：R1 =R1-R3 新工件切削直径

R2 = R1 * f0 / d0新的进给量f

R3 =Δi0-（ Δi0-Δi1） （d0-R1）/d0新的循环移动量

R2 = R2 + f1增设切断时最低保留速度f1

G1 X=R1F=R2 切工件直径

G0U2. 0 退刀2. 0

IF R1 <0 GOTOF MS2 判断直径是否小于0

GOTOB MS1 转到MS1

MS2

参数编程是指在程序中使用参数，通过对参数进行赋值及处理的方式达到程序功能。Siemens系统中的参数编程与Fanuc系统中的“用户宏程序”编程功能类似，Siemens中的R参数相当于Fanuc系统用户宏程序中的变量。同样，在Siemens系统中可以通过对R参数进行赋值、运算等处理，从而使程序实现一些有规律的变化动作，进而提供程序的灵活性和实用性。下面就实际生产中套筒类零件上切槽加工工序，对参数编程进行说明。

图2为4FL-10套筒加工中切槽工序的图纸，此工序有三个槽子，均有公差要求，精度为h11。从右到左槽子宽度依次为4.5mm、6.9mm、1.6mm。首先进行粗切，前两个槽子选取3mm的槽刀，后一個选取1.47的槽刀。

1.1 4.5mm槽子的粗切

R1为槽子左端面Z向坐标

R2为槽子右端面Z向坐标

R3为槽子底部对应的外圆直径

R4为槽子顶部对应的外圆直径

R5为槽刀宽度

R6为槽刀进给次数

R7为锐角倒钝值

R8为Z方向余量

R9为X方向余量

R10为起刀点X坐标

R11为起刀点Z坐标

在粗切过程中，4.5mm的槽子用3mm槽刀切削，槽刀进给次数为2，即分两次切削。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；赋初值

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；；进给量初值f0

R53 =1.5；循环移动量初值Δi0

MS1： R51 =R51-R53； 新工件切削直径

R52 = R1 * 0.05 / 16.43；新的进给量f

R53 = 1.5 -（ 1.5-0.1） * （ 16.43–R51） / 16.43；新的循环移动量

G1 X=R51F=R52 ；切工件直径

G0U2. 0 ；退刀2. 0

IF R51 >R3+R9 GOTOF MS2 ；判断是否到达指定深度

GOTOB MS 1； 转到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，在此不再赘述。

4.结论

上述切槽加工方案是我们在车床加工过程中总结出的参数编程方法。本文通过对切槽过程的分析，提出了参数编程的方法。从切槽过程分析来看，相对于CYCLE93固定循环加工有明显的优势。对于深槽加工采用参数编程，使排屑更为顺畅。同时，利用参数编程可以省去繁琐的计算，节约了编程时间，提高了工件的加工质量。

参考文献

[1] 孟生才.SIEMENS参数编程方法、技巧与实例 [M]. 机械工业出版社，2012.04.