基于FNAUC 數(shù)控系統(tǒng)G71 循環(huán)指令的應(yīng)用研究

劉曉超 ， 曹占光

（1.河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作 454000；2.鞏義市第一中等專業(yè)學(xué)校，河南 鄭州 451200）

FANUC-Oi 數(shù)控系統(tǒng)車削指令中主要有G76（斜進(jìn)刀循環(huán)螺紋加工指令且該指令主要是用在大螺距的螺紋加工中）、G75（較寬的寬槽切槽循環(huán)加工指令）、G74（端面槽循環(huán)切削加工指令且該指令不常用）、G73（數(shù)控車削加工仿形粗車循環(huán)加工指令且該指令常用于鑄造、鍛造零部件加工）、G71（軸類長徑比較大毛坯零件復(fù)合固定循環(huán)加工指令）、G72（盤類類型毛坯零件復(fù)合固定循環(huán)加工指令且該指令不常用）、G70（軸類、盤類復(fù)合循環(huán)指令有精車固定循環(huán)指令）等。其中復(fù)合固定循環(huán)加工指令G71 是數(shù)控車工加工中用來加工毛坯為圓柱材料的內(nèi)、外圓粗車復(fù)合固定循環(huán)指令，加工中粗車需要多次走出循環(huán)走刀才能完成長徑比較大的軸類零部件外徑及內(nèi)徑加工，該指令用于精車前軌跡之間沿橫向切除多余的材料，并留下精車的加工余量U(Δu)、W(Δw)，G71指令有兩種粗車加工循環(huán)：類型I 和類型II[1]，如圖1所示。

圖1 類型I與類型II外形輪廓區(qū)分圖

1 G71指令程序格式及說明

G71 指令部分程序展示如下：

為保證程序能正確執(zhí)行，兩段G71 應(yīng)按順序連續(xù)兩段編程。N(ns)～N(nf)程序段應(yīng)緊接著G71程序行。從N(ns)段到N(nf)段之間的程序定義了精車軌跡，G71 將在這些軌跡的空間切除材料（粗車），并留下精車余量X(U)Z(W)。類型I：ns段未出現(xiàn)Z(W)指令，用于端面外向工件方向加工，X/Z 坐標(biāo)均沿一個單調(diào)方向不得出現(xiàn)凹坑或凸臺。類型II：ns 段有Z(W)指令（進(jìn)給量0 或非0），可加工凹坑或凸臺，Z 坐標(biāo)沿一個方向單調(diào)增加，而X坐標(biāo)可以遞增或遞減。

1.1 代碼意義

復(fù)合固定循環(huán)指令G71 代碼分為兩個部分：第一段G71 指令給出粗車加工時的切削加工用量，每次半徑上的加工去除量Δd（Δd 為粗車加工時X 軸方向每次進(jìn)刀加工量）、X 方向退刀量R(e)和切削加工速度（代碼為F）、主軸轉(zhuǎn)速（代碼為S）、刀具功能（代碼為T）。第二段復(fù)合固定循環(huán)加工指令G71 給出精車加工軌跡的程序段區(qū)間及其加工程序的字符、精車數(shù)控車削加工余量的參數(shù)符號及其參數(shù)規(guī)定的數(shù)據(jù)值。N(ns)～N(nf)中定義精車加工軌跡的若干連續(xù)的程序段，該程序段里邊不能有不移動的指令存在，例如M 指令、刀具指令等，執(zhí)行符合固定循環(huán)指令G71時，實際加工時刀具沿這些程序軌跡構(gòu)成的空間沿X向、Z向切削除去毛坯上的多余材料[2]。

1.2 G71相關(guān)參數(shù)代碼說明

U(Δd)：粗車加工時X 軸方向每次進(jìn)刀加工量，取值范圍為0.001 mm～99.999 mm，無正負(fù)符號半徑加工值，進(jìn)刀的方向由ns 程序段的移動（可以采用G00 指令或者G01 指令）決定。U(Δd)為模態(tài)指令，未輸入U(Δd)參數(shù)數(shù)據(jù)時，以FANUC-Oi 系統(tǒng)中參數(shù)#166的值作為進(jìn)刀量。

R(e)：粗車加工時X 軸方向的退刀量，取值范圍為0.001 mm～99.999 mm，沒有正負(fù)符號的半徑數(shù)據(jù)值，退刀的方向與進(jìn)刀的方向是必須相反的，R(e)參數(shù)數(shù)據(jù)為模態(tài)，未輸入R(e)參數(shù)數(shù)據(jù)時以FANUC-Oi系統(tǒng)參數(shù)#167的值作為退刀量。

N(ns)：精車數(shù)控車削加工軌跡的程序段第一段段號，該段號必須是整數(shù)值。

N(nf)：精車數(shù)控車削加工軌跡的程序段最后一段段號，該段號必須是整數(shù)值，且必須大于ns。

U(Δu)：X 軸方向粗車加工后留給精車加工的余量數(shù)據(jù)值，編程時取值范圍為±0.001 mm～99.999 mm，粗車加工后的輪廓相對于精車加工的軌跡的X軸方向坐標(biāo)偏移，即A’點與A 點X 軸坐標(biāo)方向絕對坐標(biāo)的差值。U(Δu)未輸入數(shù)據(jù)值時，數(shù)控FANUCOi 系統(tǒng)按Δu=0 處理，即粗車加工循環(huán)X 軸方向不留精車加工的余量數(shù)據(jù)值。

W(Δw)：Z 軸方向粗車加工后留給精車加工的余量數(shù)據(jù)值，編程時取值范圍為±0.001 mm～99.999 mm，粗車加工輪廓相對于精車軌跡的Z 軸坐標(biāo)偏移數(shù)值。W(Δw)未輸入時，數(shù)控FANUC-Oi 系統(tǒng)按Δw=0 處理，即粗車切削加工時候循環(huán)Z 軸方向不留精車車削加工余量數(shù)據(jù)值。類型II：強烈建議W(Δw)=0，否則將會把側(cè)面的余量數(shù)據(jù)值切除掉。

M、S、T、F：出現(xiàn)在G71 代碼行的F 為粗車的切削加工速度，返程快速由#148指定[3]。

類型I：刀具加工軌跡圖如圖2所示。

圖2 G71 指令中類型I 刀具加工軌跡圖

從起始點A 點數(shù)據(jù)值快速移動到A’點數(shù)據(jù)值，X軸移動Δu、Z 軸移動Δw。從A’沿X 軸方向移動Δd，進(jìn)刀的速度按復(fù)合固定循環(huán)G71指令定義的進(jìn)給速度開始加工，進(jìn)刀加工方向與A 點數(shù)據(jù)值→B 點數(shù)據(jù)值的方向一致。Z 軸方向切削進(jìn)給到粗車輪廓，進(jìn)給方向與B 點數(shù)據(jù)值→C 點數(shù)據(jù)值Z 軸坐標(biāo)變化一致[4]。X 軸方向、Z 軸方向按邊界輪廓加工到本次進(jìn)給的起點，如圖3所示。N(ns)段為G00/G01。

圖3 精車余量U(Δu)，W(Δw)的方向與加工方向一覽圖

類型II：類型II 可以加工X向凸臺或凹槽。

凹槽和凸臺理論上數(shù)量值沒有限制，N(ns)～N(nf)之間的編程程序段數(shù)量值一般不大于100 段數(shù)值。沿Z 軸數(shù)控車削加工方向的零件圖外形輪廓必須單調(diào)方向有遞增趨勢或者遞減趨勢[5]，但是，沿X 軸方向的外形輪廓不必單調(diào)遞增或單調(diào)遞減，（類型Ⅱ）X方向變化比較圖如圖4所示。

圖4 （類型Ⅱ）X方向變化比較圖

第一刀加工軌跡不必垂直，如果沿Z 軸為單調(diào)變化的形狀就可進(jìn)行加工，示意圖如圖5所示。

圖5 （類型Ⅱ）Z方向允許變化圖

車削后，應(yīng)該退刀，退刀量由徑向R(e)退刀量數(shù)值決定，僅沿X 方向正向退刀代碼執(zhí)行過程：1～34步，（類型Ⅱ）X方向允許變化圖如圖6所示。

圖6 （類型Ⅱ）X方向允許變化圖

2 注意事項

1）N(ns)程序段只能是G01 代碼，必須指定X(U)和Z(W)兩個軸，當(dāng)Z軸不移動時也必須指定W0。

2）從A 到A’的刀具粗車數(shù)控車削循環(huán)加工的軌跡必須在P 程序段段號（即為首段）中用程序代碼G00 指令或程序代碼G01 指令指定編程程序，且首段的刀具移動方向必須垂直于Z 軸的方向。如：G00/G01 X ，否則會出現(xiàn)報警信息，機床將不會運動[6]。

3）Δu 和Δw 的符號規(guī)定法則：沿刀具軌跡移動時，X 坐標(biāo)值單調(diào)增加，則Δu 為正數(shù)據(jù)值，否則為負(fù)數(shù)據(jù)值；Z 坐標(biāo)方向數(shù)據(jù)值單調(diào)減小，則Δw 為正數(shù)據(jù)值，否則為負(fù)數(shù)據(jù)值。

4 ）刀補指令在G 7 1 之前必須撤除，在N(ns)～N(nf)程序段里可以重新定義，在精加工軌跡的基礎(chǔ)上再形成刀補軌跡，G71 將以刀補后的軌跡為精加工軌跡[7]。

5）進(jìn)給保持與單段均有效。

6）G71不得嵌套使用。

7）加工開始的A 點必須是X 最大的位置，其余軌跡的X坐標(biāo)不得大于起點的X坐標(biāo)。

注意：刀補后圓弧頂點可能超過起點的X 坐標(biāo)，刀補后Z 向可能產(chǎn)生單調(diào)性錯誤；各種刀補或編程計算造成的軌跡起點終點誤差限，由#165參數(shù)設(shè)定[8]。

3 編程范例

以下示例僅表示編程方法及G71 可以處理的各種軌跡形狀，不代表使用合適或不合適的刀具均能加工出圖示零件。

示例一：類型I 加工編程實例如圖7所示。

圖7 類型I 加工編程實例

示例二：類型II 加工編程實例如圖8所示。

圖8 類型II加工編程實例

4 結(jié)語

綜上所述，F(xiàn)ANUC-Oi 數(shù)控系統(tǒng)中復(fù)合固定循環(huán)G71指令通過定義零部件的加工刀具運行的軌跡來進(jìn)行零部件的粗車加工循環(huán)，在程序參數(shù)中只需要設(shè)置好粗車加工時X 軸方向每次進(jìn)刀加工量U(Δd)、直徑方向退刀量R(e)、軸線Z方向精加工余量參數(shù)W(Δw)、精車車削直徑余量X 軸方向參數(shù)U(Δu)、切削加工速度F 等值[9]，則數(shù)控系統(tǒng)會在數(shù)控機床系統(tǒng)內(nèi)部自動計算出刀具的加工軌跡，機床會按照系統(tǒng)內(nèi)部自動規(guī)劃好的運行軌跡對零部件進(jìn)行多次固定循環(huán)車削，并全程按照機床指令完成車削加工。因此，只有理解透徹該固定循環(huán)指令G71 的加工的功用、加工的特點及加工的使用方法[10]，尤其是在數(shù)控車削加工中復(fù)合固定循環(huán)指令G71 的I 類和II 類零部件切削加工類型的特點，在編寫輪廓具有凹凸形狀變化的軸類零部件程序的不同之處時，將數(shù)控加工參數(shù)合理賦值并且加以正確應(yīng)用，才能夠最大化地簡化程序數(shù)控加工的編程，提高零部件加工效率和加工質(zhì)量。