西门子802d系统循环切削指令的分析和应用

西门子802D毛坯切削循环指令的分析和应用1、前言SIEMENS802D数控系统，采取了集成化的方式，对在其它系统中需要分别使用不同指令来实现的毛坯循环车削，用一个指令即CYCLE95代替，极大地方便了记忆和使用。它采取的菜单选项的形式，非常便于参数的输入和选择。但同时，由于参数的多样性和严格的应用条件，也使一些人在学习时感到困惑，在使用中出现了问题也不易判断原因，妨碍了对这一指令的准确应用。本文针对毛坯循环切削指令CYCLE95的特点，对它的工作原理和方法进行介绍，并分析使用中应注意的问题。2、CYCLE95的工作参数和功能在SIEMENS802D系统中，CYCLE95由以下参数构成，分别为“NPP”，MID，FALZ，FALX，FAL，FF1，FF2，FF3，VARI，DT，DAM，VRT。我们可以根据设计和需要，选择使用不同的参数并赋值，以实现目标加工。在手工编程输入时，有些参数可以用零值或空格表示，但不能省略。在程序修改时，应检查该指令由12个参数组成，小心误删操作，导致参数不符，运行出错。（1）NPP参数轮廓子程序名称CYCLE95的毛坯切削循环，是依据一个具体的工件轮廓执行的。没有轮廓指定，刀具不知道以什么样的路径行走，也就无法循环。NPP参数即是定义了轮廓外形的子程序名称（在参数赋值时，须加上“”符号）。所谓定义，就是用编程指令将需要实现的目标形状表达出来。这个子程序和一般的程序是有差别的，它不需辅助指令，不用设置工件转速、刀具刀补等参数，也无需考虑吃刀量、进给速度等因素，因为这些参数均在主程序和CYCLE95中设置了。而且这个轮廓只能由直线或圆弧组成（可插入圆角和倒角），即只能用G00、G01、G02、G03等指令进行表达，如果使用了其它的G指令，则会发生错误。因为指令和功能上的限制，这个轮廓子程序本身是无法执行毛坯切削的。因此，从形式上看，这个子程序更象是用G指令进行的纯粹的形状描述。这个子程序可以重复调用，可用于粗加工、精加工和综合加工，只有被CYCLE95调用执行，才能真正发挥子程序中G指令的作用。（2）MID吃刀深度无符号输入这个参数反映粗加工循环时，每次吃刀的深度即背吃刀量单边值。对于纵向外部加工来说，MID即为刀具在X轴负方向的吃刀深度，也就是在半径方向切去的工件厚度。不过，这个参数不一定是实际加工时的吃刀量，它实际是起着限制最大吃刀量的作用。实际吃刀深度，需要根据预留的精加工余量和刀具循环初始时的定位来综合计算。（3）FALZ在纵向轴的精加工余量无符号输入毛坏的循环粗切，是为了快速达到精加工的需要。但仅凭粗加工，是无法达到工艺要求的，或者说，工件的完成，最终都需要精加工的步骤，因此，在粗加工设计时，保留一定的精加工余量是必需的。所以在设定为“粗加工”和“综合加工”的循环方式时，必须对毛坯的精加工余量作出规定，为精加工工序留有余地。以纵向外部加工为例，FALZ参数反映的是，刀具在粗加工到达轮廓纵向尺寸边界时，在毛坯上留有的轴向精加工余量。对于纵向加工的台阶轴来说，当纵向边界与X轴平行时，这个参数与纵向精加工余量是相等的。4FALX在横向轴的精加工余量无符号输入同理，因为工件都有两个加工面，还必需对X轴方向的精加工余量作出规定。对于纵向外部加工来说，它反映的是，刀具到达轮廓横向尺寸边界时至少需要留有的精加工余量。在实际加工中，X向最后保留的精加工余量不一定与设定参数值一致，它与粗车时的吃刀情况有关，在每个台阶上的X轴余量，可能有大有小，但不会小于FALX的设定值。但对于横向外部加工来说，这个值与X轴方向的精加工余量是一致的。这与纵向外部加工时在Z轴方向产生的效果是一样的。5FAL根据轮廓的精加工余量无符号输入如果工件轮廓是完全由垂直或水平的直线组成的台阶轴时，可以不考虑这一参数。但在工件中有斜线、圆弧时，为保证斜线段垂向、圆弧段径向的精加工余量，可设这一参数。设置了FAL参数后，斜线会向垂向、圆弧会向径向扩展一个FAL值，粗加工时，刀具将以扩展的线段或圆弧为加工界限。同时会在纵向和横向的精加工余量上分别累加一个FAL值，也就是说整个工件轮廓的精加工余量都增大了。在一般的工件加工中，设置了FALZ和FALX后，无需再设定FAL值，这是因为斜线、圆弧轮廓向的精加工余量是以FALZ和FALX的值综合计算出的，不会发生因为过切而导致精加工余量成负值的现象。如果对精加工余量有更高的要求，可以设置FAL值。但要知道，重复设定后，所有的精加工余量会加大，会对精加工工序造成一定的影响，因此可能需要对精加工进给速度等参数进行必要的调整。通常的作法是，（FALZ、FALX）和FAL这两组参数，只设一组，留有一定的余量即可。即便同时设置FAL参数，也要注意与FALZ、FALX相匹配，不能完全脱离这两个参数设置。一般我们将它设为与FALZ、FALX相等即可。如果不设FAL值，FALZ与FALX这两个参数要同时设置，设为相同即可，不能只设其中一个，否则会发生错误。下面简单总结一下上述四个参数的关系。图1为纵向外部加工，循环设置为CYCLE95“L10“，3000，2000，2000，2000，0200，0050，0020，9，0000，0000，1000。吃刀量刀具从循环起始点P为开始加工。系统计算出P点到工件最小轴径轮廓线的X向距离（理论深度）为L30MM（以下参数均为单边值）。因为要在工件X向留有余量，这个余量等于FALXFAL224MM，则X向的实际加工深度为L（FALXFAL）30426MM。参数中设定的MID为3MM，则需要的进刀数为L（FALXFAL）/326/38666次，向上取整值为9次，则每次实际吃刀深度为L（FALXFAL）/926/92888MM。纵向精加工余量对于平行于X轴的纵向轮廓边界，如图中的BC段，FG段，精加工余量为FALZFAL224MM,横向精加工余量对平行与Z轴的横向轮廓边界，精加工余量不完全相同。这主要是粗加工吃刀时，为保证精加工余量而形成的。当刀具在纵向进给时，如果发现继续进给会造成某轮廓X向精加工余量不足（小于FALXFAL的和）时，刀具会在此位置前停止进给，退刀，进行下一层的切削。则该段轮廓的X向精加工余量就比较大。比如图中的CD段，EF段。轮廓向精加工余量指图中的圆弧段，它的精加工余量为FAL与（FALZ、FALX）综合计算的和，余量分配呈锯齿状。6FF1非退刀槽加工的进给率这个参数表示刀具在直线切削时的进给速度。需要注意的是，FF1、FF2、FF3进给率与主程序开头辅助参数中选择的进给方式有关，如果是G95，则相应地值为每转进给量，如果是G94，则对应的是每分钟的进给量。7FF2进入凹凸切削时的进给率因为进入工件的凹凸切削环节时，纵向与横向要同时进刀，综合吃刀量会相应增大，为控制加工质量和保护刀具，需降低进给速度。8FF3精加工的进给率精加工时的进给速度。FF3值越小，要求精度越高。对于精加工，如果想通过改变工件转速来提高加工质量，则需要将精加工工序分开出来，重新设一次转速，单独进行CYCLE95的精加工循环，或者重新编制精加工步骤。在很多情况下，我们是将精加工单独进行的，这样做可以方便和准确地选用刀具，也更易观察循环加工的全过程，找出问题所在。9VARI加工类型范围值112这个参数反映的是毛坏循环时采用的切削方式，是纵向还是横向，是内部还是外部，是粗加工还是精加工，或者是综合加工，共有12种组合。这里要注意，加工方式与参数设置是严格相关的。比如选用综合加工，因为有精加工工序，则FALZ，FALX，FF1、FF2、FF3等参数必须要赋值；如果选用精加工循环（前提是已完成粗加工），则只需设一个FF3即可。一旦用错参数，将会中断出错。同时要注意，应当先确定好使用什么样的加工方式（纵向或横向），再编制子程序，因为子程序的编制方向决定了加工方式的合理性，也决定了精加工的车削方向，这与CYCLE95循环指令能否正确运行直接相关。（10）DT粗加工时用于断屑的停顿时间这个参数主要是针对一些韧性或塑性大的工件，通过暂停进给来断屑。它可以避免切屑缠绕在刀具和工件上。对于铸件，不需要使用此参数。（11）DAM粗加工因断屑而中断时所经过的路径长度指明粗车时，刀具每进给多长的距离需要进行短暂停顿，这是和DT参数配合使用的。（12）_VRT粗加工时从轮廓的退回行程无符号输入退刀行程，即刀具在粗加工中，每车削完一层后，在X向与Z向同时退回_VRT的距离。如果不赋值或设为0值，则默认退刀量为1MM。一般情况下，维持默认值即可。3、使用CYCLE95时应注意的问题在使用CYCLE95时，有时出现一些错误和中断，除了参数设置上的问题外，在其它方面也可能会发生问题，应当注意。1子程序的轮廓编制子程序轮廓不是图纸标明的成品轮廓，而是循环加工可以实现的轮廓，是毛坯在加工成工件时形成的外形轮廓。在编制子程序轮廓时应注意，轮廓需要结合毛坯尺寸进行编程。也就是说，这个轮廓必须反映毛坯的形状要素，让系统对循环车削有一个明确的判断依据。如图2所示为纵向切削循环，假设毛坯直径为80MM，那么它在毛坯切削循环时形成的轮廓如图2中所示的黑线，则它的轮廓子程序中的最后一句，应这样编写G01X80。这段语句是反映轮廓最后一个特征点的位置，也可以认为是毛坯直径参数。为什么要反映毛坯直径参数这是因为系统是依据子程序提供的数据建立循环工作区域和重要工作点。当直径为80MM时，它的循环起点为被计算为A点，则刀具会从A点向左进给，逐层将毛坯切削下去。当不反映毛坯直径参数，只按工件实际轮廓编制的话，则它的最后一个X坐标为60，它的循环工作起点会被设为B点，当它向左进给车削时，势必因为吃刀量太大而撞刀。因此，务必使轮廓子程序的起点P和终点Q构成的矩形工作区域包含工件毛坯的待加工区域。考虑毛坯尺寸时，可以设大些，但不应比实际直径小。CYCLE95调用子程序时，会以子程序第一段的位置坐标作为形状定位要素，因此，第一段内必须是G0、G01、G02、G03指令，并且紧跟描述轮廓起始点的一个双坐标。由于循环工作区域是由轮廓子程序的起点和终点联合确定的，因此，我们应养成一个习惯，在编制轮廓子程序时，对起点和终点均用双坐标表示，这样可以避免因疏忽造成的轮廓不完整。由于CYCLE95可以加工凹形环节，增强了循环切削能力，但并不意味着它就可以完成很复杂的轮廓。如果轮廓包含的元素过多，超出了存储器的能力，则会报警中断。因此，有必要将轮廓分为若干段分别执行循环，这样做也便于观察加工质量，提高循环可靠性。（2）刀具的选用调用CYCLE95之前，必须在主程序中激活刀具补偿参数。循环会根据情况自动调用半径补偿。因此，在含有精加工环节的循环中，不能在子程序中重复设置刀尖半径补偿功能。一般情况下，在单调递增的轮廓循环加工中，用一把刀就可以完成粗精加工的全过程。但如果轮廓非单调递增，则需要视情况选用不同的刀具。所谓轮廓非单调递增，是指循环过程中存在凹槽或内圆弧的情况，这时应特别注意刀具自由切削角对工件造成的影响。对于凹槽加工的这些问题，可采用其它类型的循环加工，或者换用其它类型的刀具，分步骤处理这些环节。尽管设置刀具参数DP24可以进行底切时的过切监控，但它并不能解决问题。因此在设计之初，应当充分考虑到这些环节。刀具的选用还与CYCLE95采取的加工方式有关，比如外圆车削（纵向加工）与端面车削（横向加工）的刀具应不同，这要求在制定循环方案时，要作好全盘规划，即选用刀具要与加工方式相适应。（3）循环定位的问题CYCLE95可以从工件任意需要的位置进行循环切削，不一定总是从工件一端开始。在进行循环前，应把刀具移动到一个准备点，这是在主程序中进行设置的（一般在CYCLE95前一段）。应当考虑到刀具从该点进入循环起始点时会不会与工件发生干涉。为了便于单步执行时观察刀具的初定位，应将CYCLE95另起一行。CYCLE95与FANUC系统的循环车削指令如G71、G72、G73，在循环过程的定位上是有差别的，理解了CYCLE95的循环过程，有助于正确运用各种加工方式。我们以一个子程序为例，说明CYCLE95循环定位的相关参数。子程序L11SPF如下（从右至左编程）N10G00X30Z1；子程序起点AN20G01Z34；B点N30G01X38；C点N40G01Z51；D点N50G02X58Z60CR10；E点N60G01Z70；F点N70G01X68；G点N80G01Z80；H点N90G01Z80X80；子程序终点I点N100RET；返回主程序的循环参数设置如下CYCLE95“L11“，2000，2000，2000，2000，0200，0050，0020，9，0000，0000，1000。则它的循环工作和定位如图3所示。粗加工循环切削起始点P以子程序编程起点A的Z坐标和终点I的X坐标构成粗加工循环的理论起点T。同时考虑FALZ、FALX、FAL、_VRT四个参数，则实际起点P的坐标为X坐标I点X坐标FALXFAL_VRT280221290Z坐标A点Z坐标FALZFAL_VRT12216最后一个粗加工循环后返回路径从B1点，先X轴，后Z轴以G0分步退回到P点。精车工作路径最后一个粗加工循环结束后，刀具返回到P点，从P点以G0到达A点，用G1/G2/G3按参数FF3规定的进给量，沿着轮廓，从A点到I点进行切削。全部循环结束返回点Q即粗加工循环的理论起点T。因为已经完成了精加工，这时T点坐标取消精加工余量参数。（4）端面切削的问题当加工直径远大于轴向尺寸的台阶轴时，可