数控车削中的其他常用循环指令

时间：2022-10-17 百科知识版权反馈

【摘要】：在数控车削加工程序中，经常用到圆柱、圆锥面切削固定循环、端面切削固定循环、图形循环、粗、精加工复合循环等多种循环指令格式。① 外圆车削固定循环指令G90　在FANUC-6T系统和大多数数控车削系统中，经常用G90来指令外圆车削固定循环。在圆柱和圆锥面的切削循环中，刀具的工作进给主要是在轴向方向上，即车床的纵向方向上，而对于端面循环，刀具的工作进给主要发生在径向方向上。至此，粗切循环即告结束，系统开始进入精切加工。

2.4.3　数控车削中的其他常用循环指令

当零件在径向方向或者轴向方向的加工余量较大时，采用前面的简单程序段编程法往往会使加工程序很长，段数很多，为简化程序的编写，可以采用前面的循环办法，将较简单的移动程序进行复合，形成比较简单清晰的程序格式。在数控车削加工程序中，经常用到圆柱、圆锥面切削固定循环、端面切削固定循环、图形循环、粗、精加工复合循环等多种循环指令格式。

1．外圆车削固定循环G90

当圆柱表面的粗加工余量较大时，需要多次的进刀、走刀来完成圆柱或圆锥的粗加工，采用内、外圆车削固定循环指令来编程可以使程序大为简化。

① 外圆车削固定循环指令G90　在FANUC-6T系统和大多数数控车削系统中，经常用G90来指令外圆车削固定循环。

② G90的循环图形　外圆切削循环G90可以应用于圆柱面和圆锥面的车削循环，如图2-89所示为外圆柱车削循环的动作分解。刀尖的四个动作分别是1R快速径向移动；2F纵向工作进给车削外圆；3F径向车出；4R纵向快速返回起点。每次循环一个矩形图形。

图2-89　外圆柱车削循环动作

图2-90　外圆循环的应用

如图2-90所示为外圆柱车削循环的具体应用情况。刀尖每一次循环，执行一个固定的abcd矩形图形，其中的a点为循环起点，也是循环结束时刀尖的返回点。c点位置反映了本次进刀的径向尺寸和纵向移动尺寸，是本循环的重要依据点，称为本程序段的目标点，其坐标位置由程序字X和Z来给出。

下一个循环的c点位置将在下一程序段中给出。

如图2-91所示为用G90循环来车削圆锥的移动路线，可以看出，每次的abcd循环图形是一个梯形，其在径向方向上的增量将在程序中由程序字I给出。

③ G90 循环的程序格式　G90循环的程序格式如下：

圆柱面车削循环：

G90　X__　Z__　F__　；　　（圆柱面车削循环）

其中的X和Z给出了本程序段的目标点c的坐标。

或者用增量值编程：

G90　U__　W__　F__　；

其中的U和W用增量值给出目标点c相对于起点a的坐标增量。

圆锥面车削循环：

G90　X__　Z_　I_　F__　；　（圆锥面车削循环）

其中的I给出了圆锥外端相对于内端的径向尺寸增量值。

或者用增量值编程为：

G90　U__　W__　I__　F__　；

上述G90程序段中的所有字均为模态制指令，都具有保持功能，所以，只要改变下一程序段中的X坐标值，就可以进入下一个固定图形的循环。

④ G90循环应用实例　采用G90进行如图2-88所示圆柱面加工的程序实例如下：

用G90外圆循环切削如图2-92所示圆锥面的程序实例如下：

图2-91　用G90车圆锥动作分解

图2-92　G90车削圆锥的应用

…… ；

N60　G00　X52.0　Z2.0　T0202；　（刀尖快移到循环起点a）

N70　G90　X30.0　Z−40.0　I−5.0　F0.50；（外圆锥切削循环第一刀，小端切至30.0mm）

N80　　X25.0；　　（第二刀小端切至25.0mm）

N90　　X20.0；　　　（第三刀，小端切至20.0mm）

……　；

在上述G90循环中，由于循环中的图形结构简单，描述方便，多次循环的图形移动方向是固定的，所以习惯上称其为单一形状固定循环，简称为固定循环。

在数控加工中有许多类型的固定循环，除上述外圆车削固定循环外，还有端面车削固定循环、孔加工固定循环、螺纹切削固定循环等形式。

2．端面车削固定循环G94

在车削直径较大的盘类零件时，经常要用到端面车削固定循环功能。端面车削固定循环用G94指令来进行定义。

在圆柱和圆锥面的切削循环中，刀具的工作进给主要是在轴向方向上，即车床的纵向方向上，而对于端面循环，刀具的工作进给主要发生在径向方向上。

① 端面车削固定循环指令格式　端面车削固定循环指令G94的程序格式如下所示：

G94　X（U）__　Z（W）__　F__　；

如果端面上带有一定的锥度，其循环格式为：

G94　X（U）__　Z（W）__　R__　F__ ；

其中，程序字R是用来表达Z轴方向上的增量的。

表面上看起来，端面切削循环的程序格式与圆柱循环格式相同，但刀具具体的动作路线和顺序是不一样的。

② 端面循环图形　端面循环的动作分解情况如图2-93所示。刀尖由循环起点a出发，经过了1R：纵向快速移动；2F：径向切削；3F：轴向切出；4R：快速退回到循环起点a。

循环图形abcd的第一个动作是纵向快速移动，还有第二个动作径向切削的走刀方向，显然都与圆柱循环不同。

图2-93　端面切削循环动作分解

3．外圆切削复合循环

① 复合循环的定义　所谓复合循环是指把精切加工程序与粗切加工程序进行复合的循环。具体地说就是在程序中只详细描述一次精切削加工路线，而粗切加工要借用精加工路线来判断和划定粗切区域，并在该区域中采用固定循环法将粗切余量全部切除的循环方式。

复合循环有多种形式，外圆切削复合循环只是其中的一种。

② 外圆切削复合循环指令及其程序段格式　外圆切削复合循环指令用粗切循环G71和精切加工G70来定义。

外圆切削复合循环的程序段格式如下：

G71　U (d) R (e) ；

G71　P (ns) Q (nf) U (u) W (w) F (f) S (s) T (t) ；

Nns　……　；

……　　；

Nnf　……　；

G70　P (ns) Q (nf) ；

…… ；

各程序字的内容解释如下：

G70：外圆精切加工指令；

u：X方向的精加工余量；

w：Z方向的精加工余量；

G71：外圆粗切固定循环指令；

d：粗加工固定循环的背吃刀量（半径值）；

e：粗加工固定循环中每次退刀量；

f：粗加工固定循环的进给量；

s：粗加工固定循环的主轴转速；

t：粗加工刀具号；

ns：描述精切加工路线的第一个程序段的序号；

nf：描述精切加工路线的最后一个程序段的序号。

由上述格式可以看出，程序首先进行粗加工切削的定义，包括在粗加工固定循环中的所有工艺参数，然后进行粗加工固定循环的有效区域描述，而对该区域的描述，数控系统是依据后面的精加工路线来自动判明的，这在程序里可以很容易地利用转向功能来解决。只要依据刀尖的循环起点位置和精加工路线的描述，即可确定该区域，然后让出精加工余量，剩下的就是粗加工循环的区域了。

在粗加工完成后，刀具返回到循环起点，然后换用精切刀具进行精切加工。这样，在整个复合循环程序中，只需要一次描述走刀路线，就可以解决粗加工和精加工的路线描述了，这极大地简化了加工程序。

③ 外圆切削复合循环的刀具路线　在外圆切削复合循环中，刀尖的移动路线及其动作分解可通过图2-94来表示。

图中A点是外圆切削复合循环的起点，刀尖在定位于A点后开始进入G71粗切固定循环。系统首先要根据刀尖的当前位置来确定粗切循环加工的有效区域，根据G71程序段后面出现的由第ns段到第nf段的精切路线的描述，即图形中的由C点到D点的工件编程轨迹，系统就可以基本判明粗切循环所应该覆盖的区域，然后在该区域中减掉程序中所给出的精加工余量，就可以最终确定粗加工的循环区域了。

图2-94　外圆切削复合循环走刀路线

在粗切循环区域内，系统开始进入粗切固定循环，刀尖由A点首先进行第一个abcd图形的循环：以1R的径向快速移动到程序给出的背吃刀量a₁点，然后进行2F的纵向工作进给，进给移动一旦接触到粗切区域的边缘b₁点，立即沿着45°方向进行快速的退刀，当退刀移动达到程序给定的回退量e值时，开始由c₁点转为纵向快退，直至退到d₁点，即完成了第一次abcd的固定循环。接下来，系统进行第二次abcd的固定循环，直至加工到粗加工固定循环的M点，最后刀尖将沿着粗切区域的界限线MN，将粗切区域边界切一刀，然后返回到循环起点A。至此，粗切循环即告结束，系统开始进入精切加工。

如果精切加工需要换用精切刀具，在这里即可以进行粗切刀具的清零返回和精切刀具的调用，然后，精切刀尖由循环起点直接进入到精切路线的起点B点。然后沿精加工路线CD把轮廓切出。

④ 外圆切削复合循环实例　如图2-95所示工件的外圆切削复合循环程序如下：

设复合循环的精加工余量在两个方向上均取0.10mm，确定粗切背吃刀量d取5mm，让刀退回量e取1mm。

外圆切削复合循环的程序如下：

图2-95　外圆切削复合循环零件图样

⑤ G71～G70复合循环应用注意事项　在早期的FANUC 6T系统中，上述外圆切削复合循环是有其局限性的，由于数控系统需要首先把ns到nf的程序段都先行读入，以便判断粗切加工的有效区域，所以对ns到nf的这一部分程序段有下述限制：

（1）在ns～nf程序段中的F、S、T设置均无效。需要设置F、S、T只能够在G71和G70程序段中进行。

（2）在ns～nf程序段中，不能进行半径补偿G41、G42、G40设置。

（3）在ns～nf程序段中，不允许有其他程序段转向指令，例如调用子程序指令等。

4．端面切削复合循环

与外圆切削复合循环相对应，在切削直径较大的盘类零件时，可以采用端面切削复合循环来进行编程。

① 端面切削复合循环指令及其程序段格式　外圆切削复合循环指令用粗切循环G72和精切加工G70来定义。

端面切削复合循环的程序段格式如下：

G72　U (d) R (e) ；

G72　P (ns) Q (nf) U (u) W (w) F (f) S (s) T (t) ；

Nns　……　；

……　　；

Nnf　……　；

G70　P (ns) Q (nf) ；

…… ；

程序中的各程序字的内容解释与外圆复合循环相同。

② 端面切削复合循环的刀具路线　在端面切削复合循环的刀尖移动路线及其动作分解可通过图2-96来表示。

端面切削复合循环的起点是A点，该点的位置选择必须保证处在工件外径之外，以便于刀尖沿着纵向的快速移动，1R移动是在纵向方向上进行的，2F要沿径向方向进行工作进给，在接触到粗切区域界限后进行3R45°方向上的退回，然后进行4R径向退出，完成一个abcd的切削循环。

③ 端面切削复合循环实例　如图2-97所示工件的端面切削复合循环程序如下：

图2-96　端面切削复合循环刀具路线

图2-97　端面切削复合循环图样

5．复杂图形多重循环

复杂图形多重循环比较适合于已经初步具备了复杂外形的铸件或锻件毛坯零件的粗切和精切复合加工，因为这种循环是沿着零件的外形轮廓来直接描述循环图形并组织粗切和精切的。这种切削循环的走刀路线如图2-98所示。

图2-98　复杂图形多重循环走刀路线

① 复杂图形多重复合循环指令及其程序段格式　复杂图形多重复合循环指令用粗切循环G73和精切加工G70来定义。

② 复杂图形多重复合循环的程序段格式　复杂图形多重复合循环的程序段格式如下：G73　U (i) W (k) R (d)；

G73　P (ns) Q (nf) U (u) W (w) F (f) S (s) T (t)；

Nns　……　；

……　　；

Nnf　……　；

G70　P (ns) Q (nf)；

其中，

i：X方向的粗切余量；

k：Z方向的粗切余量；

d：粗切循环次数；

u：X方向的精切余量；

w：Z方向的精切余量；

其余参数与外圆复合循环的意义相同。

③ 复杂图形多重循环G73～G70的走刀路线　刀复杂图形多重循环的走刀路线如图2-93所示，刀具每一次的循环图形是完全一样的，而这个用来进行循环的图形是直接根据零件的精加工轮廓要求来加以描述的复杂图形，每循环切削一次，系统将这个循环图形向工件移近一步，而每次移近的X、Z移动增量是根据程序中给出的粗切余量和粗切循环次数自动计算出来的。这样可以保证每次循环切削中，工件各个部位的切削余量比较均匀，所以适合于铸造件和锻造件毛坯的切削加工。

由于参与循环的图形复杂，系统需要将整个图形的有关程序段完全加以记忆，然后才能够参与多次的重复运行。为了与前面的外圆复合循环和端面复合循环相互区别，习惯上把这种复合循环称为图形复合循环或者叫做图形循环。

④ 复杂图形多重循环实例　复杂图形多重循环实例图样如图2-99所示。

图2-99　图形循环图样

图样工件采用图形循环加工，其工艺参数选择如下：

粗加工和精加工的总余量为：纵向16mm；径向16mm，精切余量两个方向均为1mm，则粗切余量为15mm，粗切循环分三次切完，平均每刀5mm的背吃刀量。

图形复合循环加工程序如下：

6．精密螺纹切削循环指令G76

① G76螺纹切削循环的走刀路线　G76指令一般用于切削高精度的螺纹，G76螺纹切削循环的走刀路线如图2-100所示，A点为循环起点，其位置的选择要照顾到螺纹切削时的切入长度（引入长度）。在主轴转速不太高的情况下，一般选择在距离工件前端面3～6mm的范围内，图中的i值反映圆锥螺纹的径向增量，若i为零值，则为切削圆柱螺纹。G76方式中的螺纹收尾方式为斜向收尾，这种收尾方式有利于螺纹根部保持强度。D点为螺纹切削循环的目标点，其坐标值由程序字X、Z或者U、W给出和i值给出。

G76螺纹切削循环的进刀方式为斜进方式，如图2-101所示，这种方式可以保证较高的螺纹表面质量。螺纹每次的切深根据进刀次数依次递减。