FANUC 0i系统车削加工中心极坐标与圆柱插补编程应用

武水秀

（西山煤电股份有限公司矸石电厂，山西 太原 030023）

数控机床借助于微电子、计算机技术的飞速进步，正向着高精度、多功能、高速化、高效率、复合加工功能、智能化等方向迈进。数控车床一般只能加工回转体类零件，而要在回转类零件的端面加工孔系、矩形轮廓、矩形槽等形状，外轮廓上加工的螺旋槽、异形槽或等分孔等形状，则不能直接由数控车床加工完成，只能再由具有旋转轴的加工中心装夹找正后继续加工，这将影响零件的加工精度和增加零件的加工时间，降低生产效率，增加制造成本。而在车削中心上加工此类零件就比较方便，文章基于FANUC 0i CNC系统，对车削中心极坐标与圆柱插补编程进行了分析探讨。

1 车削中心概述

车削中心是一种以车削加工模式为主，添加铣削动力刀头后又可进行铣削加工模式的车铣合一的数控机床。车削中心的主要特征是主轴（称为C轴）可以分度和进行伺服控制，回转刀架上除了安装车削刀具外，还可以安装钻削和铣削等自驱动刀具。在保证数控车床基本功能的同时，使工件在一次装夹下实现回转体的端面或圆柱面的铣削、钻削、镗削和攻丝的加工。这样，可使工件在一次装夹下完成更多的加工工序，不仅提高效率，而且能大大提高加工精度。

车削中心加工回转体工件时，工件的旋转是主运动，刀具的横向或纵向移动是从运动。而在进行铣削加工时，主轴及工件将转换成分度旋转运动，装在刀架台上的刀具的旋转运动是主运动，由内置于刀架台内的伺服电机带动。

2 极坐标插补G12.1、G13.1

极坐标插补功能是将轮廓控制由直角坐标系中编程的指令转换成一个直线轴运动（刀具的运动）和一个回转轴的运动（工件的回转），这种方法用于在车削中心上切削端面和磨削凸轮轴。其书写格式是：

G12.1；启动极坐标插补方式（使极坐标插补有效）；

G13.1；极坐标插补方式取消；

可用G112和G113分别代替G12.1和G13.1。

FANUC系统极坐标的概念与数学中的极坐标概念有所不同，如果采用传统的极轴、极角（ρ，θ）形式，需要借助于宏指令和复杂的数学公式来编程，比较复杂费时，因而，数控系统允许用户将其当做X-C'直角坐标系来描述加工轨迹。在与Z轴垂直的平面内，由相互垂直的实轴（第一轴）X和虚轴（第二轴）C'组成极坐标系，坐标原点与程序原点重合，且虚轴C'的单位不是度或弧度，而是与实轴X轴的单位一样，均为mm，见图1。

图1 极坐标插补平面

使用极坐标编程时的注意事项:

（1）执行G12.1和G13.1指令时必须在程序中单独使用，且G12.1、G13.1必须成对。

（2）程序中的实轴X的坐标用直径值指定，虚轴C的坐标用半径值指定。

（3）刀具半径补偿G41/G42在极坐标插补模式下算法与其他坐标模式下算法不同，因而进入极坐标插补时必须是G40半径补偿取消方式。如果在极坐标中使用了半径补偿，退出极坐标之前必须先执行G40。

（4）在极坐标插补方式下能用的G指令有：G01、G02、G03、G04（暂停）、G40、G41、G42、G65/G66/G67（用户宏程序指令）、G98/G99（min/rad进给）。

（5）在极坐标插补平面中为圆弧插补（G02/G03）指令圆弧半径时，I、J、K参数的选用取决于插补平面中的第一轴（直线轴），当直线轴是X轴时，看作Xp-Yp平面，使用I、J。

极坐标插补编程实例见图2。

图2 极坐标插补程序示例

O0001；

N010 T0101；

N0100 G00 X120.0 C0 Z_； 定位起始位置

N0200 G12.1； 极坐标插补开始

N0201 G42 G01 X40.0 F_; 加工几何形状开始

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; 加工几何形状结束

N0210 G13.1 极坐标插补取消

N0300 Z_;

N0400 X_ C_;

N0900M30；

3 圆柱插补指令G07.1

车削中心的Z-C坐标面，即柱面坐标系，主要用于加工圆柱凸轮槽。圆柱插补功能主要在圆柱表面展开的状态下进行程序编写，Z轴的单位为mm，C轴的单位为（°）。其书写格式是：

G07.1 IP r； 启动圆柱插补方式

G07.1 IP 0； 圆柱插补方式取消

IP为旋转轴的名称，用字母C或H表示（H为C的增量坐标字代码），r为工作半径。可以用G107代替G07.1。

例如：

N06 G07.1 C125.0；执行圆柱插补指令的旋转轴是C轴，工作半径125 mm

G07.1 C0； 圆柱插补指令取消

使用圆柱插补时的注意事项:

（1）用数控系统的1022号参数指定回转轴是X或Y轴的平行轴。当设定1022参数第五位（与X轴平行的轴）时，圆弧插补指令为：

G18 Z_ C_;

G02(G03)Z_ C_ R_;

当设定1022参数第六位（与Y轴平行的轴）时，圆弧插补指令为：

G19 Z_ C_;

G02(G03)Z_ C_ R_;

程序中，G18、G19 为工作平面选择指令，分别用于选择Xp-Zp平面和Yp-Zp平面。车削的工作平面定义见图3。

（2）圆弧插补时，圆弧半径不能用字地址符I、J或K指定。

（3）为了在圆柱插补方式执行刀具补偿，在进入圆柱插补方式之前应取消任何正在进行的刀具补偿方式，然后，在圆柱插补方式内开始和结束刀具补偿。

圆柱插补程序见图4。

图3 工作平面选择

图4 圆柱插补程序示例

O0001；

N01 G00 Z100.0 C0;

N02G01G18W0H0; 设定切削平面（W、H为Z、C的增量坐标字代码）

N03 G07.1 C57.3; 圆柱插补功能开始，插补半径为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; 圆柱插补功能取消

N16 M30;

4 结束语

在车削加工中心上合理使用极坐标与圆柱插补编程，可以使工件在一次装夹下实现回转体的端面或圆柱面的铣削、钻削、镗削和攻丝的加工。这样，工件在一次装夹下可以完成更多的加工工序，不仅提高效率，而且能大大提高加工精度，数控车削中心已广泛应用于机械制造行业。