西門子802D毛坯切削循環(huán)指令的分析和應(yīng)用1、前言SIEMENS802D數(shù)控系統(tǒng)，采取了集成化的方式，對在其它系統(tǒng)中需要分別使用不同指令來實現(xiàn)的毛坯循環(huán)車削，用一個指令即CYCLE95代替，極大地方便了記憶和使用。它采取的菜單選項的形式，非常便于參數(shù)的輸入和選擇。但同時，由于參數(shù)的多樣性和嚴(yán)格的應(yīng)用條件，也使一些人在學(xué)習(xí)時感到困惑，在使用中出現(xiàn)了問題也不易判斷原因，妨礙了對這一指令的準(zhǔn)確應(yīng)用。本文針對毛坯循環(huán)切削指令CYCLE95的特點，對它的工作原理和方法進(jìn)行介紹，并分析使用中應(yīng)注意的問題。2、CYCLE95的工作參數(shù)和功能在SIEMENS802D系統(tǒng)中，CYCLE95由以下參數(shù)構(gòu)成，分別為“NPP”，MID，F(xiàn)ALZ，F(xiàn)ALX，F(xiàn)AL，F(xiàn)F1，F(xiàn)F2，F(xiàn)F3，VARI，DT，DAM，VRT。我們可以根據(jù)設(shè)計和需要，選擇使用不同的參數(shù)并賦值，以實現(xiàn)目標(biāo)加工。在手工編程輸入時，有些參數(shù)可以用零值或空格表示，但不能省略。在程序修改時，應(yīng)檢查該指令由12個參數(shù)組成，小心誤刪操作，導(dǎo)致參數(shù)不符，運行出錯。（1）NPP參數(shù)輪廓子程序名稱CYCLE95的毛坯切削循環(huán)，是依據(jù)一個具體的工件輪廓執(zhí)行的。沒有輪廓指定，刀具不知道以什么樣的路徑行走，也就無法循環(huán)。NPP參數(shù)即是定義了輪廓外形的子程序名稱（在參數(shù)賦值時，須加上“”符號）。所謂定義，就是用編程指令將需要實現(xiàn)的目標(biāo)形狀表達(dá)出來。這個子程序和一般的程序是有差別的，它不需輔助指令，不用設(shè)置工件轉(zhuǎn)速、刀具刀補等參數(shù)，也無需考慮吃刀量、進(jìn)給速度等因素，因為這些參數(shù)均在主程序和CYCLE95中設(shè)置了。而且這個輪廓只能由直線或圓弧組成（可插入圓角和倒角），即只能用G00、G01、G02、G03等指令進(jìn)行表達(dá)，如果使用了其它的G指令，則會發(fā)生錯誤。因為指令和功能上的限制，這個輪廓子程序本身是無法執(zhí)行毛坯切削的。因此，從形式上看，這個子程序更象是用G指令進(jìn)行的純粹的形狀描述。這個子程序可以重復(fù)調(diào)用，可用于粗加工、精加工和綜合加工，只有被CYCLE95調(diào)用執(zhí)行，才能真正發(fā)揮子程序中G指令的作用。（2）MID吃刀深度無符號輸入這個參數(shù)反映粗加工循環(huán)時，每次吃刀的深度即背吃刀量單邊值。對于縱向外部加工來說，MID即為刀具在X軸負(fù)方向的吃刀深度，也就是在半徑方向切去的工件厚度。不過，這個參數(shù)不一定是實際加工時的吃刀量，它實際是起著限制最大吃刀量的作用。實際吃刀深度，需要根據(jù)預(yù)留的精加工余量和刀具循環(huán)初始時的定位來綜合計算。（3）FALZ在縱向軸的精加工余量無符號輸入毛壞的循環(huán)粗切，是為了快速達(dá)到精加工的需要。但僅憑粗加工，是無法達(dá)到工藝要求的，或者說，工件的完成，最終都需要精加工的步驟，因此，在粗加工設(shè)計時，保留一定的精加工余量是必需的。所以在設(shè)定為“粗加工”和“綜合加工”的循環(huán)方式時，必須對毛坯的精加工余量作出規(guī)定，為精加工工序留有余地。以縱向外部加工為例，F(xiàn)ALZ參數(shù)反映的是，刀具在粗加工到達(dá)輪廓縱向尺寸邊界時，在毛坯上留有的軸向精加工余量。對于縱向加工的臺階軸來說，當(dāng)縱向邊界與X軸平行時，這個參數(shù)與縱向精加工余量是相等的。4FALX在橫向軸的精加工余量無符號輸入同理，因為工件都有兩個加工面，還必需對X軸方向的精加工余量作出規(guī)定。對于縱向外部加工來說，它反映的是，刀具到達(dá)輪廓橫向尺寸邊界時至少需要留有的精加工余量。在實際加工中，X向最后保留的精加工余量不一定與設(shè)定參數(shù)值一致，它與粗車時的吃刀情況有關(guān)，在每個臺階上的X軸余量，可能有大有小，但不會小于FALX的設(shè)定值。但對于橫向外部加工來說，這個值與X軸方向的精加工余量是一致的。這與縱向外部加工時在Z軸方向產(chǎn)生的效果是一樣的。5FAL根據(jù)輪廓的精加工余量無符號輸入如果工件輪廓是完全由垂直或水平的直線組成的臺階軸時，可以不考慮這一參數(shù)。但在工件中有斜線、圓弧時，為保證斜線段垂向、圓弧段徑向的精加工余量，可設(shè)這一參數(shù)。設(shè)置了FAL參數(shù)后，斜線會向垂向、圓弧會向徑向擴展一個FAL值，粗加工時，刀具將以擴展的線段或圓弧為加工界限。同時會在縱向和橫向的精加工余量上分別累加一個FAL值，也就是說整個工件輪廓的精加工余量都增大了。在一般的工件加工中，設(shè)置了FALZ和FALX后，無需再設(shè)定FAL值，這是因為斜線、圓弧輪廓向的精加工余量是以FALZ和FALX的值綜合計算出的，不會發(fā)生因為過切而導(dǎo)致精加工余量成負(fù)值的現(xiàn)象。如果對精加工余量有更高的要求，可以設(shè)置FAL值。但要知道，重復(fù)設(shè)定后，所有的精加工余量會加大，會對精加工工序造成一定的影響，因此可能需要對精加工進(jìn)給速度等參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整。通常的作法是，（FALZ、FALX）和FAL這兩組參數(shù)，只設(shè)一組，留有一定的余量即可。即便同時設(shè)置FAL參數(shù)，也要注意與FALZ、FALX相匹配，不能完全脫離這兩個參數(shù)設(shè)置。一般我們將它設(shè)為與FALZ、FALX相等即可。如果不設(shè)FAL值，F(xiàn)ALZ與FALX這兩個參數(shù)要同時設(shè)置，設(shè)為相同即可，不能只設(shè)其中一個，否則會發(fā)生錯誤。下面簡單總結(jié)一下上述四個參數(shù)的關(guān)系。圖1為縱向外部加工，循環(huán)設(shè)置為CYCLE95“L10“，3000，2000，2000，2000，0200，0050，0020，9，0000，0000，1000。吃刀量刀具從循環(huán)起始點P為開始加工。系統(tǒng)計算出P點到工件最小軸徑輪廓線的X向距離（理論深度）為L30MM（以下參數(shù)均為單邊值）。因為要在工件X向留有余量，這個余量等于FALXFAL224MM，則X向的實際加工深度為L（FALXFAL）30426MM。參數(shù)中設(shè)定的MID為3MM，則需要的進(jìn)刀數(shù)為L（FALXFAL）/326/38666次，向上取整值為9次，則每次實際吃刀深度為L（FALXFAL）/926/92888MM?？v向精加工余量對于平行于X軸的縱向輪廓邊界，如圖中的BC段，F(xiàn)G段，精加工余量為FALZFAL224MM,橫向精加工余量對平行與Z軸的橫向輪廓邊界，精加工余量不完全相同。這主要是粗加工吃刀時，為保證精加工余量而形成的。當(dāng)?shù)毒咴诳v向進(jìn)給時，如果發(fā)現(xiàn)繼續(xù)進(jìn)給會造成某輪廓X向精加工余量不足（小于FALXFAL的和）時，刀具會在此位置前停止進(jìn)給，退刀，進(jìn)行下一層的切削。則該段輪廓的X向精加工余量就比較大。比如圖中的CD段，EF段。輪廓向精加工余量指圖中的圓弧段，它的精加工余量為FAL與（FALZ、FALX）綜合計算的和，余量分配呈鋸齒狀。6FF1非退刀槽加工的進(jìn)給率這個參數(shù)表示刀具在直線切削時的進(jìn)給速度。需要注意的是，F(xiàn)F1、FF2、FF3進(jìn)給率與主程序開頭輔助參數(shù)中選擇的進(jìn)給方式有關(guān)，如果是G95，則相應(yīng)地值為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，如果是G94，則對應(yīng)的是每分鐘的進(jìn)給量。7FF2進(jìn)入凹凸切削時的進(jìn)給率因為進(jìn)入工件的凹凸切削環(huán)節(jié)時，縱向與橫向要同時進(jìn)刀，綜合吃刀量會相應(yīng)增大，為控制加工質(zhì)量和保護刀具，需降低進(jìn)給速度。8FF3精加工的進(jìn)給率精加工時的進(jìn)給速度。FF3值越小，要求精度越高。對于精加工，如果想通過改變工件轉(zhuǎn)速來提高加工質(zhì)量，則需要將精加工工序分開出來，重新設(shè)一次轉(zhuǎn)速，單獨進(jìn)行CYCLE95的精加工循環(huán)，或者重新編制精加工步驟。在很多情況下，我們是將精加工單獨進(jìn)行的，這樣做可以方便和準(zhǔn)確地選用刀具，也更易觀察循環(huán)加工的全過程，找出問題所在。9VARI加工類型范圍值112這個參數(shù)反映的是毛壞循環(huán)時采用的切削方式，是縱向還是橫向，是內(nèi)部還是外部，是粗加工還是精加工，或者是綜合加工，共有12種組合。這里要注意，加工方式與參數(shù)設(shè)置是嚴(yán)格相關(guān)的。比如選用綜合加工，因為有精加工工序，則FALZ，F(xiàn)ALX，F(xiàn)F1、FF2、FF3等參數(shù)必須要賦值；如果選用精加工循環(huán)（前提是已完成粗加工），則只需設(shè)一個FF3即可。一旦用錯參數(shù)，將會中斷出錯。同時要注意，應(yīng)當(dāng)先確定好使用什么樣的加工方式（縱向或橫向），再編制子程序，因為子程序的編制方向決定了加工方式的合理性，也決定了精加工的車削方向，這與CYCLE95循環(huán)指令能否正確運行直接相關(guān)。（10）DT粗加工時用于斷屑的停頓時間這個參數(shù)主要是針對一些韌性或塑性大的工件，通過暫停進(jìn)給來斷屑。它可以避免切屑纏繞在刀具和工件上。對于鑄件，不需要使用此參數(shù)。（11）DAM粗加工因斷屑而中斷時所經(jīng)過的路徑長度指明粗車時，刀具每進(jìn)給多長的距離需要進(jìn)行短暫停頓，這是和DT參數(shù)配合使用的。（12）_VRT粗加工時從輪廓的退回行程無符號輸入退刀行程，即刀具在粗加工中，每車削完一層后，在X向與Z向同時退回_VRT的距離。如果不賦值或設(shè)為0值，則默認(rèn)退刀量為1MM。一般情況下，維持默認(rèn)值即可。3、使用CYCLE95時應(yīng)注意的問題在使用CYCLE95時，有時出現(xiàn)一些錯誤和中斷，除了參數(shù)設(shè)置上的問題外，在其它方面也可能會發(fā)生問題，應(yīng)當(dāng)注意。1子程序的輪廓編制子程序輪廓不是圖紙標(biāo)明的成品輪廓，而是循環(huán)加工可以實現(xiàn)的輪廓，是毛坯在加工成工件時形成的外形輪廓。在編制子程序輪廓時應(yīng)注意，輪廓需要結(jié)合毛坯尺寸進(jìn)行編程。也就是說，這個輪廓必須反映毛坯的形狀要素，讓系統(tǒng)對循環(huán)車削有一個明確的判斷依據(jù)。如圖2所示為縱向切削循環(huán)，假設(shè)毛坯直徑為80MM，那么它在毛坯切削循環(huán)時形成的輪廓如圖2中所示的黑線，則它的輪廓子程序中的最后一句，應(yīng)這樣編寫G01X80。這段語句是反映輪廓最后一個特征點的位置，也可以認(rèn)為是毛坯直徑參數(shù)。為什么要反映毛坯直徑參數(shù)這是因為系統(tǒng)是依據(jù)子程序提供的數(shù)據(jù)建立循環(huán)工作區(qū)域和重要工作點。當(dāng)直徑為80MM時，它的循環(huán)起點為被計算為A點，則刀具會從A點向左進(jìn)給，逐層將毛坯切削下去。當(dāng)不反映毛坯直徑參數(shù)，只按工件實際輪廓編制的話，則它的最后一個X坐標(biāo)為60，它的循環(huán)工作起點會被設(shè)為B點，當(dāng)它向左進(jìn)給車削時，勢必因為吃刀量太大而撞刀。因此，務(wù)必使輪廓子程序的起點P和終點Q構(gòu)成的矩形工作區(qū)域包含工件毛坯的待加工區(qū)域?？紤]毛坯尺寸時，可以設(shè)大些，但不應(yīng)比實際直徑小。CYCLE95調(diào)用子程序時，會以子程序第一段的位置坐標(biāo)作為形狀定位要素，因此，第一段內(nèi)必須是G0、G01、G02、G03指令，并且緊跟描述輪廓起始點的一個雙坐標(biāo)。由于循環(huán)工作區(qū)域是由輪廓子程序的起點和終點聯(lián)合確定的，因此，我們應(yīng)養(yǎng)成一個習(xí)慣，在編制輪廓子程序時，對起點和終點均用雙坐標(biāo)表示，這樣可以避免因疏忽造成的輪廓不完整。由于CYCLE95可以加工凹形環(huán)節(jié)，增強了循環(huán)切削能力，但并不意味著它就可以完成很復(fù)雜的輪廓。如果輪廓包含的元素過多，超出了存儲器的能力，則會報警中斷。因此，有必要將輪廓分為若干段分別執(zhí)行循環(huán)，這樣做也便于觀察加工質(zhì)量，提高循環(huán)可靠性。（2）刀具的選用調(diào)用CYCLE95之前，必須在主程序中激活刀具補償參數(shù)。循環(huán)會根據(jù)情況自動調(diào)用半徑補償。因此，在含有精加工環(huán)節(jié)的循環(huán)中，不能在子程序中重復(fù)設(shè)置刀尖半徑補償功能。一般情況下，在單調(diào)遞增的輪廓循環(huán)加工中，用一把刀就可以完成粗精加工的全過程。但如果輪廓非單調(diào)遞增，則需要視情況選用不同的刀具。所謂輪廓非單調(diào)遞增，是指循環(huán)過程中存在凹槽或內(nèi)圓弧的情況，這時應(yīng)特別注意刀具自由切削角對工件造成的影響。對于凹槽加工的這些問題，可采用其它類型的循環(huán)加工，或者換用其它類型的刀具，分步驟處理這些環(huán)節(jié)。盡管設(shè)置刀具參數(shù)DP24可以進(jìn)行底切時的過切監(jiān)控，但它并不能解決問題。因此在設(shè)計之初，應(yīng)當(dāng)充分考慮到這些環(huán)節(jié)。刀具的選用還與CYCLE95采取的加工方式有關(guān)，比如外圓車削（縱向加工）與端面車削（橫向加工）的刀具應(yīng)不同，這要求在制定循環(huán)方案時，要作好全盤規(guī)劃，即選用刀具要與加工方式相適應(yīng)。（3）循環(huán)定位的問題CYCLE95可以從工件任意需要的位置進(jìn)行循環(huán)切削，不一定總是從工件一端開始。在進(jìn)行循環(huán)前，應(yīng)把刀具移動到一個準(zhǔn)備點，這是在主程序中進(jìn)行設(shè)置的（一般在CYCLE95前一段）。應(yīng)當(dāng)考慮到刀具從該點進(jìn)入循環(huán)起始點時會不會與工件發(fā)生干涉。為了便于單步執(zhí)行時觀察刀具的初定位，應(yīng)將CYCLE95另起一行。CYCLE95與FANUC系統(tǒng)的循環(huán)車削指令如G71、G72、G73，在循環(huán)過程的定位上是有差別的，理解了CYCLE95的循環(huán)過程，有助于正確運用各種加工方式。我們以一個子程序為例，說明CYCLE95循環(huán)定位的相關(guān)參數(shù)。子程序L11SPF如下（從右至左編程）N10G00X30Z1；子程序起點AN20G01Z34；B點N30G01X38；C點N40G01Z51；D點N50G02X58Z60CR10；E點N60G01Z70；F點N70G01X68；G點N80G01Z80；H點N90G01Z80X80；子程序終點I點N100RET；返回主程序的循環(huán)參數(shù)設(shè)置如下CYCLE95“L11“，2000，2000，2000，2000，0200，0050，0020，9，0000，0000，1000。則它的循環(huán)工作和定位如圖3所示。粗加工循環(huán)切削起始點P以子程序編程起點A的Z坐標(biāo)和終點I的X坐標(biāo)構(gòu)成粗加工循環(huán)的理論起點T。同時考慮FALZ、FALX、FAL、_VRT四個參數(shù)，則實際起點P的坐標(biāo)為X坐標(biāo)I點X坐標(biāo)FALXFAL_VRT280221290Z坐標(biāo)A點Z坐標(biāo)FALZFAL_VRT12216最后一個粗加工循環(huán)后返回路徑從B1點，先X軸，后Z軸以G0分步退回到P點。精車工作路徑最后一個粗加工循環(huán)結(jié)束后，刀具返回到P點，從P點以G0到達(dá)A點，用G1/G2/G3按參數(shù)FF3規(guī)定的進(jìn)給量，沿著輪廓，從A點到I點進(jìn)行切削。全部循環(huán)結(jié)束返回點Q即粗加工循環(huán)的理論起點T。因為已經(jīng)完成了精加工，這時T點坐標(biāo)取消精加工余量參數(shù)。（4）端面切削的問題當(dāng)加工直徑遠(yuǎn)大于軸向尺寸的臺階軸時，可