復(fù)合循環(huán)指令G71 II型的巧妙應(yīng)用*

加有維，栗茂林，李黨超，張 銘

(西安交通大學(xué) 實(shí)踐教學(xué)中心(工程坊)，陜西 西安 710049)

0 引言

在長(zhǎng)期數(shù)控編程的教學(xué)實(shí)踐中，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)復(fù)合循環(huán)指令可極大地簡(jiǎn)化編程強(qiáng)度，提高編程效率，因此需要指導(dǎo)學(xué)生掌握數(shù)控編程的技巧，了解復(fù)合循環(huán)指令的適用范圍和應(yīng)用特點(diǎn)[1]。

G71內(nèi)外圓粗車(chē)復(fù)合循環(huán)指令是數(shù)控車(chē)床編程中經(jīng)常使用的循環(huán)指令之一，編程時(shí)只需給出粗加工背吃刀量、精加工余量和精加工路線等系統(tǒng)便能自動(dòng)算出粗加工路線和加工次數(shù)，完成各表面的粗加工，適合余量大且形狀復(fù)雜的非成型棒料毛坯的粗加工編程[2]。G71指令有I型和II型兩種類型，I型要求工件必須滿足外輪廓單調(diào)遞增或內(nèi)輪廓單調(diào)遞減，適用范圍受到了局限[3]；II型則可以巧妙應(yīng)用于外形凹凸變化的零件，II型的巧妙使用可以減小繁瑣計(jì)算，極大地提高編程效率[4-5]，但因有些數(shù)控系統(tǒng)不具備該功能，所以在教學(xué)中較少被介紹甚至被忽視。

西安交通大學(xué)工程坊提供給學(xué)生實(shí)習(xí)使用的數(shù)控車(chē)床為廣州機(jī)床廠生產(chǎn)的數(shù)控車(chē)床，采用GSK980TB3數(shù)控系統(tǒng)，具有G71 II型指令凹槽循環(huán)加工功能，為此，本文詳細(xì)闡述G71 II型與I型在編程中的不同，并給出G71 II型指令的適用范圍及巧妙應(yīng)用。

1 GSK980TB3系統(tǒng)下G71 II型指令解析

1.1 G71 II型指令的適用范圍

I型指令只適用于單調(diào)變化的輪廓，如圖1所示。而II型指令的適用范圍較廣，沿X軸的外形輪廓不必單調(diào)遞增或單調(diào)遞減，只要是如圖2所示的沿Z軸為單調(diào)變化的形狀即可，可加工凹槽，且最多可有20個(gè)凹槽。但需要注意，對(duì)于如圖3所示的Z軸方向?yàn)榉菃握{(diào)變化的零件，使用該指令時(shí)系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

圖1 單調(diào)變化的輪廓

圖2 Z軸單調(diào)變化的零件 圖3 Z軸非單調(diào)變化的零件

1.2 G71 II型循環(huán)指令的格式

G71 II型的格式與G71 I型相同，具體如下：

G71 U(Δd)__ R(e)__；

G71 P(NS)__ Q(NF)__ U(Δu)__ W(Δw)__ F__ S__ T__；

其中：Δd為每次切深，無(wú)符號(hào)，取值范圍為0.001 mm～9 999.999 mm，模態(tài)代碼；e為退刀量(半徑指定)，取值范圍為0.001 mm～9 999.999 mm，模態(tài)代碼；NS、NF分別為精加工路線程序段群的第一個(gè)和最后一個(gè)程序段的順序號(hào)；Δu、Δw分別為X軸和Z軸精加工余量的距離及方向，取值范圍均為-9 999.999 mm～9 999.999 mm；F為切削進(jìn)給速度，取值范圍為1 mm/min～8 000 mm/min或0.001 mm/r～500 mm/r；S為主軸轉(zhuǎn)速；T為刀具、刀偏號(hào)。

G71 II型指令功能為：系統(tǒng)根據(jù)NS～NF程序段給出工件精加工路線，吃刀量、進(jìn)刀與退刀量等自動(dòng)計(jì)算粗加工路線和加工次數(shù)，完成各表面的粗加工；用與Z軸平行的動(dòng)作進(jìn)行切削，對(duì)于非成型棒料可一次成型。

1.3 G71 II型指令的加工軌跡及使用注意事項(xiàng)

G71 II型指令的加工軌跡如圖4所示，具體如下：①指令運(yùn)行前刀具先到達(dá)循環(huán)起點(diǎn)A；②指令運(yùn)行中刀具依據(jù)給定的Δd和e按矩形軌跡循環(huán)分層切削；③最后一次切削沿粗車(chē)輪廓連續(xù)走刀，留有精車(chē)余量Δu和Δw；④指令結(jié)束后，刀具自動(dòng)返回循環(huán)起點(diǎn)。

圖4 G71 II型指令的加工軌跡

從加工軌跡可以看出：從起點(diǎn)A點(diǎn)出發(fā)，先逐層完成最大外輪廓及前端單調(diào)輪廓，然后完成中間的凹槽和后端凹槽。由此可見(jiàn)，G71 II型是在G71 I型基礎(chǔ)上的補(bǔ)充，完成單調(diào)遞增外輪廓加工的基礎(chǔ)上，逐個(gè)實(shí)現(xiàn)多個(gè)凹槽的加工，最終實(shí)現(xiàn)凹凸外形的全部加工。

使用G71 II型指令時(shí)的注意事項(xiàng)：①在G71循環(huán)中，順序號(hào)NS～NF之間程序段中的F、S、T功能都無(wú)效，G71程序段或以前指令的F、S、T有效，順序號(hào)NS～NF之間程序段中的F、S、T只對(duì)G70代碼循環(huán)有效；②循環(huán)的起點(diǎn)不宜太遠(yuǎn)，以減少空行程，提高加工效率；③NS～NF程序段中不能調(diào)用子程序；④精車(chē)余量只能指定X方向的u值，Z方向上的w值最好為0，如果w值不為0，則會(huì)使整個(gè)加工軌跡發(fā)生偏移，出現(xiàn)如圖5所示的過(guò)切現(xiàn)象；⑤在A至A′間順序號(hào)NS的程序段中只可以用G00或G01指定，且必須指定X(u)和Z(w)兩個(gè)軸，當(dāng)Z軸不移動(dòng)時(shí)也必須指定w為0。需特別注意的是，I型在A至A′間順序號(hào)NS的程序段中，不能出現(xiàn)Z軸的運(yùn)動(dòng)指令，否則會(huì)出現(xiàn)程序報(bào)警，這也正是G71指令I(lǐng)型與II型編程時(shí)的區(qū)別。

圖5 產(chǎn)生過(guò)切的G71 II型加工軌跡

2 應(yīng)用實(shí)例

在GSK980TB3數(shù)控車(chē)床上加工如圖6所示的凹槽零件，材料為L(zhǎng)Y16鋁棒，毛坯直徑為35 mm。使用G71 II型復(fù)合循環(huán)指令，可巧妙地實(shí)現(xiàn)零件加工。編制的程序如下：

圖6 凹槽零件圖

O0002；

N10 G0 X100 Z200；(快速移動(dòng)至換刀點(diǎn))

N20 T0101 M3 S800；(主軸正轉(zhuǎn)、換外圓車(chē)刀)

N30 G0 X38 Z2；(快速移動(dòng)至循環(huán)起點(diǎn))

N40 G71 U1 R0.5；(粗車(chē)循環(huán)，吃刀量1 mm，退刀量0.5 mm)

N50 G71 P60 Q160 U1 W0 F100；(X軸精加工余量1 mm，Z軸W值為0(防止過(guò)切))

N60 G0 X14 W0；(精車(chē)路線起始行，必須指定Z值(注意事項(xiàng)第5條))

N70 G1 X20 Z-1 F80；

N80 Z-10；

N90 X30 Z-18；

N100 Z-23；

N110 X22 Z-27；

N120 Z-35；

N130 X30 Z-39；

N140 Z-44；

N150 G2 X32 Z-60 R8.5；

N160 G1 Z-67；(精車(chē)路線結(jié)束行)

N170 G70 P60 Q160；(精加工循環(huán))

N180 G0 X100 Z200；(刀具退回?fù)Q刀點(diǎn))

N190 M5；(主軸停止)

N200 M30；(程序結(jié)束)

利用程序進(jìn)行仿真加工和實(shí)際加工，加工如圖7、圖8所示。使用復(fù)合循環(huán)指令簡(jiǎn)化了編程代碼，完美地完成零件加工，極大地提高了編程效率。

圖7 仿真加工效果 圖8 實(shí)際加工效果

針對(duì)圖6所示的凹槽輪廓零件，也可以使用以下方式：①封閉切削循環(huán)指令G73；②內(nèi)外圓粗車(chē)加工循環(huán)指令G71 I型配合單一指令G01/G00來(lái)實(shí)現(xiàn)。但方式①更適合于鑄鍛件的仿形加工，即毛坯形狀與要切削的形狀相似的情況，對(duì)于毛坯是棒料時(shí)，使用方式①加工會(huì)造成太多的空走刀，從而影響加工效率。若使用方式②加工，其程序量大，且遇到圓弧、相切等情況時(shí)，由于每一層軌跡的基點(diǎn)(切點(diǎn)、圓心等)都必須加以計(jì)算，編程繁瑣、計(jì)算難度大。

3 結(jié)語(yǔ)

在數(shù)控編程時(shí)，針對(duì)零件特點(diǎn)進(jìn)行工藝分析，選擇合適的加工指令。復(fù)合循環(huán)指令的使用大大簡(jiǎn)化了數(shù)控編程，提高了編程的效率，增加了程序的可讀性。通過(guò)對(duì)內(nèi)外圓粗車(chē)循環(huán)指令G71 I型和II型的對(duì)比分析，可見(jiàn)G71 II型指令的巧妙使用，極大地補(bǔ)充了G71 I型指令使用的不足，避免了程序冗長(zhǎng)和空走刀的現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到了事半功倍的效果。