不同数控系统中恒线速车削的应用方法

许岩松　杨猛　朱健

摘要：文章通过对广泛应用的数控车床控制系统中恒线速车削指令代码的分析与对比，分析恒线速车削指令的应用方法及注意事项，显著提高了数控车床加工工件的精度及表面质量，同时大大地提高了工件的加工效率。

关键词：数控系统；恒线速车削；指令代码；数控车床；切削点 文献标识码：A

中图分类号：TG519 文章编号：1009-2374（2015）01-0070-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0035

恒线速车削是指在车床上车削工件时，工件通常以被车削工件的轴线为中心线进行旋转，刀具切削工件的切削点可以看成围绕被车削工件主轴轴线作圆周运动，圆周切线方向的瞬时速率称为切削线速度（通常简称为线速度）。当车削圆柱形工件的内、外径时，车床主轴转速根据线速度公式v=πDn/1000（m/min）可以根据工件的直径变化在一定范围内连续变化，以保持实时切削位置的切削线速度不变（恒定）。使用此功能的优点是：对于直径变化的工件，如果保持工件上各点的切削线速度相同，被车削工件表面的粗糙度一致性好，从而使工件表面质量显著提高。但使用恒线速度功能加工端面、锥面和圆弧时，随着直径尺寸的变化，特别是当刀具接近工件中心时，主轴的转速会越来越高，造成离心力过大，从而造成机床振动，反而影响被加工工件的表面质量，如果造成工件脱落，甚至会危及机床周边人员的生命。针对这种情况，就必须限制车床主轴的最高转速，也就是说，当由切削线速度计算出主轴转速高于机床设定的最高转速时，车床主轴转速被限制在机床设定的最高转速，而不再执行计算出的转速。

1 不同数控系统中恒线速车削指令

1.1 西门子802D数控系统

恒线速切削的控制指令：G96 S----LIMS----F----；式中：S为切削线速度，单位：m/min或inch/min；LIMS为主轴转速上限，只在G96中生效；F为每转进给量，mm/r。

恒线速切削的取消指令：G97 S----；式中：S为主轴转速，单位：r/min。

主轴转速控制指令：主轴转速下限：G25 S----；主轴转速上限：G26 S----；式中：S为主轴转速，单位：r/min。

在西门子802D系统中，主轴的最低与最高转速在系统参数中的“设定数据”中均可设定，G25/G26及LIMS的值均应在其设定的范围之内，如果发生冲突，以系统中“设定数据”中的值为准。G25/G26指令均要求一独立的程序段来定义。

N10 G25 S80；主轴转速下限为80r/min。

N20 G26 S1000；主轴转速上限为1000r/min。

1.2 FANUC Oi TD系统、广州数控GSK980TE2系统和凯恩帝K1000T系统

恒线速切削的控制指令：G96 S----；式中：S为切削线速度，单位：m/min或inch/min。

恒线速切削的取消指令：G97 S----；式中：S为主轴转速，单位：r/min。

主轴最高转速控制指令：G50 S----；单位：r/min，式中：S为主轴转速，单位：r/min。

FANUC Oi TD系统参数NO.0067与NO.0068为恒线速控制时的主轴转速下限与上限值。

广州数控GSK980T系统参数P67中设置恒线速控制时的主轴转速下限值，默认值为100r/min，P55、P56、P57、P58分别为根据机床变速齿轮档位在1、2、3、4位置的不同而在相应的参数中设置主轴转速上限，默认值为9999r/min。

凯恩帝KND1000T系统参数P67中设置恒线速控制时的主轴转速下限值，默认值为0r/min，P60中设置主轴转速上限值，默认值为9999r/min。

1.3 华中8型HNC8AT系统

恒线速切削的控制指令：G96 S----；式中：S为切削线速度，单位：m/min或inch/min。

恒线速切削的取消指令：G97 S----；式中：S为主轴转速，单位：r/min

主轴转速控制指令：G46 X----P----；单位：r/min，式中：S为主轴转速，单位：r/min。

在华中8型数控系统参数中，利用编号No.100217来设置主轴最高转速在100～12000或1000～25000之间。G46仅在G96有效时才有效，用来设置主轴最高和最低转速，最低转速X-，最高转速P-。如G46 X100 P1500；限制恒线速度车削的最小转速为100r/min，最高转速为1500r/min。

1.4 高精数控GJ-201T系统

恒线速切削的控制指令：G96 S----；式中：S为切削线速度，单位：m/min或inch/min。

恒线速切削的取消指令：G97 S----；单位：r/min，式中：S为主轴转速，单位：r/min。

最高主轴转速控制指令：G92 S----；单位：r/min，式中：S为主轴转速，单位：r/min。

高精数控GJ-201T系统的系统参数No.0222、No.0223分别设定了机床的最低转速与最高转速。当G92设定的值与No.0222或No.0223发生冲突时，以No.0222或No.0223设定的值为主。

2 恒线速切削的注意事项

机床主轴必须为受控主轴（如伺服主轴或变频主轴），当使用G96功能时，必须进行主轴最高转速的限制，否则容易出现“飞车”现象，从而造成危险。对于设定限制主轴最高转速的指令，只适用于G96状态，G97状态时不限制。在G96状态中，当机床锁住时，机床不动，主轴的转速是对应于程序中X坐标值的变化而计算出来的。G96、G97为模态值，当电源接通时，G97为机床的默认状态，在西门子802D系统中G96可被G94、G95、G97取代。而对于其他系统，每转进给（GSK980T、KND K1000T中为G99，FANUC OiTD、GJ-201T、HNC8AT中为G95），在恒线速控制方式下（G96），虽然无使用意义，但仍有效。切螺纹时，恒线速控制也是有效的，因此在切螺纹之前，要用G97指令使恒线速控制无效，以使主轴以同一转速运动。endprint

在G96状态中，被指定的S值，即使在G97状态中也保持着。当返回到G96状态时，其值恢复。

G96 S50；切削线速度50m/min。

G97 S1000；主轴转速为1000r/min。

G96 G01 X30；切削线速度50m/min。

从G96状态变为G97状态时，G97程序段如果没有指令S码（r/min），那么G96状态的最后转速作为G97状态的S码使用。快速进给（G00）时的恒线速控制，对于用G00指令的快速进给程序段，当恒线速控制时，不进行时刻变化的刀具位置的线速度控制，而是计算程序段终点位置的线速度，这是因为快速进给不进行切削的缘故。但建议在G96与G97之间不使用G00指令，因为这样可能会造成主轴转速在短时间内的突变，从而发生危险状况。同时在使用G96指令之前，一定要计算好使用G96之前的主轴转速与之后的转速，确保它们之间的转速差距不能过大，否则也会造成主轴转速突变，进而发生危险。

主轴速度倍率，对于指定的线速度或转速，根据主轴倍率选择，可以使用50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%的倍率。恒线速控制中指定的线速度是相对于工件的X轴编程轨迹的，而不是刀补后的位置的线速度。X轴的零点应选在工件的轴心上，只有这样才能保证G96功能的精确度。当X轴的坐标为负时，取其绝对值进行恒线速计算。

3 不同数控系统中恒线速车削的应用

下面以图1所示零件的车削为例说明不同系统中恒线速车削指令的应用。

4 结语

通过前文所述的对比分析及程序示例可以看出，不管是哪种数控系统，均可利用G96、G97来设置与取消恒线速车削加工，只是对于恒线速车削的转速范围的限制方式不尽相同。同时，即使对于相同的数控系统，但因不同机床生产厂家采用伺服电机的不同，系统中设置的主轴最高与最低转速范围也不尽相同。因此在使用时必须先查找机床用户手册，确定其转速范围再进行使用。总之，设置好不同数控系统中的恒线速车削的转速范围是使用好恒线速车削的关键。

同时，最重要的是通过上述程序的编辑可以看出，转速n经过0→1500→3000→1631→509→300→0r/min的变化，既保证了加工的恒线速度，同时也尽可能地使车床主轴在加工过程中转速保持平稳的转变，至少不能突变。这样既改善了被加工工件的表面质量，同时也使机床在加工过程中主轴转速平稳变化，保证了工件及操作者的安全，极大地提高了恒线速车削指令在应用过程中的有效性与安全性。

参考文献

[1] FANUC Series oi-TD OPERATOR'S MANUAL[S].2009.

[2] SINUMERIK 802D base line MANUAL[S].2003.

[3] 凯恩帝KND K1000T数控车系统说明书[S].2011.

[4] 广州数控GSK980TE2数控车系统说明书[S].2014.

[5] 沈阳高精GJ-201T数控车系统说明书[S].2007.

作者简介：许岩松（1976—），男，辽宁凌源人，沈阳飞机工业（集团）有限公司工程师，硕士，研究方向：数字化制造；杨猛（1977—），男，北京人，沈阳飞机工业（集团）有限公司工程师，研究方向：数字化制造；朱健（1971—），男（满族），辽宁北镇人，沈阳航空职业技术学院教授，硕士，研究方向：信息系统与数字化制造。

（责任编辑：黄银芳）endprint

在G96状态中，被指定的S值，即使在G97状态中也保持着。当返回到G96状态时，其值恢复。

G96 S50；切削线速度50m/min。

G97 S1000；主轴转速为1000r/min。

G96 G01 X30；切削线速度50m/min。

从G96状态变为G97状态时，G97程序段如果没有指令S码（r/min），那么G96状态的最后转速作为G97状态的S码使用。快速进给（G00）时的恒线速控制，对于用G00指令的快速进给程序段，当恒线速控制时，不进行时刻变化的刀具位置的线速度控制，而是计算程序段终点位置的线速度，这是因为快速进给不进行切削的缘故。但建议在G96与G97之间不使用G00指令，因为这样可能会造成主轴转速在短时间内的突变，从而发生危险状况。同时在使用G96指令之前，一定要计算好使用G96之前的主轴转速与之后的转速，确保它们之间的转速差距不能过大，否则也会造成主轴转速突变，进而发生危险。

主轴速度倍率，对于指定的线速度或转速，根据主轴倍率选择，可以使用50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%的倍率。恒线速控制中指定的线速度是相对于工件的X轴编程轨迹的，而不是刀补后的位置的线速度。X轴的零点应选在工件的轴心上，只有这样才能保证G96功能的精确度。当X轴的坐标为负时，取其绝对值进行恒线速计算。

3 不同数控系统中恒线速车削的应用

下面以图1所示零件的车削为例说明不同系统中恒线速车削指令的应用。

4 结语

通过前文所述的对比分析及程序示例可以看出，不管是哪种数控系统，均可利用G96、G97来设置与取消恒线速车削加工，只是对于恒线速车削的转速范围的限制方式不尽相同。同时，即使对于相同的数控系统，但因不同机床生产厂家采用伺服电机的不同，系统中设置的主轴最高与最低转速范围也不尽相同。因此在使用时必须先查找机床用户手册，确定其转速范围再进行使用。总之，设置好不同数控系统中的恒线速车削的转速范围是使用好恒线速车削的关键。

同时，最重要的是通过上述程序的编辑可以看出，转速n经过0→1500→3000→1631→509→300→0r/min的变化，既保证了加工的恒线速度，同时也尽可能地使车床主轴在加工过程中转速保持平稳的转变，至少不能突变。这样既改善了被加工工件的表面质量，同时也使机床在加工过程中主轴转速平稳变化，保证了工件及操作者的安全，极大地提高了恒线速车削指令在应用过程中的有效性与安全性。

参考文献

[1] FANUC Series oi-TD OPERATOR'S MANUAL[S].2009.

[2] SINUMERIK 802D base line MANUAL[S].2003.

[3] 凯恩帝KND K1000T数控车系统说明书[S].2011.

[4] 广州数控GSK980TE2数控车系统说明书[S].2014.

[5] 沈阳高精GJ-201T数控车系统说明书[S].2007.

作者简介：许岩松（1976—），男，辽宁凌源人，沈阳飞机工业（集团）有限公司工程师，硕士，研究方向：数字化制造；杨猛（1977—），男，北京人，沈阳飞机工业（集团）有限公司工程师，研究方向：数字化制造；朱健（1971—），男（满族），辽宁北镇人，沈阳航空职业技术学院教授，硕士，研究方向：信息系统与数字化制造。

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在G96状态中，被指定的S值，即使在G97状态中也保持着。当返回到G96状态时，其值恢复。

G96 S50；切削线速度50m/min。

G97 S1000；主轴转速为1000r/min。

G96 G01 X30；切削线速度50m/min。

从G96状态变为G97状态时，G97程序段如果没有指令S码（r/min），那么G96状态的最后转速作为G97状态的S码使用。快速进给（G00）时的恒线速控制，对于用G00指令的快速进给程序段，当恒线速控制时，不进行时刻变化的刀具位置的线速度控制，而是计算程序段终点位置的线速度，这是因为快速进给不进行切削的缘故。但建议在G96与G97之间不使用G00指令，因为这样可能会造成主轴转速在短时间内的突变，从而发生危险状况。同时在使用G96指令之前，一定要计算好使用G96之前的主轴转速与之后的转速，确保它们之间的转速差距不能过大，否则也会造成主轴转速突变，进而发生危险。

主轴速度倍率，对于指定的线速度或转速，根据主轴倍率选择，可以使用50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%的倍率。恒线速控制中指定的线速度是相对于工件的X轴编程轨迹的，而不是刀补后的位置的线速度。X轴的零点应选在工件的轴心上，只有这样才能保证G96功能的精确度。当X轴的坐标为负时，取其绝对值进行恒线速计算。

3 不同数控系统中恒线速车削的应用

下面以图1所示零件的车削为例说明不同系统中恒线速车削指令的应用。

4 结语

通过前文所述的对比分析及程序示例可以看出，不管是哪种数控系统，均可利用G96、G97来设置与取消恒线速车削加工，只是对于恒线速车削的转速范围的限制方式不尽相同。同时，即使对于相同的数控系统，但因不同机床生产厂家采用伺服电机的不同，系统中设置的主轴最高与最低转速范围也不尽相同。因此在使用时必须先查找机床用户手册，确定其转速范围再进行使用。总之，设置好不同数控系统中的恒线速车削的转速范围是使用好恒线速车削的关键。

同时，最重要的是通过上述程序的编辑可以看出，转速n经过0→1500→3000→1631→509→300→0r/min的变化，既保证了加工的恒线速度，同时也尽可能地使车床主轴在加工过程中转速保持平稳的转变，至少不能突变。这样既改善了被加工工件的表面质量，同时也使机床在加工过程中主轴转速平稳变化，保证了工件及操作者的安全，极大地提高了恒线速车削指令在应用过程中的有效性与安全性。

参考文献

[1] FANUC Series oi-TD OPERATOR'S MANUAL[S].2009.

[2] SINUMERIK 802D base line MANUAL[S].2003.

[3] 凯恩帝KND K1000T数控车系统说明书[S].2011.

[4] 广州数控GSK980TE2数控车系统说明书[S].2014.

[5] 沈阳高精GJ-201T数控车系统说明书[S].2007.

作者简介：许岩松（1976—），男，辽宁凌源人，沈阳飞机工业（集团）有限公司工程师，硕士，研究方向：数字化制造；杨猛（1977—），男，北京人，沈阳飞机工业（集团）有限公司工程师，研究方向：数字化制造；朱健（1971—），男（满族），辽宁北镇人，沈阳航空职业技术学院教授，硕士，研究方向：信息系统与数字化制造。

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