自定义数控挖槽G 指令及其应用

朱文艺

（江汉大学智能制造学院，湖北武汉 430056）

0 引言

在对零件编程时，经常会碰到一些形状相似的轮廓，由于其尺寸不同，因此每次编程都得重写代码，使得编程效率降低[1]。对于零件的某些相似轮廓，虽然可以编制子程序并在主程序中调用，但需要进行主程序和子程序的编制与调用，浪费时间且容易出错[2]。

在数控系统中，G 代码用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。数控系统还定义了一些内部加工循环G 指令，通过调用这些G 指令实现较为复杂的走刀，从而完成某些相对复杂的轮廓加工，简化数控编程。

挖槽在数控铣削加工中经常碰到，对于尺寸及深度较大的槽，由于挖槽的刀具直径相对较小，所以在加工时，要分多层进行铣削，且每一层的加工要通过多次走刀完成，若采用传统的手工编程，编程工作量较大。另外，即使槽的形状相同，而尺寸不同，或者选用的刀具规格不同，也要重新进行编程，费时费力。因此，借鉴数控系统固有的各种内部加工循环G 指令的特点，结合常见的挖槽加工工艺，针对大直径圆槽的数控铣削加工来自定义G 指令，会简化这类槽的数控加工编程。

1 数控系统对用户自定义G 指令的支持

数控系统为用户自定义G 指令提供了解决方案。以FANUC 0iMate-MD 为例，在自定义G 指令时，应明确以下2 点：①该系统提供6050～6059 共计10 个参数，应用这些参数可设定G 代码调用程序号为9010～9019的用户宏程序。比如，将参数605 的值设为300，即可设定采用自定义G300 指令调用用户宏程序O9010[2]；②数控系统为局部变量的赋值提供了独立的列表，将局部变量#l、#2、#3 等一一对应到字母A、B、C 等。这样，就可以在主程序中利用自定义G 指令编程实现向用户宏程序中的变量赋值。

基于以上2 点，用户就可以自定义G 代码、自设参数、自定义指令格式，并编制相应的用户宏程序来实现自定义G 指令了。

2 自定义数控挖槽指令G300 及应用

2.1 大直径圆槽的数控加工工艺分析及刀具路径规划

要加工图1 所示工件上直径为Φd、深度为H 的圆槽，选用直径为ΦD 的立铣刀（其中d>D）。编程之前，工艺分析如下：①加工工艺分析。在挖槽加工中，在刀具切入各层指定的深度时，为了减小刀具切入工件时所承受的轴向力，同时改善进刀时的排屑状况，可采用螺旋切削的进刀方式，可使切削更为平稳，提高加工质量；②为了提高槽壁的加工质量，对于圆槽，要尽量避免采用行切法，而应采用环切法；③在各层环切的过程中，特别是最后一层，为了保证槽底平面的加工质量，应保证两个相邻切削环路的轨迹有一定距离的重叠（简称重合度）；④加工中，为了提高切削加工的平稳性，改善加工质量，降低刀具磨损和切削加工的功耗，采用顺铣法加工。至于主轴转速、进给速度等加工工艺参数，可在主程序中合理给定。

图1 含大直径圆槽的工件

完成加工工艺分析之后，应做好加工时的刀具路径规划。某圆槽挖槽加工时的刀具路径如图2 所示。以首层加工为例，说明其加工的过程。O为圆槽上表面的中心，也是加工循环的起点，b1是加工的中间节点，也是首层加工的终点。首层加工的具体刀具轨迹见表2。

表2 挖槽加工第一层刀具运动轨迹

图2 挖槽的刀具加工路径规划

对于其他各层的加工轨迹，与首层基本相同，唯一的区别是，其余各层切削的起刀点分别是b1、b2、…bn，都不在槽的中心线上。另外，在末层加工结束到b5点后，刀具会回到槽底中心b 点，然后沿着槽的中心线退刀至槽的正上方。

2.2 G300 指令的主参数及其格式

自定义G300 指令，应结合制定的加工工艺，特别是规划的刀具加工路径，提取主参数，并合理定义指令格式。需要注意的是，主参数的提取，既要尽可能全面反映挖槽加工的工艺特点，又不能设置得过多；另外，指令格式应尽量做到直观、合理，注意要在参数名称的选择、排列的顺序上，尽可能做到易记、易用。

基于上述原则，提取自定义挖槽加工指令G300的主参数：①反映圆槽的位置参数：X、Y、Z 为槽底的中心坐标；②反映圆槽的尺寸参数：H、R 分别为圆槽的深度和直径；③反映加工刀具的参数：D 为刀具的直径；④反映刀具加工路径的参数：E、Q 分别为相邻加工轨迹的重合度及每一层的切削深度。

至于加工过程中的主轴转速及进给速度等工艺参数，考虑到尽量减少主参数的数量，可不在G 指令中指定，编程时，在主程序中去体现。

最终确定的G300 指令的格式为：G300X［#24］Y［#25］Z［#26］H［#11］R［#18］D［#7］E［#8］Q［#17］。

2.3 G300 指令调用宏程序的编制

在FANUC 数控系统中，数控加工的主程序执行到G300 指令后，因为系统参数6050 设置值为300，故程序转向执行程序名为O9010 的用户宏程序，从而实现挖槽加工。因此，O9010 用户宏程序的编制是实现挖槽加工的关键，大直径圆槽加工的用户宏程序如下：

O9010 编制完成后，要在数控系统中编辑并存储。编辑之前，必须先解除O9000～O9999 的写入保护，具体方法为：设定MDI 方式，打开参数写入软开关，在3211号参数（KEYWD）中设定一个与参数3210 号（PASSWD）相同的值，此时锁住状态被解除，再将参数3202的第4 位（NE9）设定为0，关闭参数写入开关即可。编辑完成之后，应重新锁住对O9000～O9999 程序的写入保护，可以通过关断NC 电源再通电使KEYWD 复位以重新设定锁住状态[2]。

至此，自定义挖槽指令G300 的工作全部完成。在主程序中执行“G300X0.Y0.Z-50.H50.R50.D12.E2.Q5.”的加工结果如图3 所示，加工的圆槽槽底中心坐标为（0，0，-50），槽深和半径均为50 mm，加工刀具的直径为12 mm，同层加工轨迹的重合度为2 mm，单层加工深度为5 mm。

图3 G300 挖槽仿真加工结果

3 结束语

通过自定义G300 指令，实现了大直径圆槽的挖槽加工，简化了编程。需要指出的是，为了确保自定义G 指令能被不同的编程人员正确使用，其作者应该提供自定义G 指令的编程说明，对自定义G 指令适用的场合、指令格式、主参数、使用注意事项等进行详细说明。