摘要： FANUC 32I數控係統中，新（xīn）增圓錐插補功能，刀（dāo）路均勻流暢，使（shǐ）一些相對複雜的曲線路徑在（zài）手工編程中（zhōng）成為現實，廣泛應用於旋轉類曲麵的銑削加工，取得（dé）了很好的加工效果，謹以錐螺紋和球窩曲麵為例，淺談圓錐插補功能的擴展與運用。

  
 
      1、引言

     在FANUC 32I數控係統中，G02/G03指令被賦予更（gèng）多的功能，除了常規的圓弧插（chā）補和螺旋線插補外，通（tōng）過指定旋轉次數或者每轉的半徑增量值，即可進行平麵螺線（xiàn）插補，在（zài）此螺（luó）線（xiàn）插補的基礎上再增加一個（gè）垂直於（yú）圓弧平麵（miàn）的直線軸運動，即可進（jìn）行（háng）圓錐（zhuī）插補。圓錐插補（bǔ）的刀（dāo）具路徑，幾乎適用於所用旋轉曲麵的精加工，整條路徑由一組（zǔ）規律變化的錐螺旋線組成，路徑中沒有進給（gěi）速（sù）度和進給方向的突然轉變，從下刀到抬刀一氣嗬（hē）成（chéng），刀路行距（jù）均勻，簡潔流暢，具有不可比擬的優勢，學（xué）以致用後可以解決很多編（biān）程中（zhōng）遇到的難題。本（běn）人長期使用FANUC數控係統，早（zǎo）期的0I版本，注重於（yú）係統的兼容性和穩定性，一般隻配置標準的（de）插補功能，將一些（xiē）特殊的曲線（xiàn）編程寄托於用戶宏程序的使用與開發（fā）。掌（zhǎng）握宏（hóng）程序需要很高的數學知識和邏輯思維，令很多編程員望（wàng）而怯步，無奈之餘，隻能借助於自動編程軟件。FANUC 32I數控係統站（zhàn）在普通用戶（hù）的角度，增加了很多（duō）實用功能（néng），其中的圓錐插補（bǔ）可以說（shuō）是一次跨時代的進步，使一些相對複雜（zá）的曲線路徑在手工編程中成為（wéi）現實，圓弧和螺旋線（xiàn）插補是FANUC係統的基礎（chǔ）功（gōng）能，在此不做贅述，圓錐插補卻很少被編程（chéng）員所了解。本人根據（jù）自己多年掌握的編程（chéng）經驗，以錐（zhuī）螺紋和球窩曲麵為例，淺談圓錐（zhuī）插補的擴展與運用，希望對大家有所幫助。

      2、錐螺紋

                                     圖一  特製油（yóu）管扣錐螺紋  

                        圖二  錐螺紋銑削路徑

     錐螺紋（wén）廣泛應用於（yú）密封元件和管路（lù）連接，與直（zhí）螺紋的區別（bié）在於：螺旋線沿導程方向延伸的同時，半徑因錐角作用逐漸放大或縮小。受此影響（xiǎng），每一圈螺旋線的起點和終點（diǎn）都不在同一（yī）圓柱麵上。很（hěn）難用（yòng）標準的螺旋（xuán）線插補編程，錐螺紋銑削一直是數控編程的難點，即使一些主流的編程軟件也沒有什麽好的辦法，普遍采用等分直線（xiàn）段擬合螺旋線的方法，理論上勉強（qiáng）可以接（jiē）受。但實際上（shàng）存在一定的輪廓誤差，加工效果較差，在（zài）線段的連接處（chù），刀具出現短暫的停滯，反映在螺紋牙型表麵上，是（shì）一圈斷（duàn）斷續續的（de）接刀痕跡，拋光也無（wú）濟於事。低配置的數控（kòng）機床（chuáng）尤為明顯，由於刀具動作跟不上程（chéng）序運（yùn）行的節拍（pāi），銑削後的螺旋（xuán）線最終演變為N邊形輪廓（kuò）線，失去應有的加工精度。數控高手各顯其能，靈活運用宏程（chéng）序推出了很多錐螺紋編程方法（fǎ），其中以變（biàn）量控製螺旋線插補實現錐螺紋銑削的方法最為經典，打破了數控銑（xǐ）床長期使用三維線段擬合錐螺紋（wén）的傳統（tǒng）觀念，得到了編程員的（de）一致認可，不足之（zhī）處（chù）是必須更（gèng）改相關（guān）的參數，受（shòu）係（xì）統版本和機床性（xìng）能的限製，存在一（yī）定（dìng）的風險和差異，FANUC 32I係統的圓錐插補功能徹底解決了這一難題，螺（luó）紋部分一個程序段就可以搞定，數控機（jī）床像執行普通螺旋線指令一樣，輕（qīng）鬆自（zì）如的完成錐螺紋銑削，即省去了自動（dòng）編程的長（zhǎng）篇大作，又避免了宏程序的複雜運算，大幅提高了螺紋質（zhì）量和加工效率，有效擴展（zhǎn）了手工編程（chéng）的範圍。
 
 
     編程格式：

G17 G02/G03 X_ Y_ Z_ I_ J_ K_ Q_ L_ F_
X_ Y_ Z_是指錐螺紋終（zhōng）點（diǎn）的坐標值；
I_ J_ 從螺旋起點到（dào）中心的矢量值，與圓弧插補相同；
K_ 螺旋線旋轉一周的高度（dù）增減值（行距）；
Q_ 螺旋線旋轉一周的半徑增減值；
L_ 重複次數（不帶小（xiǎo）數點（diǎn）的正值）；
F_ 進給速度； 
 
     當I/J/K與Q、L發生定義（yì）衝（chōng）突時，可視情況省略其（qí）中的兩項。
 
     以（yǐ）（圖一）特製油（yóu）管扣（kòu）為例，設工件上表麵和錐螺紋中心線為G54加（jiā）工坐（zuò）標係原點，選用φ30單齒螺紋銑刀，主軸正轉，自下而上順銑（xǐ）加（jiā）工，程序中的（de）螺紋終點坐（zuò）標值，按螺距和錐度（dù）的（de）整數倍進行圓整（zhěng）處理，省略[Q]半徑增減值和[L]重複次數，由係統自動計算，程序如下：
 
T01 M06；
M03 S1000；
G17 G54 G90 G40 G49 G0 X0 Y0；
G0 G43 Z-60 H01； (下刀至螺紋起始深度)
G41 X28.5 Y-5 D01；（啟動刀具半徑補（bǔ）償）
G03 X33.5 Y0 R5 F300；（圓弧切入至螺紋徑向尺寸）
G03 X35.5 Y0 Z3.5 I-33.5 J0 K2.54 F300；（圓錐插補銑削螺紋,省略Q L，由（yóu）係統（tǒng）自動計算）
G0 G40 X0 Y0；（在安全（quán）高度直接退刀）
G91 G28 Z0；
M5 M30；
 
 
      加工錐螺紋先要加工螺紋錐孔，孔的尺寸和錐（zhuī）度直接影響螺紋質量，銑削螺紋錐孔，與銑削錐螺紋沒有太大的區別，同樣適用（yòng）於圓錐插補，隻（zhī）不（bú）過螺（luó）旋（xuán）線的行距更密一些，此時隻需將螺紋銑刀更換（huàn）為鏜刀或者銑刀，重新設置圓錐插補的兩個參數即可，注意螺旋線的開始方向（xiàng）改為自上而下順銑，因為螺紋孔的銑削方式與（yǔ）螺紋的旋向無關。順銑的效果要好一（yī）些，自上而下加工便於觀察和測量，根據錐孔編程經（jīng）驗和（hé）機床驗（yàn）證（zhèng），螺旋（xuán）線行距K=0.2,即可以得到很好的錐孔精度，執行程序，輕鬆完成螺紋錐孔的銑削。為了便（biàn）於裝配和操作安全，螺紋錐孔一般都要求45°倒角，我們可以參照（zhào）錐孔（kǒng）格式（shì），再（zài）增加一段圓錐插補（bǔ），修改Q=K，即可完成孔（kǒng）口倒角。本例中選用φ30立銑刀，自上而下順銑加工錐孔，程序如下（xià）：
 
T02 M06；
M03 S2000；
G17 G54 G90 G40 G49 G0 X0 Y0；
G0 G43 Z4.0 H01；
G41 X34.0 Y-5 D01；（啟動刀具半（bàn）徑補償）
G03 X32.0 Y0 Z-60 I-34.0 J0 K-0.2 F500；（圓錐插補銑削（xuē）錐孔,省略Q L,由係統自（zì）動計算）
G03 X27.0 Y-5 R5 F500；（圓弧切出方式退刀）
G0 Z1.0； （抬刀至（zhì）安全高度）
G01 X38.2 Y0 F300；（進（jìn）給至孔口倒角大端起點）
G03 X35.2 Y0 Z-2 I-38.2 J0 K0.2 Q0.2 F500；（圓錐插補銑（xǐ）削倒角）
G0 G40 X0 Y0；（取（qǔ）消半徑補償）
G91 G28 Z0；
M5 M30；
 
      經螺紋（wén）測量儀和標（biāo）準扣規雙重檢驗，銑削後的錐螺紋表麵精度和各（gè）項尺寸完全符合圖紙要求，加工效率也在原來的基礎上提高了一倍。程序一直沿用到今天，深受操作者（zhě）的（de）喜愛。

 
      3.球窩曲麵

                                      圖三   球窩曲麵

                           圖四  球窩編程（chéng）示意圖

     球窩，又稱凹形半球麵，主要應用於鋼球定位和萬向軸連接（jiē），工廠（chǎng）多采用數控銑削（xuē）的（de）方法，用小直徑的球頭銑刀，通（tōng）過編程路徑（jìng）去銑削較大直徑的球窩（wō）。選擇什麽樣的切削方式（shì），才能達到（dào）光潔圓滑，沒有（yǒu）瑕疵的球麵效果，是編程思（sī）路的關鍵。Mastercam編程軟件中（zhōng），適用於球窩銑削的最佳路徑是流線刀路中的螺旋線切削方式。這是真正意義上的3D等步距加工，可惜（xī）的是：軟件采用等分三維線段擬合螺旋線的傳統方法，加工中存（cún）在一些弊端。認真研究FANUC 32I係統的圓錐插補（bǔ）功能，與其有著驚人的相似之處，擴展（zhǎn）思路，能否（fǒu）靈活應用於球（qiú）窩曲麵的精加工？答案是肯定的。

     圓（yuán）錐（zhuī）插補沿著球窩圓周方向生成流線切削刀路。可以（yǐ）精確控製曲麵的殘脊高度和整體誤差（chà），因而可以得到圓滑過渡（dù）的加工表麵（miàn）。球頭銑刀以球窩最大半（bàn）徑方向為起（qǐ）始點，沿錐螺旋線切削至（zhì）球窩（wō）底部。加工路徑一氣嗬成，沒有刀（dāo）具停頓和切削方向的轉變，沒有進（jìn）刀、退刀留下的（de）痕（hén）跡，優勢不言而喻。前麵的錐螺紋銑削案（àn）例中，圓錐插補中的行距保持不變，半徑也自始至終按固定值增減變化。球窩不同（tóng）於錐孔，依靠固定的編（biān）程格（gé）式很難做到，編程的關鍵是解決相鄰兩圈錐螺旋線半徑和（hé）深度不斷變化的問題。我們可以將宏程序變量融入圓錐插補，根據球窩曲麵的特征，以XOZ平麵的切削點起始角度為單位，將流線（xiàn）刀路等分為90圈首尾相連的錐螺旋線，以變量控製圓錐插補中的（de）行距（jù）和半徑變化值，既可以達到曲麵編程的目的（圖四）。

    以（圖三）SR15球窩曲麵為例，選用φ12球頭（tóu）銑刀，以球心為刀位點直接按刀具（jù）運動軌（guǐ）跡編程，設定工件球窩中（zhōng）心為G54坐（zuò）標（biāo）係零點，按XZ平麵內切削點起始角度為自變量，由上自下加工（gōng），程序如下：

變量設（shè）置：
#1=0 （切削點起始角度值）    #2=1 （角度步進（jìn）值） 
#3=15  (球窩半徑)            #7=6  (球頭銑刀半徑)
T01 M06；
M03 S2000；
G17 G54 G90 G40 G49 G0 X0 Y0；                          
G0 G43 Z0 H01；（起始高度）
G01 X[#3-#7-5] Y-5 F300；
G03 X[#3-#7] Y0 R5 F300；   (圓弧切入進刀)
N10 #24=[#3-#7]×COS#1；   （螺旋線起點X坐標值計算）
#14=[#3-#7]×COS[#1+#2]；  （螺旋線終點X坐標（biāo）值計算）
#26=[#3-#7]×SIN[#1+#2]；          （螺旋線終點Z坐標（biāo）值計（jì）算（suàn））
G03 X#14 Y0 Z-#26 I-#24 J0 L1 F300；（圓錐插補銑削一圈）
#1=#1+1；                          （角度變量遞增（zēng））
IF [#1 LE 90] GOTO 10；            （終止條件比較）        
G91 G28 Z0；                                             
M5 M30；

                         圖（tú）五（wǔ）  球窩精加工刀具運行軌跡（jì）

     通過刀具運（yùn）行軌跡（圖五），可以看（kàn）出（chū）圓錐插補相對於其他曲麵加工方（fāng）式，具有路徑（jìng）清（qīng）晰、下刀切（qiē）入（rù）點容易控製等優點，非常適合旋轉曲麵的（de）精加（jiā）工。從（cóng）加工（gōng）角度考慮，圓（yuán）錐插補（bǔ）銑削（xuē）過程中，球頭銑刀的切削刃（rèn）始終與球窩加工曲麵保持切點接觸，吃刀深度一致，進給速度均勻，就（jiù）像削蘋果一樣，達到很好（hǎo）的加工效果。編程的巧妙之處在於圓錐插（chā）補與宏程（chéng）序變量的（de）完美結合，在圓錐插補的格式中設置變量，對變量賦值並設定相互之間的數學方程（chéng）式與邏輯關（guān）係，一圈錐螺旋線恰好是一個加工（gōng）循環，係統有足夠的時間進行處理和運算，程序執行過程更加流暢。經批量加工和追蹤檢驗，球窩（wō）輪廓精度和表（biǎo）麵粗糙度全部（bù）符合技術要求，創造出很（hěn）高的經濟效益。

      4、注意事（shì）項：
 

     圓錐插補過程中，基（jī）於係（xì）統設置的加減速（sù）功能有效，越靠近螺旋中心，進給速度越慢，當螺旋線旋轉一周的半徑增減值較大時，編程時盡量不使用（yòng）刀具半徑補償，而是直接對刀位（wèi）點運動軌（guǐ）跡編程，這樣可以避（bì）免不必要的錯誤和（hé）報警。當程序指定（dìng）的螺旋線終點位置與係統根據（I/J/K/Q/L）自動計算（suàn）出的實際位置存在（zài）偏差，並超過參數（NO.3471）設定的範圍時，會出現（PS5123）報警，程序停止運行。解決方法：

     一、對圓錐插補中的各項數值（zhí）進行圓整處理，有關聯的設置盡量保持整倍函數關係。如果（guǒ）指定的圓心矢量 [I/J/K]與半徑增量值[Q]及重複次（cì）數（shù）[L]存在不可調和的矛盾時，可以省略其中的兩個，由係統自行計算。

     二、在參數（NO.3471）中設定（dìng）較大的允許偏差值。即使程序（xù）中存在一定的計（jì）算誤差，也不影響（xiǎng）正（zhèng）常運行。

     值得注意的是（shì）：在極坐標插（chā）補、比例縮放、法線方向控製有效時（shí），不能使用圓錐插補。圓錐插補中，也（yě）不（bú）能使用任意倒（dǎo）角、倒（dǎo）圓功能。

      5、結語：

  
     本文以錐螺紋和球窩曲麵為例，詳細介紹了圓錐插（chā）補功能的擴展與應用。FANUC數控係統博大精深，每一（yī）次版本升級都會增加新（xīn）的（de）亮點，始（shǐ）終代表著高端數控機床的發展趨勢，數控編程員要認真學習和領悟係統內置的各種插補功能，勇於嚐試不同的切（qiē）削方式和加（jiā）工方法，逐步積累經驗，形成自己的編程特色。