固定循环功能的应用

4.4.3　固定循环功能的应用

为简化编程，对于在加工过程中，必须重复多次加工才能完成轮廓加工的典型切削形式，其刀具运动的路径已预先编排好，并存储在存储器中，用专门的G代码进行指令。这一专门指令称为固定循环指令。固定循环有单一形状固定循环和复合形状固定循环之分。细分起来还可以分为：外圆切削循环、锥面切削循环、端面粗车固定循环、固定形状粗车循环、精车循环等。

1.单一形状固定循环切削指令（G90、G94）

（1）单一形状固定循环指令G90，该指令循环主要用于轴类零件的外圆、锥面的加工。

①外圆切削循环G90指令格式：G90 X（U）_______Z（W）_______F_______；

在使用增量值指令时，U、W数值符号由刀具路径方向来决定，U为负值，W也为负值。在循环加工过程中，除切削加工时，刀具按F指令速度运动外，刀具在驱入、退出工件和返回起始点都是快速进给速度（G00指令的速度），如图4-17“G90外圆车削循环”所示。

图4-17　G90外圆车削循环

②锥面切削循环G90指令格式：G90 X（U）_______Z（W）_______R_______F_______；

R为锥度部分大端和小端之半径差。以增量值表示，其正负符号取决于锥端面的位置，当刀具起于锥端大头时，R为正值；起于锥端小头时，R为负值。即起始点坐标大于终点坐标时R为正，反之为负。如图4-18“G90锥面切削循环”所示。

图4-18　G90锥面切削循环

（2）单一形状固定循环指令G94，该指令循环主要用于一些长度短、面大的工件加工的固定循环，其程序格式也有加工圆柱面、加工锥体之分。其走刀路线如图4-19、图4-20所示。

①车大端面循环切削指令格式：

G94X（U）_______Z（W）_______F_______；

②车大端面切削循环指令格式：

G94X（U）_______Z（W）_______R_______F_______；

图4-19　G94车大端面车削循环

图4-20　G94车大锥面车削循环

2.复合固定循环切削指令（G70～G76）

G70～G76是CNC车床复合固定循环指令，与单一形状固定循环指令一样，它可以用于必须重复多次加工才能加工到规定尺寸的典型工序。主要用于铸、锻毛坯的粗车和棒料车阶段较大的轴及螺纹加工。利用复合固定循环功能，只要给出最终精加工路径、循环次数和每次加工余量，机床便能自动决定粗加工时的刀具路径。在这一组复合固定循环指令中，G70是G71、G72、G73粗加工后的精加工指令，G74是深孔钻削固定循环指令，G75是切槽固定循环指令，G76是螺纹加工固定循环指令。

（1）外径粗车循环指令G71　它适用于毛坯料粗车外径和粗车内径。图4-21中C是粗加工循环的起点，A是毛坯外径与端面轮廓的交点。只要在程序中，给出A-A′-B之间的精加工形状及径向精车留量ΔU/2、轴向精车留量ΔW及每次切削深度Δd，即可完成AA′BA区域的粗车工序。e为退刀量，它是模态指令，用参数设定。其走刀路线如图4-21所示。

图4-21　G71粗车外径循环方式

①粗车外径循环指令格式为：

G71 U（Δd）R（e）F（f）；

G71P（NS）Q（Nf）U（ΔU）W（ΔW）；

N(NS)……（S、F、T精加工参数的设定）；

……

在顺序号为N(NS)和N(NF)的程序段之间，

指定工件由A→A′→B的精车加工路线。

……

N(NF)……；

②G71指令中各地址数字含义如下：

Δd——背吃刀量（半径值），该值设有正负号，方向为AA′的方向；

e——每次切削循环的退刀量；

NS——指定工件由A点到B点的精加工路线的第一个程序段的顺序号；

NF——指定工件由A点到B点的精加工路线的最后一个程序段的顺序号；

ΔU——径向（x向）精车余量（直径值）；

ΔW——轴向（z向）精车余量。

在NS～NF程序段内（即自循环开始至循环结束）指令F、S、T不起作用。在整个粗车循环中，只执行循环开始前指令的F、S、T功能。即进给速度、主轴转速、刀具均不能改变。在G71指令的程序段中，F、S、T是有效的。G71循环方式的特点是：循环切削过程中，最初的切深（Δd）方向，是刀具切削平行于z轴。

③G71与G70复合固定循环编程示例如图4-22所示，其零中毛坯为棒料。工艺设定：粗加工时切深为2mm，进给速度0.3mm/r，主轴转速500r/min；精加工余量为0.5mm（直径上），z向0.05mm，进给速度为0.15mm/r，主轴转速800mm/min。

图4-22　G71与G70复合固定循环

刀具快速从起点（X200.0Z220.0）运动至X160.0Z180.0点处，从N30程序段开始进入G71固定循环，并指令粗车循环参数（F，S0）规定了粗车（最后一刀）应留给精加工的加工余量（U0.5W0.05），粗加工切削深度（U2.）及“通知”控制系统如何计算（从N50～N110程序段）循环过程中的运动路线。N120程序段是用G70指令的精加工循环程序，指令刀具在精加工轮廓尺寸时，按P50～Q110程序段运动指令确定。

程序设计如下：

（2）端面粗车复合循环指令G72适用于圆柱棒料端面方向的粗车，从外径方向往轴心方向车削，适合端面形状变化较大的场合。其走刀路线如图4-23所示。

图4-23　G72端面粗车循环方式

①端面粗车G72指令格式为：

②程序段中各字母含义为：

Δb——循环切削过程中轴向的背吃刀量，单位为mm。

E——循环切削过程中轴向的退刀量，单位为mm。

其他字母含义与G71相同，但G72只完成端面方向的粗车。

G72为z向进刀，被吃刀量不能太大。精车程序应从最大直径端面处向最小直径端面处车削，即精车是从左向右车削，与G71方向相反。使用G72时，零件沿x和z方向也必须是单调递减或单调递增。

③G72与G70复合固定循环编程示例：

加工如图4-24所示零件，其毛坯为棒料。工艺设计规定：粗加工时切深为2mm，进给速度0.3mm/r，主轴转速500r/min；精加工余量为0.5mm（直径上），z向0.05mm，进给速度为0.15mm/r，主轴转速800mm/min。

图4-24　G72与G70复合固定循环

程序设计如下：

（3）固定形状粗车循环指令G73固定形状粗车循环适用于铸、锻件毛坯零件的一种循环切削方式。由于铸、锻件毛坯的形状与零件的形状基本接近，只是外径、长度较成品大一些，形状较为固定，故称之为固定形状粗车循环。其走刀路线如图4-25所示。

①G73固定形状粗车循环指令格式为：

G73 U（Δi）W（Δk）R（d）；

G73 P（NS）Q（Nf）U（ΔU）W（ΔW）　F（f）；

图4-25　G73粗车循环方式图

②G73指令中各地址数字含义如下：

ΔI——X轴上的总退刀量（半径值）；

Δk——Z轴上的总退刀量；

d——重复加工的次数；

NS——精加工形状程序段群的第一个程序段的顺序号；

NF——精加工形状程序段群的最后一个程序段的顺序号；

ΔU——X轴上的精车余量（直径值）；

ΔW——Z轴上的精车余量。

③G73与G70复合固定循环编程示例：

加工如图4-26所示零件，其毛坯为锻件。工艺设计规定：粗加工分三刀进行，第一刀留给后两刀加工单边余量（x、z向）均为14mm，进给速度0.3mm/r，主轴转速500r/min；精加工余量x向为4mm（直径上），z向2mm，进给速度0.15mm/r，主轴转速800mm/min。

图4-26　G73与G70复合固定循环

程序设计如下：

（4）精车固定循环指令G70　在用G71、G72、G73粗车工件后，用G70来指定精车循环、切除粗加工中留下的余量。

①G70精车循环指令格式为：

G70 P（NS）Q（Nf）；

②在精车循环指令G70状态下，从（NS）～（Nf）程序中指定的F、S、T 有效。当（NS）～（Nf）程序中不指定F、S、T时，原来粗车循环中指定的F、S、T仍然有效。

（5）端面切槽、深孔钻削循环指令G74　主要用于深孔加工，在钻削较深的孔时，如果采用一次钻削将会缩短刀具的寿命，降低零件的加工精度，因此，在加工深孔时常采用钻削循环，其走刀路线如图4-27所示。

①G74程序段格式为：

②程序段中各字母含义为：

e——每次钻削后的回退量（不带符号）。

X（U）——B点的X方向上绝对（增量）坐标。

Z（W）——B点的X方向上绝对（增量）坐标。

Δi——X方向的移动量，无符号指定，单位为μm。

W——钻削总深度。

Δk——每次钻削深度（不带符号），单位为μm。

Δd——刀具在切削底部的退刀量，通常为正值，单位为μm。

图4-27　G74深孔钻削复合循环方式图

G74指令常用于端面深孔钻削循环加工，此时可省略X（U），并且Δi与Δd的值均为0，故P、R也省略。Δi、Δk、Δd应以整数表示。

（6）外径切槽循环指令G75 G75指令与G74指令动作类似，只是移动方向是G74旋转90°，这种循环可用于端面断续切削。如果将Z（W）和K、D省略，则x轴的动作可用于外径沟槽的断续切削。其走刀路线如图4-28所示。

①G75指令格式为：

G75 R（e）_______；

G75 X（U）_______Z（W）_______I_______K_______F_______D_______；

图中e值由参数设定

图4-28　G75外径切槽循环方式图