复合固定循环的实现方法探究

当工件的形状较复杂，如有台阶、锥度、圆弧等，若使用基本切削指令或循环切削指令，粗车时为了考虑精车余量，在计算粗车的坐标点时可能会很繁杂。如果使用复合固定循环指令，只需依指令格式设定粗车时每次的切削深度、精车余量、进给量等参数，在接下来的程序段中给出精车时的加工路径，则CNC控制器即可自动计算出粗车的刀具路径，自动进行粗加工，因此在编制程序时可节省很多时间。

使用粗加工固定循环G71、G72、G73指令后，必须使用G70指令进行精车，使工件达到所要求的尺寸精度及表面粗糙度。

1.外圆/内孔粗车复合循环G71

该指令适用于用圆柱棒料粗车阶梯轴的外圆或内孔需切除较多余量时的情况。

1）指令格式

2）指令轨迹

G71指令的刀具循环路径如图4-57所示。在使用G71指令时，CNC装置会自动计算出粗车的加工路径控制刀具完成粗车，且最后会沿着粗车轮廓A′B′车削一刀，再退回至循环起点C完成粗车循环。

图4-57　G71车削轨迹

3）指令作用

该指令适用于毛坯料的粗车外径与粗车内径，主要适用于切除棒料毛坯的大部分加工余量。

4）注意事项

（1）G71指令必须带有P、Q地址ns、nf，且与精加工路径起、止顺序号对应，否则不能进行该循环加工。

（2）ns的程序段必须为G00/G01指令，即从循环起点C到A点的动作必须是直线或点定位运动。

（3）在顺序号为ns到顺序号为nf的程序段中，不应包含子程序。

（4）粗加工时，G71中编程的F、S、T有效，而精加工时处于ns到nf程序段之间的F、S、T有效。

（5）车削的路径必须是单调增大或单调减小，即不可有内凹的轮廓外形。

（6）由循环起点C到A点的只能用G00或G01指令，且不可有Z轴方向移动指令（请参考例O4010程序）。

（7）当使用G71指令粗车内孔轮廓时，须注意　uΔ为负值。

2.精加工循环指令G70

1）指令格式

G70 P(ns)　Q(nf)；

指令中各项参数的含义如下：

ns：开始精车程序段号；

n：完成精车程序段号；

Nf：完成精车程序段号。

2）注意事项

（1）精车过程中的F、S在程序段号ns至nf间指定。

（2）在ns至nf间精车的程序段中，不能调用子程序。

（3）必须先使用G71、G72或G73指令后，才可使用G70指令。

（4）精车时的S也可以于G70指令前，在换精车刀时同时指定（如后面例题）。

（5）在车削循环期间，刀尖半径补偿功能有效。

【例 4-9】车削如图 4-58 所示的工件。粗车刀1号，精车刀2号，刀尖半径为0.6 mm。精车余量x轴为0.5 mm，z轴为0 mm；粗车的切削速度为800r/min，精车为　1 200r/min；粗车的进给量为100mm/min，精车为80mm/min。粗车时每次背吃刀量为1.5 mm。试用G71指令编制加工程序（参考表4-10）。

图4-58　G71编程零件

表4-10　参考程序

※翻转课堂：让同学们用仿真软件操作出该零件外形。

程序说明：

（1）精车开始程序段必须由循环起点A到A′点，且没有z轴方向移动指令。

（2）必须用G40指令取消刀尖半径补偿，否则会发生补偿错误信息。而且此程序段的X坐标值减去上个程序段的X坐标值的得数必须大于两倍精车刀刀尖的半径，否则会发生补偿错误信息。

（3）执行此程序前，必须在刀具补偿参数页面的2号补偿内输入刀尖半径的补偿值0.6及假想刀尖号码3号。

例4-9　仿真加工

3.端面粗车复合循环指令G72

1）指令格式

指令中各项参数的含义如下：

W（Δd）：表示Z轴方向每次循环进刀量，W＜刀宽；

R（e）：表示X轴方向每次循环退刀量；

U（Δu）　W（Δw）：表示X轴、Z轴方向的精加工余量，有方向性。

2）运动轨迹

G72指令运动轨迹如图4-59所示。指令中各项的意义与G71相同。除了切削是平行X轴的操作外，该循环与G71完全相同。

图4-59　G72指令运动轨迹

3）指令作用

G72指令用于直径较大零件粗车加工。

4）注意事项

（1）只能加工X轴、Z轴单调增加或单调减小的工件。

（2）精车轨迹程序第一段只能含Z，不能有X；精车程序只能使用G00、G01、G02、G03等指令。

（3）最多可有15个精加工程序段。

【例4-10】加工如图4-60所示的工件，1号为粗车刀，每次背吃刀量为3 mm，进给量0.2 mm/r，切削速度为150 m/min；2号为精车刀，刀尖半径为0.6 mm，进给量为0.07 mm/r，切削速度为180m/min，X轴方向精车余量为0.2 mm，Z轴方向为0.05 mm。试用G72指令编制加工程序。

图4-60　G72加工示例

※翻转课堂：让同学们先自己编程，老师再讲解，看是否正确。

4.仿形粗车循环（G73）

G73指令用于零件毛坯已基本成形的铸件或锻件的加工。铸件或锻件的形状与零件轮廓相接近，这时若仍使用G71或G72指令，则会产生许多无效切削而浪费加工时间。

1）指令格式

指令中各项参数的含义：

Δi：表示X轴退刀方向及距离（半径指定）；

Δk：表示Z轴退刀方向及距离；

d：表示切割次数；

f：表示进给量；

ns：表示精加工形状程序段的第一个程序段的顺序号；

nf：表示精加工形状程序段的最后一个程序段的顺序号；

Δu：X轴方向精加工余量的距离及方向；

Δw：Z轴方向精加工余量的距离及方向。

F、S、T：在G73循环中，顺序号ns到nf之间程序段中的F、S、T功能都无效。但是在G70循环中有效。

2）运动轨迹

执行G73功能时，每刀的切削路线的轨迹形状是相同的，只是位置不同。每走完一刀，就把切削轨迹向工件移动一个位置，这样就可以将锻件待加工表面分布较均匀的切削余量分层切去。其走刀路线如图4-61所示。(www.xing528.com)

图4-61　G73指令运动轨迹

3）指令作用

G73指令适用于加工具有一定轮廓形状的铸锻件等毛坯的工件，即可以加工在X或Z方向上尺寸不是单调增大或减小的工件。

4）注意事项

（1）精加工程序段里只能有G00、G01、G02、G03等指令。

（2）第一段可同时出现X、Z。

（3）最多可有15个精加工程序段。

【例4-11】车削如图4-62所示的铸件。x轴方向加工余量为6 mm（半径值），z轴方向为6 mm，粗加工次数为3次。1号为粗车刀，2号为精车刀，刀尖半径为0.6 mm，x轴方向精车余量为0.2 mm，z轴方向为0.05 mm。试用G73指令编制加工程序。

图4-62　车削铸件

先按前面介绍方法计算Δi、Δk可得：Δi=Δk=4 mm。编制加工程序如下：

5.径向切槽循环指令G75

1）指令格式

G75 R(e)；

G75 X(U) Z(W) P(Δi) Q(Δk) R(Δd) F____

指令在各项参数的含义：

e：每次径向（X轴）进刀后的径向退刀量，取值范围为0～999（单位：mm）。

X：切削终点的X轴绝对坐标值。

U：切削终点与起点的X轴绝对坐标的差值（单位：mm）。

Z：切削终点的Z轴绝对坐标值。

W：切削终点与起点的Z轴绝对坐标的差值（单位：mm）。

Δi：径向（X轴）进刀时，X轴断续进刀的进刀量，取值范围为0～9 999 999（单位：0.001 mm，半径值），无符号。

Δk：单次径向切削循环的轴向（Z轴）进刀量，取值范围为0～99 999（单位：0.001 mm），无符号。Z向移动量必须小于刀宽。d

Δ：切削至径向切削终点后，轴向（Z轴）的退刀量，取值范围为0～99.999（单位：mm），无符号。一般设为0，以免断刀。

F：进给速度。

省略R（Δd）时，系统默认径向切削终点后，轴向（Z轴）的退刀量为0。

省略Z（W）和Q（Δk），默认往正方向退刀。

2）运动轨迹

G75指令运动轨迹如图4-63所示。

3）指令作用

G75指令可进行沟槽加工和切断加工，如图4-63所示的动作。在此循环中，可以进行沟槽加工和切断加工（省略Z、W、K）。

图4-63　G75 指令运动轨迹

【例4-12】加工如图4-64所示的零件，写出用G75编制的外径沟槽切削部分的程序。切槽时主轴转速600r/min，刀具选用3 mm宽的切槽刀，放在2号刀位。

图4-64　加工零件

解：程序如下：

6.螺纹切削复合循环（G76）

已介绍过G32和G92两个车削螺纹指令。G32指令需要4个程序段才能完成一次螺纹切削循环；G92是一个程序段可完成一次螺纹切削循环，程序长度比G32短，但仍须多次进刀方可完成螺纹切削。若使用G76指令，则一个指令即可完成多次螺纹切削循环。

1）指令格式

G76　P(m)(r)(α)　Q(Δd)　R(Δd)；

G76　X(U)　Z(W)__　R(i)　P(k)　Q(Δd)　F(l)；

指令中各项参数的含义：

m：精车削次数，必须用两位数表示，范围为01～99。

r：螺纹末端倒角量。当螺距用l表示时，可以从0.01到9.91设定；r必须用两位数表示，范围为00～99；倒角量＝0.1lr。例如r＝10，则倒角量＝10×0.1×l。

α：刀具角度，有80°、60°、55°、30°、29°和0°六种。m、r、α 都必须用两位数表示，同时由P指定。例如P021060表示精车削两次，末端倒角量为一个螺距长，刀具角度为60°。

Δdmin：最小切削深度。若自动计算而得的切削深度小于Δdmin时，以Δdmin为准，此数值不可用小数点方式表示。例如　mindΔ　　＝0.02 mm，需写成Q20。

d：精车余量。

X（U），Z（W）：螺纹终点坐标。X值即螺纹的小径，Z值即螺纹的长度。

i：车削锥度螺纹时，终点B到起点A的向量值。若i＝0或省略，则表示车削圆柱螺纹。

K：X轴方向的螺纹深度，以半径值表示。

Δd ：第一刀切削深度，以半径值表示。

l：螺纹的螺距（同G32）。

2）运动轨迹

G76指令的运动轨迹与G71指令相似，如图4-65所示。

图4-65　G76指令的运动轨迹

3）指令作用

G76是加工各类螺纹使用的复合循环指令。G76指令的进刀方式与其他螺纹切削方式的进刀不同。G76采用斜进式切削方法，螺纹刀以斜进的方式进行螺纹切削，由于为单侧刃加工，加工中刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直；刀尖角发生变化，从而造成牙型精度较差。但其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。因此，此加工方法一般适用于螺距大于3 mm的螺纹加工。由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况好，所以在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。

4）注意事项

（1）主轴转速发生变化有可能切出不正确的螺距，因此在螺纹切削过程中不要使用恒表面切削速度指令G96。

（2）在螺纹切削期间进给倍率无效（固定为100% ），主轴倍率固定在100%。

（3）在螺纹切削程序段的前一程序段中不能指定倒角或倒圆。

（4）在螺纹切削前，刀具起始位置必须位于大于螺纹直径的位置，锥螺纹按大头直径计算，否则会出现扎刀现象。

使用G70～G76循环指令时应注意下列几点：

（1）同一程序内P、Q所指定的顺序号码必须是唯一的，不可重复使用。

（2）由P至Q所指定顺序号中的程序段中，不能使用下列指令：

①除G04暂停指令以外的非模态G代码；

②G00、G01、G02、G03以外的所有01组G代码；

③06组G代码；

④M98及M99。

【例4-13】加工如图4-66所示的零件，写出用G76编制的螺纹切削部分的程序。螺纹刀放在3号刀位，车螺纹时主轴转速400r/min。

解：G76指令编程，精加工重复2次，倒角长度为3 mm，刀尖角度为60°，最小背吃刀时为0.1 mm，精加工余量为0.2 mm。直螺纹牙高1.95 mm，第一刀的背吃刀量为1.2 mm，螺距为3 mm。

编制的程序如下：

图4-66　加工零件