数控车削循环指令的编程

时间：2024-11-03 百科知识版权反馈

【摘要】：数控车削毛坯多为棒料，加工余量较大，需多次进给切除，车削循环指令编程通常是指用含G功能的一个程序段来完成本来需要用多个程序段指令的加工编程，从而使程序得以简化，节省编程时间。常用的复合车削循环指令:外径、内径粗加工循环指令G71;端面粗车复合循环指令G72;封闭车削复合循环指令G73;精加工循环指令G70等。

数控车削毛坯多为棒料，加工余量较大，需多次进给切除，车削循环指令编程通常是指用含G功能的一个程序段来完成本来需要用多个程序段指令的加工编程，从而使程序得以简化，节省编程时间。

2.4.1 简单车削循环指令

1. 外径、内径简单循环指令G90

格式:G90 X(U)_ Z(W)_ F_; (加工内、外圆柱面)

G90 X(U)_ Z(W)_ R F_;(加工圆锥面)

说明:

(1) X(U)_、Z(W)_为外径、内径切削终点坐标;F为切削进给量。

(2) R为圆锥半径差，R=圆锥起点半径—圆锥终点半径。为保证刀具切削起点与工件间的安全间隙，刀具起点的Z向坐标值宜取Z1～Z5，而不是Z0，因此，实际锥度的起点Z向坐标值与图样不吻合，所以应该算出锥面起点与终点处的实际的直径差，否则会导致锥度错误。

G90常用于当工件毛坯的轴向余量比径向多时的轴类零件加工(X向切削半径小于Z向切削长度)，一个G90指令完成四个移动动作，即“切入→切削→切削退出→返回”。①第一动作:刀具从起点以G00方式X方向移动到切削深度;②第二动作:刀具以G01方式切削工件外圆(Z方向);③第三动作:刀具以G01方式切削工件端面;④第四动作:刀具以G00方式快速退刀回起点。四个动作路线围成一个封闭的矩形刀路，第②③移动为切削;①④移动为刀具快速移动，从而简化程序。加工圆柱面和圆锥面的示意图如图2-61所示，加工顺序为循环起点→①→②→③→④→循环终点。

图2-61 G90加工圆柱面和圆锥面示意图

2. 端面简单循环指令G94

格式:G94 X(U)__ Z(W)__ F_;(加工直端面)

G94 X(U)_ Z(W)_ R F_;(加工圆锥端面)

说明:

(1) X(U)_、Z(W)_为端面切削终点坐标;F为切削进给量。

(2) R为圆锥半径差，R=圆锥起点Z坐标—圆锥终点Z坐标。

G94常用于当材料的径向余量比轴向余量多时(盘类)的零件加工(X向切削半径大于Z向切削长度)，一个G94指令同样要完成四个移动动作，即“切入→切削→切削退出→返回”。加工圆柱面和圆锥面的示意图如图2-62所示，加工顺序为循环起点→①→②→③→④→循环终点。

图2-62 G94加工圆柱面和圆锥面示意图

3. 简单车削循环指令举例

【例2-8】用G90指令加工如图2-63所示工件的φ30外圆，设刀具的起点为与工件具有安全间隙的S点(X55，Z2)。

图2-63 G90车台阶轴应用举例

O2002;

T0101;

M03 S800;

G00 X55 Z2;(快速运动至循环起点)

G90 X46 Z-20 F150;(X向单边切深量2mm)

X42;(G90模态有效，X向切深至42mm)

X38;

X34;

X32;

X30;

G00 X100 Z100;(退刀)

M05 M30;

【例2-9】用G90指令加工如图2-64所示工件的外圆锥面，设刀具的起点为与工件具有安全间隙的S点(X61，Z2)。

O2003;

T0101;

M03 S800;

G00 X61 Z2;(快速走刀至循环起点S)

G90 X57 Z-20 R-5.5 F150;(用G90车圆锥面)

X53;(G90模态下X向切深至X53)

X49;

X45;

X41;

X37;

X33;

X30;

G00 X100 Z100;

M05 M30;

2.4.2 复合车削循环指令

数控车床使用G90、G92等简单车削循环指令后，可使程序简化一些，但要完成一个粗车过程，还需要人工计算分配车削次数和吃刀量，再一段一段地用简单循环指令程序来实现，使用起来还是很麻烦。车削循环指令还有一类被称为复合型车削固定循环指令，能使程序进一步得到简化，使用这些复合型车削固定循环指令，只要编出最终精车路线，给出精车余量及每次下刀的背吃刀量等参数，机床即可自动完成从粗加工到精加工的多次循环切削过程，直到加工完毕，大大提高了加工效率。常用的复合车削循环指令:外径、内径粗加工循环指令G71;端面粗车复合循环指令G72;封闭车削复合循环指令G73;精加工循环指令G70等。

图2-64 G90车外圆锥应用举例

使用复合型车削固定循环指令的优势有以下两点。

1) 提高了编程加工效率

复合型车削固定循环指令只要编入简短的几段程序，机床就可以实现固定顺序动作自动循环和多次重复循环切削，从而完成对零件的加工，复合型车削固定循环指令是零件手工编程自动化程度最高的一类指令。

2) 大大提高了零件加工的安全性

采用单一编程指令如G00、G01、G02/03进行编程加工时，程序量大，在加工过程中，类似程序正负号输错、数值输入出错等由于操作者的失误及粗心所引起的错误，很容易出现安全事故及造成产品报废。复合型车削固定循环指令规定了机床每次循环切削的进刀量和退刀量，程序量小且简洁，程序不容易出错，在加工过程中，我们只要观察零件加工的第一次循环就能大概判断出程序有无出错及对刀是否正确，在程序第一个循环正常加工完成之后，我们就可以放心地让其自动加工，而且加工的安全性很高。

1. 外径、内径粗加工循环指令G71

G71适用情况与G90相似，相当于自动完成多次G90功能的粗加工和一次半精加工，如图2-65所示。

格式:G71 U(Δd) R(Δe);

G71 P(ns) Q(nf) U(Δu) W(Δw) F_ S_ T_ ;

说明:

(1) U——第一行的U(Δd)表示粗车时每次吃刀深度，R(Δe)表示退刀量。

(2) ns——精加工程序段中的第一个程序段序号。

(3) nf——精加工程序段中的最后一个程序段序号。

(4) Δu——X轴方向精加工余量(0.2～0.5)。

(5) Δw——Z轴方向的精加工余量(0.5～1)。

(6) F、S、T——进给量、主轴转速、刀具号地址符。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。

注意:

(1) ns的程序段第一条指令必须为G00/G01指令。

(2) 在顺序号为ns到顺序号为nf的程序段中，不应包含子程序。

(3) ns→nf程序段中的F、S、T功能，即使被指定也对粗车循环无效。

(4) 零件轮廓必须符合X轴、Z轴方向同时单调增大或单调减少。

(5) G71指令适用于外圆柱面(轴向)需多次走刀才能完成的粗加工。

图2-65 G71车削循环指令

2. 端面粗车复合循环G72

G72指令用于当直径方向的切除余量比轴向余量大时。其格式与G71相似，只是走刀路线不同及主切削刃的方向不同，如图2-66所示。

图2-66 G72车削循环指令

格式:G72U(Δd) R(Δe);

G72P(ns) Q(nf) U(Δu) W(Δw)

F_ S_ T_ ;

说明:

(1) G71与G72类似，不同之处就在于刀具路径是按径向方向循环的。

(2) 各参数说明见G71指令。

(3) G72指令适于Z向余量小、X向余量大的棒料粗加工。

3. 封闭(闭合)车削复合循环G73

G73指令可以按零件轮廓的形状重复车削，每次平移一个距离，直至加工到要求的形状，如图2-67所示。

格式:G73 U(i) W(k) R(d);

G73 P(ns) Q(nf) U(Δu) W(Δw) F_ S_ T_;

说明:

(1) 该指令能对铸造、锻造等粗加工已初步形成的工件，进行高效率切削。

(2) i——X方向总退刀量(i≥毛坯X向最大加工余量)。

(3) k——Z方向总退刀量(可与i相等)。

(4) d——粗切次数(d=i/(1～2.5))。

(5) ns——精加工形状程序段中的开始程序段号。

(6) nf——精加工形状程序段中的结束程序段号。

(7) Δu——X轴方向精加工余量。

(8) Δw——Z轴方向的精加工余量。

G73指令与G71指令的主要区别在于G71及G73指令虽然均为粗加循环指令，但G71指令主要用于加工棒料毛坯，G73指令主要用于加工毛坯余量均匀的铸造、锻造成形工件。G71和G73指令的选择原则主要看余量的大小及分布情况，G71指令精加工轨迹必须符合X轴、Z轴方向的共同单调增大或减小的模式，也就是说G71指令对于不能完成对产品的凸凹处加工，而G73指令能够进行这样的加工，G73指令对X轴、Z轴方向单调增大或减小无影响。

图2-67 G73车削循环指令

注:图中AB是粗加工后的轮廓，为精加工留下X方向余量Δu、Z方向余量Δw，A'B'是精加工轨迹(C为粗加工切入点)。

4. 精加工循环指令G70

使用粗加工固定循环G71、G72、G73指令后，再使用G70指令进行精车，使工件达到所要求的尺寸精度和表面粗糙度。在G70指令程序段内要指令精加工程序第一个程序号和精加工最后一个程序段号。

格式:G70 P(ns) Q(nf);

说明:

(1) ns——精加工形状程序段中的开始程序段号。

(2) nf——精加工形状程序段中的结束程序段号。

5. 复合车削循环指令举例

【例2-10】以FANUC-0iT系统的数控车床车削如图2-68所示工件。粗车刀1号，精车刀2号，精车余量X轴为0.2mm，Z轴为0.05mm，粗车的主轴转速为120r/min，精车为180r/min。粗车进给量为0.2mm/r，精车为0.07mm/r，粗车时每次背吃刀量为2mm。

图2-68 例2-10图

O2004; (程序名)

G21 G97 G99; (程序初始化)

T0101; (换1号车刀，1号刀补)

M03 S120; (启动主轴)

G00 X84.0 Z3.0; (快速定位至循环起点)

G71 U2.0 R1.0; (粗车每次背吃刀量为2mm，退刀量1mm)

G71 P10 Q20 U0.2 W0.05 F0.2; (粗车进给量为0.2mm/r)

N10 G00 X20.0; (快速定位，开始精车程序，不能有Z轴向移动)

G01 Z-20.0 F0.07; (按图纸轮廓精车开始)

X40.0 W-20.0;

G03 X60.0 W-10.0 R10.0;

G01 W-20.0;

X80.0;

Z-90.0;

N20 G00 X84.0; (完成精车程序段)

G00 X150.0; (退刀到换刀点)

Z200.0;

T0202; (换2号车刀，调用2号刀偏)

G00 X84.0 Z3.0; (快速定位至循环起点)

M03 S180; (设置精车主轴转速)

G70 P10 Q20; (精车循环)

G00 X150.0;

Z200.0;

M05 M30; (程序结束)

【例2-11】以FANUC-0iT系统的数控车床车削如图2-69所示的铸件。X轴方向加工余量为6mm(半径值)，Z轴方向为6mm，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0.4mm，X轴方向精车余量为0.2mm，Z轴为0.05mm，粗车的主轴转速为120r/min，精车为180r/min。粗车进给量为0.2mm/r，精车为0.07mm/r，粗车时每次背吃刀量为2mm。

图2-69 例2-11图

O2005; (程序名)

G21 G97 G99; (程序初始化)

T0101; (换1号车刀，1号刀补)

M03 S120; (启动主轴)

G00 X112.0 Z6.0; (快速定位至循环起点)

G73 U4.0 W4.0 R3.0; (X、Z轴方向退刀距离为4mm，粗切削3次)

G73 P10 Q20 U0.2 W0.05 F0.2; (粗车进给量为0.2mm/r)

N10 G00 X30.0; (快速定位，开始精车程序)

G42 G01 Z-20.0 F0.07; (建立刀尖半径右补偿，设定精车进给量)

X60.0 W-10.0;

W-30.0;

G02 X80.0 W-10.0 R10.0;

G01 X100.0 W-10.0;

N20 G40 G00 X106.0; (完成精车程序段，取消刀尖半径补偿)

G00 X150.0 Z200.0 T0100; (定位到换刀点，取消1号刀具补偿)

T0202; (换2号车刀，调用2号刀偏)

M03 S180; (设置精车主轴转速)

G00 X112.0 Z6.0; (快速定位至循环起点)

G70 P10 Q20; (精车循环)

G00 X150.0 Z200.0 T0200; (定位到换刀点，取消刀具补偿)

M05 M30; (程序结束)

思考:上述例2-9中能否用G73指令或G72指令替换，程序该如何书写? 例2-10中能否用G71指令或G72指令替换，程序该如何书写?

2.4.3 螺纹车削指令

螺纹加工是在圆柱上加工出特殊形状螺旋槽的过程，螺纹常见的用途是连接紧固、传递运动等。车削螺纹加工是在车床上，控制进给运动与主轴旋转同步，加工特殊形状螺旋槽的过程。螺纹形状主要由切削刀具的形状和安装位置决定，螺纹导程由刀具进给量决定，如图2-70所示的螺纹车削加工。

CNC编程加工最多的是普通螺纹，螺纹牙形为三角形，牙型角为60°，普通螺纹分粗牙普通螺纹和细牙普通螺纹。粗牙普通螺纹的螺距是标准螺距，其代号用字母“M”及公称直径表示，如M16、M12等。细牙普通螺纹代号用字母“M”及公称直径×螺距表示，如M24× 1.5、M27×2等。

图2-70 螺纹车削加工

一个螺纹的车削需要多次切削加工而成，每次切削逐渐增加螺纹深度，为实现多次切削的目的，机床主轴必须恒定转速旋转，且必须与进给运动保持同步，保证每次刀具切削开始位置相同，保证每次切削深度都在螺纹圆柱的同一位置上，最后一次走刀加工出适当的螺纹尺寸、形状、表面质量和公差，并得到合格的螺纹。

图2-71中，在编程时，每次螺纹加工走刀至少有4次基本运动(直螺纹)。

运动①:将刀具从起始位置X向快速(G00方式)移动至螺纹计划切削深度处。

运动②:加工螺纹——轴向螺纹加工(进给率等于螺距)。

运动③:刀具X向快速(G00方式)退刀至螺纹加工区域外的X向位置。

运动④:快速(G00方式)返回至起始位置。

图2-71 螺纹加工路线

螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段δ1和降速退刀段δ2，δ1通常取2～5mm (大于螺距)，δ2通常取δ1/4，以剔除两端因变速而出现的非标准螺距的螺纹段。同理，在螺纹切削过程中，进给速度修调功能和进给暂停功能无效。若此时按进给暂停键，刀具将在螺纹段加工完后才停止运动。牙型较深，螺距较大时，可分数次进给，每次进给的背吃刀量用螺纹深度减去精加工背吃刀量所得之差按递减规律分配，常用米制螺纹切削的进给次数与背吃刀量见表2-10。

表2-10 常用米制螺纹切削的进给次数与背吃刀量 mm

1. 基本螺纹车削指令G32

G32是FANUC数控系统中最简单的螺纹加工代码，在螺纹加工运动期间，控制系统自动使进给率倍率无效。

格式:G32X(U)__ Z(W)__ F_;

说明:

(1) X(U)_ Z(W)_——直线螺纹的终点坐标，如U不为0，则加工的是锥螺纹。

(2) F——直线螺纹的导程，如果是单线螺纹，则为直线螺纹的螺距。

图2-72 圆柱螺纹切削

【例2-12】如图2-72所示的圆柱螺纹切削，螺纹导程为1.0mm。其车削程序编写如下:

O2006;

G92 X70.0 Z25.0; (设置工件坐标系，起刀点(70，25))

M03 S500;

G90 G00 X40.0 Z2.0 M08;

X29.3; (查表2-10得ap1=0.7mm)

G32 Z-46.0 F1.0; (螺纹第一刀切削)

G00 X40.0;

Z2.0;

X28.9; (ap2=0.4mm)

G32 Z-46.0; (螺纹第二刀切削)

G00 X40.0;

Z2.0;

X28.7; (ap3=0.2mm)

G32 Z-46.0; (螺纹第三刀切削)

G00 X40.0;

Z2.0;

X70.0 Z25.0 M09;

M05 M30;

2. 简单固定循环螺纹车削指令G92

由例2-11可见，用G32编写螺纹多次分层切削程序是比较烦琐的，每一层切削要多个程序段，多次分层切削程序中包含大量重复的信息。FANUC系统可用G92指令的一个程序段代替每一层螺纹切削的多个程序段，可避免重复信息的书写，方便编程。

在G92程序段里，需给出每一层切削动作的相关参数，必须确定螺纹刀的循环起点位置和螺纹切削的终止点位置。

格式:G92X(U)__ Z(W)__ R_ F_;

说明:

(1) X(U)_、Z(W)_——直线螺纹的终点坐标。

(2) F——直线螺纹的导程，如果是单线螺纹，则为直线螺纹的螺距。

图2-73 G92螺纹加工切削路线

(3) R——圆锥螺纹切削参数。R值为零时，可省略不写，螺纹为圆柱螺纹。

如图2-73所示，G92螺纹加工程序段在加工过程中的刀具运动轨迹如下。

刀具从循环起点开始，沿着箭头所指的路线行走，最后又回到循环起点。当用绝对编程方式时， X、Z后的值为螺纹段切削终点的绝对坐标值;当用增量编程方式时，X、Z后的值为螺纹段切削终点相对于循环起点的坐标增量。但无论用何种编程方式，R后的值总为螺纹段切削起点(并非循环起点)与螺纹段切削终点的半径差。当R值为零省略时，即为圆柱螺纹车削循环。

例:加工如图2.72所示的螺纹，用G92编程。

G00X40.0Z2.0;

G92X29.3Z-46.0F1.0; (加工螺纹第1刀)

X28.9; (加工螺纹第2刀)

X28.7; (加工螺纹第3刀)

G00X70.0 Z5.0; (退刀)

3. 复合循环螺纹车削指令G76

CNC发展的早期，G92单一螺纹加工循环方便了螺纹编程。随着计算机技术的迅速发展，CNC系统提供了更多重要的新功能，这些新功能进一步简化了程序编写。螺纹复合加工循环G76是螺纹车削循环的新功能，它具有很多功能强大的内部特征。

使用G32的程序中，每刀螺纹加工需要4个甚至5个程序段;使用G92循环，每刀螺纹加工需要一个程序段，但是G76循环能在一个程序段或两个程序段中加工任何单头螺纹，在机床上修改程序也变得更快更容易。在G76螺纹切削循环中，螺纹刀以斜进的方式进行螺纹切削，如图2-74所示。总的螺纹切削深度(牙高)一般以递减的方式进行分配，螺纹刀单刃参与切削。每次的切削深度由数控系统计算给出。

如图2-75所示，表明G76指令的加工动作。G76螺纹加工循环需要输入初始数据。

图2-74 斜进式加工

图2-75 G76螺纹切削循环路线

格式:

G76P(mrα) Q(最小切深)R(精加工余量);

G76X(U)_ Z(W)_P(牙高)Q(最大切深)R(锥螺纹参数)F(导程);

FANUC 0i复合螺纹加工循环指令G76格式分两个程序段，格式中各参数含义如表2-11所示。

表2-11 G76参数说明

图2-76 螺纹加工工件

【例2-13】如图2-76所示，加工M24×1.5的螺纹。

……

T0404(调用第4号外螺纹刀具)