固定循环指令综合应用示例

1.程序段重复执行次数K及其应用

对于规则排布的阵列孔加工，合理地利用程序段重复加工次数K，可显著简化程序。图3-94所示为一个漏水板零件，其主要特点是孔的数量多，假设孔板材料为Q235，材料厚度2mm，试编写其孔的加工程序。

（1）工艺性分析 主要加工板上均布的54个ϕ5mm的通孔，由于其为漏水过滤孔板，孔的位置和尺寸精度要求不高，主要是孔的数量较多，如何简化程序是应考虑的主要问题。本例拟采用G81固定循环指令功能，利用指令中的参数K实现指令的重复执行进行多孔的加工。

（2）装夹方案 该零件为薄板型零件，尺寸较大，一般采用螺钉压板装夹，考虑到必须钻通孔，故装夹时在机床工作台上适当位置放置两块（或四块）等高的平行垫铁，定位夹紧位置选在200mm的长边处，必要时可以增加适当的辅助支承增加零件刚性。

（3）加工刀具的选择 本工件加工的工序仅为一道钻孔工序，且要求不高，故选用ϕ5mm麻花钻即可。

（4）加工工艺路线规划 本工件的孔加工要求不高，所以采取顺序加工的方式，缩短辅助时间，提高加工效率。具体的加工顺序如图3-95所示，采用了之字形的走刀路线。

图3-94 漏水板（1）

（5）切削用量的选择 本工序的钻孔加工选取的切削用量为：n=1000r/min，v_f=40mm/min。

（6）工件坐标系及相关位置点的选择 考虑到零件的结构特点，将工件坐标系选在工件的上表面左上角，如图3-95、图3-96所示。程序起刀点S为（0，0，150），退刀点E与起刀点S重合。考虑到螺钉压板的装夹形式，选择安全平面的高度为50mm。其加工轨迹如图3-96所示。刀具路径为：起刀点S→下刀至初始平面a→快速定位至b→G81指令依数字顺序钻54个孔→提刀至d点（参考平面）→快速返回结束点E。

图3-95 加工顺序规划

图3-96 刀具轨迹

（7）参考程序 采用固定循环加工多孔时的编程方法丰富，这里列举几例。

1）方法一：增量坐标编程，刀具轨迹参见图3-96，参考程序如下：

编程技巧分析：

①采用G55指令建立工件坐标系，并启用了刀具长度偏置功能（程序段N40）。一把刀具时可以不用，但可用于不同长度刀具的补偿，避免每次换刀改变工件坐标系G55存储器中的偏移值。

②G81指令的初始平面高度为50mm，R平面高度为3mm，孔底绝对坐标为-3.5mm。

③注意G81指令的指定方法。先用一个程序段加工每行的第一个孔，然后用一个参数K8程序段重复钻8个孔，中途返回参考平面。

④注意采用增量坐标编程时固定循环指令中的Z和R高度参数的写法。

⑤注意程序段N180中取消了固定循环和刀具长度偏置，恢复了绝对坐标编程，并关闭了切削液。这几个指令都是与前面相关指令遥相呼应的。

⑥程序按独立程序编程思路编写。当孔的数量较多（主要是行数较多）时程序显得很长。

2）方法二：绝对坐标编程，并钻孔定位，然后用增量坐标编程钻多孔。刀具轨迹参见图3-96，参考程序如下：

编程技巧分析：G81固定循环钻孔，绝对坐标指定钻第一个孔，接着增量坐标编程用程序段重复执行次数参数K指定后续孔的加工，其余与方法一程序相同。

孔的数量较多时，以上编程思路编写的程序显得较为繁琐，而子程序调用是简化编程的方法之一。以类似的图3-97为例，其孔的排布方式和数量有所变化。刀具轨迹参见图3-98。

图3-97 漏水板（2）

图3-98 刀具轨迹

程序采用子程序调用的格式，1～23号孔用子程序指定，通过4次调用子程序加工出1～92号孔，93～104号孔返回主程序加工。参考程序如下：

编程技巧分析：

1）采用子程序调用方式编程可简化程序。

2）子程序用绝对坐标编程指定第1孔加工，并保存循环指令模态参数，然后用增量坐标编程，参数K指定第1行后续孔的加工。

3）子程序结束前用参数K0指定重复执行子程序的第1孔位置，并保持模态参数。注意，这一程序段禁止用G00/G01指定，否则退出固定循环指令。

4）本漏水板孔的排列中，最后一排孔只能单独加工，故安排在主程序中，参见程序段N60和N70。

5）按该程序的程序框架，可方便地移植到其他规则排列孔群的加工中。(www.xing528.com)

图3-99所示为阵列孔加工的另一示例。图3-99a为工件图，有11排ϕ6mm的通孔，孔间距和行距均为12mm，类圆形均布。假设工件坐标系取在左下角图示位置，参考程序如下，刀路轨迹如图3-99b所示。

图3-99 圆形均布的孔

a）工件图 b）刀路轨迹

程序编程技巧分析：

1）采用子程序调用方式编程，简化程序。

2）子程序以行为单位，从左向右单向钻孔，子程序简短，但若每行孔的数量较多，会略降低加工效率。

3）上、下各两行未调用子程序，但采用了U形顺序钻孔，空行程最短。

2.孔加工固定循环指令综合应用示例与分析

图3-100所示为加工工件，仅讨论其孔加工程序的编写。图中可见，其有三种尺寸的孔：6个ϕ10mm的通孔、4个ϕ20mm深度为30mm的沉孔和3个ϕ95mm的通孔。

（1）工艺分析

1）钻孔工艺分析及刀具选择：对于ϕ10mm的通孔，采用ϕ10mm的麻花钻直接钻出；对于ϕ20mm的不通孔，采用ϕ20mm键槽铣刀直接铣出；对于ϕ95mm的孔，由于直径较大，故采用钻→扩→镗工艺，为减少换刀次数，钻孔直接借用ϕ10mm麻花钻，但注意其属于深孔加工，扩孔拟采用螺旋插补铣削，其灵活性较大，选用刃长125mm、直径ϕ45mm长型立铣刀，镗孔采用单刃可调镗刀。

2）加工工艺与切削用量：本零件的孔加工工艺及切削用量如下，图3-101为刀具配置图。

图3-100 孔加工固定循环综合示例

图3-101 刀具配置图

工步一：钻ϕ10mm孔，G81指令加工1、2、3、4、5、6号孔，G83指令加工11、12、13号孔的预孔，刀具为ϕ10mm麻花钻（T01，H01），n=300r/min，F=80mm/min。

工步二：钻ϕ20mm不通孔，加工7、8、9、10号孔，刀具为ϕ20mm键槽铣刀（T02，H02），n=200r/min，F=80mm/min。

工步三：螺旋铣削扩孔至ϕ94mm，螺旋扩孔加工11、12、13号孔，刀具为ϕ45mm长型立铣刀（T03，H03），采用逆铣方式，n=300r/min，v_f=160mm/min，轴向进给速度为2mm/r。

工步四：镗ϕ95mm孔，G76指令，镗孔加工11、12、13号孔，刀具为单刃镗刀（T04，H04），n=400r/min，F=50mm/min。若机床不具有主轴定向停止功能，则可考虑G85和G88，甚至G86指令。

3）工件坐标系取在工件上表面后侧边几何中心处，如图3-102所示。起刀点S和结束点E重合，安全平面高度取100mm，R平面高度取孔表面5mm。

（2）加工程序 刀具路径如图3-102所示。

图3-102 刀具轨迹图

（3）程序分析与说明

1）程序采用G55指令建立工件坐标系，程序执行与刀具当前位置无关。

2）程序中N30与N190为选刀与换刀在同一个程序段，指令清晰，但略费时。程序段N260与N300为T03号刀的选刀与换刀分开执行，加工效率略高，T04号刀也是选刀与换刀分离。N480选T01号刀，N550将其换到主轴。若N480程序段中的T01改为T00，则不选刀，这时执行完N550的换刀指令时，仅是将主轴上的刀具返回刀库中，主轴上不存在刀具了。

3）程序段N490的G76指令要求主轴具有准停功能，否则，使用G88等指令加工。

4）不同厂家的数控加工中心，其换刀指令略有差异，以厂家说明书为准。

5）数控铣床与加工中心的差异主要体现在刀库与自动换刀功能。数控铣床必须由人工换刀。一般用M00暂停程序执行手工换刀，换完刀后再次按下循环起动按钮继续执行。下面为与O3102对应的数控铣床加工程序框架，读者自行阅读比较。

程序编程技巧分析：

1）注意分析数控铣加工程序与加工中心程序的区别（仅改变了主程序，子程序未变），两程序的程序段序号未变，只有少量删减与修改。

2）对于不具有主轴准停功能的数控铣床G76指令无效，可考虑换为G88等指令，如程序段N490所示。