仿形粗車循環(huán)加工指令G73參數(shù)研究與確定

孫克銳

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，杭州 311231）

仿形粗車循環(huán)加工指令G73參數(shù)研究與確定

孫克銳

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，杭州 311231）

針對(duì)許多教材和文獻(xiàn)對(duì)仿形粗車循環(huán)加工指令G73參數(shù)選取介紹不詳細(xì)的問題，本文分析了G73指令軌跡、參數(shù)的含義及選擇方法，得出參數(shù)間的數(shù)值關(guān)系，給出退刀撞刀判定條件，方便編程人員分析和解決實(shí)際難題，并通過加工案例和軌跡模擬，驗(yàn)證結(jié)論。

G73 仿形粗車循環(huán)指令 參數(shù)確定 數(shù)值關(guān)系

引言

仿形粗車循環(huán)指令G73是數(shù)控車削固定循環(huán)重要指令之一，其指令軌跡是按工件形狀偏移一定距離逐漸逼近最終形狀，完成加工，適合鑄造、鍛造毛坯或已粗車成形的工件[1]。但現(xiàn)行教材和許多文獻(xiàn)基本上只介紹軌跡形狀、指令格式和參數(shù)含義，并未詳細(xì)說明各參數(shù)間的關(guān)系及如何推導(dǎo)。對(duì)于G73指令，如果參數(shù)選取不當(dāng)，加工過程中會(huì)出現(xiàn)空刀或過切現(xiàn)象，降低加工效率，影響刀具壽命，甚至損壞工件[2-4]。本文通過分析G73的加工軌跡，借助數(shù)學(xué)解析方法詳細(xì)分析了各參數(shù)關(guān)系并給出計(jì)算公式，在此基礎(chǔ)上還研究了退刀撞刀判定條件，指導(dǎo)編程人員快速、合理確定G73指令參數(shù)，并通過實(shí)際案例驗(yàn)證了結(jié)論。

1 G73指令格式及參數(shù)含義

FANUC數(shù)控系統(tǒng)G73指令形式如下，

G73 U(△i) W(△k) R(d);

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

參數(shù)：△i為X軸方向總退刀量距離和方向（半徑指定）；△k為Z軸方向總退刀量距離和方向；d為重復(fù)加工次數(shù)；ns為精加工程序第一個(gè)程序段的順序號(hào)；nf為精加工程序最后程序段的順序號(hào)；△u為X方向精加工余量和方向（直徑指定）；△w為Z軸方向精加工余量和方向；f，s，t輔助功能代碼，分別代表粗加工進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速和刀具號(hào)。

G73指令軌跡如圖1所示，刀具從循環(huán)起始A，快速退刀至D點(diǎn)（X向退刀量為△u/2＋△i，Z向退刀量△w＋△k）；再快速進(jìn)刀至E點(diǎn)(E點(diǎn)坐標(biāo)值由A′點(diǎn)坐標(biāo)、精加工余量、退刀量△i和△k確定)；沿工件輪廓形狀偏移一定距離切削進(jìn)給至F點(diǎn)；再快速返回G點(diǎn)，開始第二輪切削循環(huán)，經(jīng)過多次分層切削至循環(huán)結(jié)束，再快速退回到循環(huán)起點(diǎn)A。

圖1 G73指令軌跡

G73走刀軌跡都是沿精加工軌跡偏移一定距離加工的，最終逼近精加工軌跡。

2 G73指令參數(shù)選取不當(dāng)引起的問題

當(dāng)選擇G73指令參數(shù)△i、△k、△u、△w、d不合理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多次空刀或過切現(xiàn)象。當(dāng)加工循環(huán)起始點(diǎn)選取不當(dāng)，則會(huì)產(chǎn)生扎刀、退刀撞刀或退刀行程過長等問題。

3 G73指令參數(shù)關(guān)系及確定方法

為方便討論，引入以下概念和代號(hào)，工件直徑X工件，工件最小直徑X工件min，毛坯直徑X毛坯，加工循環(huán)起始點(diǎn)A（Xa，Za），退刀點(diǎn)Xt，首次吃刀深度ap1，首刀切削后，每次切削深度ap2。Z向粗加工余量△k對(duì)加工意義不大，假定為零。

3.1 X向退刀量U確定

首次切削能否切到工件，取決于首次切削加工軌跡與毛坯的位置關(guān)系，用刀具距離工件中心的X方向的距離（直徑值）表示切削加工軌跡。首次進(jìn)刀位置與退刀量U、精加工余量△u、工件尺寸有關(guān)。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，首次切削加工軌跡X1=X工件＋2×U＋△u，其最小處直徑X1min=X工件min＋2×U＋△u。

（1）首次吃刀深度ap1。根據(jù)G73指令軌跡特點(diǎn)，對(duì)棒料毛坯，首次切削最大切深位于工件最小直徑處。假設(shè)X向理論退刀量U理論=（X毛坯－X工件min）/2，則公式（1）

由公式（1）可知：①ap1＜0，即U＞U理論-△u/2，首刀空切，如外圓車削，通?！鱱≈0.2～0.5mm，即實(shí)際退刀量U選取大于或等于理論退刀量U理論，首刀必空切；②ap1=0，即U=U理論-△u/2，首刀為空切與非空切臨界狀態(tài)；③ap1＞0，即U＜U理論-△u/2，首刀不空切。

首次吃刀深度ap1可根據(jù)工件材料、刀具、進(jìn)給量、切削速度選取，再根據(jù)U理論、△u即可確定U。

（2)首刀切削后，每次切削深度ap2。G73指令重復(fù)加工次數(shù)為d，則首刀切削后，每次切削深度推導(dǎo)如下：

從公式（2）可看出，ap2與退刀量U成正比，與重復(fù)加工次數(shù)d成反比。

3.2 重復(fù)加工次數(shù)d確定

重復(fù)加工次數(shù)會(huì)影響首次切削后的切削深度ap2，根據(jù)公式（2）可得：

ap2可根據(jù)工件材料、刀具、進(jìn)給量等相關(guān)因素確定，由于U已確定，故可確定d。

3.3 空刀次數(shù)n確定

第i次切削是否空刀可通過切削加工軌跡與毛坯位置比較獲得，第i次切削軌跡，

則第i刀空刀判定公式：

顯然，第一刀非空刀時(shí)，即ap1≥0，則后續(xù)走刀也不會(huì)空刀。

假定第n次走刀為空刀與非空刀臨界狀態(tài)，即an=0，由ap1＋（n－1）ap2=0得：

表明第一刀空刀時(shí)，ap1越大、ap2越小，則n越大。

3.4 退刀撞刀判定

G73仿形粗車循環(huán)指令加工前需指定循環(huán)起始點(diǎn)，此點(diǎn)也是退刀參照點(diǎn)。若選取不當(dāng)，退刀時(shí)會(huì)撞刀。為避免撞刀，循環(huán)起始點(diǎn)一般選在毛坯之外，兼顧效率該點(diǎn)靠近毛坯。

退刀點(diǎn)確定方法類似進(jìn)刀點(diǎn)確定方法，假定Z向退刀量△k為零，循環(huán)起始點(diǎn)A（Xa，Za），以X向退刀為例。

（1）X向首次退刀點(diǎn)。根據(jù)文獻(xiàn)資料，首次退刀點(diǎn)：

公式（6）表明，首次退刀位置與Xa、U和△u有關(guān)。（2）首次退刀后，每次退刀點(diǎn)。根據(jù)對(duì)實(shí)際操作過程中數(shù)據(jù)分析，第i次退刀點(diǎn)：

（3）退刀撞刀判定條件。切削加工過程中，退刀是否會(huì)撞刀，可通過切削加工軌跡與退刀位置比較獲得，當(dāng)X（i＋1）t＜Ximax，退刀時(shí)刀具存在過切到最大已加工表面風(fēng)險(xiǎn)，代入公式X（i＋1）t=X1t-2×i×ap2=Xa＋2×U＋△u-2×i×ap2得：Ximax=X1max-2×（i-1）×ap2=X工件max＋2×U＋△u－2×（i－1）×ap2，化簡得：

公式（8）即為退刀時(shí)可能撞刀的判定條件，表明循環(huán)起始點(diǎn)選取過小可能會(huì)產(chǎn)生退刀撞刀，但Xa未必一定要大于工件毛坯直徑。當(dāng)然為避免進(jìn)刀撞刀，Za須在毛坯之外。

4 應(yīng)用舉例

在廣數(shù)系統(tǒng)980－TD加工如圖2的工件，毛坯φ20mm，材料YL12。

4.1 零件分析

圖2 G73應(yīng)用舉例

該工件中間內(nèi)凹，適合用G73指令加工，工件坐標(biāo)系建立在工件右端面中心點(diǎn)，一次裝夾完成工件外形加工，最后切斷。

4.2 主要參數(shù)選取、計(jì)算

如圖2，工件內(nèi)凹處直徑最小，即為最大余量切除處。U理論=（X毛坯-X工件min）/2=（20-10）/2=5mm，假定U=U理論=5mm，d=5，△u=0.5mm，循環(huán)起始點(diǎn)Xa=22，Za=2。

（1）首次吃刀深度ap1。ap1=U理論-U-△u/2=-0.5/2= -0.25mm＜0，表明首刀空切。

（2）首刀切削后，每次切削深度ap2。ap2=U/(d-1)=5/（5-1）=1.25mm。

（3）空刀次數(shù)n。n=1-ap1/ap2=1＋0.25/1.25=1.2＜2,表明只有首刀空切。

（4）退刀撞刀判定。判定公式Xa＜X工件max＋2× ap2，循環(huán)起始點(diǎn)Xa=22＞14＋2×1.25=16.5，退刀不會(huì)撞刀。

4.3 加工程序編制

4.4 軌跡模擬

圖3為模擬刀具加工運(yùn)行軌跡，進(jìn)刀、退刀位置與分析計(jì)算一致。

圖3 模擬刀具運(yùn)行軌跡

5 結(jié)語

采用仿形粗車循環(huán)指令G73編程時(shí)，要了解指令加工軌跡，掌握退刀量、重復(fù)加工次數(shù)與首刀切深、首刀后每次切削深度之間的關(guān)系，結(jié)合毛坯尺寸、種類和材料、工件尺寸、刀具，合理選擇切削參數(shù)，避免首刀空切或過切，合理選擇循環(huán)起始點(diǎn)，避免撞刀，提高生產(chǎn)效率。

[1]關(guān)雄飛.數(shù)控加工工藝與編程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014．

[2]李福運(yùn).封閉切削循環(huán)指令G73的應(yīng)用與研究[J].南方金屬，2013，（6）：52-54．

[3]郭風(fēng)泉.FANUC 數(shù)控系統(tǒng)車床G73功能參數(shù)選擇[J].價(jià)值工程，2014，（24）：61-62．

[4]李東君.關(guān)于數(shù)控教材中G73封閉粗車循環(huán)指令分析與應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2011，（22）：30-36．

Parameter Research and Determination of the Profiling Rough Cutting Circular Instruction G73

SUN Kerui
（Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology, Hangzhou 311231）

In many textbooks and documents，the parameter selection methods of the profiling rough cutting circular instruction G73 are not detailedly introduced. The path, parameter meanings and selection method of G73 command are a nalysed and the numerical relation between parameters is obtained in the article. T he criteria of tool collision in retracting is given. It is of guiding s ignificance for programmer solving some complicated problems in us e. Meanwhile, the analysis is made with concrete product processing. The correctness of the analysis result is proved by track simulation.

G73, profiling rough cutting circular instruction, parameter determination, numerical relation