复合循环指令的组合式编程方法

王胜， 尹凌鹏

（衢州职业技术学院机电工程学院，浙江衢州324000）

1 引 言

数控机床的种类很多，按照不同数控系统和加工联动轴数可以分2 轴、3 轴、4 轴、5 轴…等一系列数控机床，这些数控机床都是靠程序来进行走刀轨迹的控制，所以数控机床对操作人员的编程要求非常高。一个零件的加工质量往往取决于该零件的加工程序和加工刀具，这需要我们在平时的数控加工过程中不断积累和总结编程技巧，来满足数控加工的高效率、高精度的发展趋势。

2 数控加工自动编程简介

在机械加工中，数控加工的份额日益增加。由于传统数控加工依靠手工编程，效率低，易出错，加工对象简单，限制并影响了数控机床的应用，所以人们正逐步地由手工编程向自动编程转变。

随着计算机技术的迅猛发展，自动编程也逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD 集成的CAD/CAM 系统为主的编程方法。目前CAD/CAM 一体化集成形式的软件已成为数控加工自动编程系统的主流。这些软件可以采用人机交互方式对零件的几何模型进行绘制、编辑和修改，得到几何模型。然后对机床和刀具进行定义和选择，确定刀具相对于零件表面的运动方式、切削加工参数，便能生成刀具轨迹。最后经过后置处理，按照特定机床的编程格式生成加工程序单，这就是编程软件应用于自动编程技术的优势，方便快捷高效。

3 复合循环指令编程简介

3.1 外径粗车复合循环指令（G71）

（1）FANUCOi 数控车系统G71 指令格式如下：

（只能进行不带凹槽的并且外圆轮廓顺序变化的循环加工）其中，△d 表示每次半径方向的背吃刀量, 采用的是半径值；e 表示每次切削循环后的退刀量，采用半径值。ns 是要循环加工的第一个程序段号；nf 是要循环加工的最后一段程序段号；△u 表示X 轴加工方向留给精加工的余量；△w表示Z 轴方向留给精加工的余量；其精加工由相应独立的指令G70 P（ns）Q（nf）实现。

（2）华中世纪星HNC-21 系统G71 指令简化格式及参数含义：

G71 U（△d）R（e）P（ns）Q（nf）E（△u）F（△w）；（带凹槽格式）

其中，△d 指的是每次半径方向的背吃刀量,采用的是半径值；e 代表的是每次切削循环后的退刀量，采用半径值。ns是要循环加工的第一个程序段号；nf 是要循环加工的最后一段程序段号；△u 代表的是X 轴加工方向留给精加工的余量；△w 代表Z 轴方向留给精加工的余量。只是其精加工没有相对应的指令单独运行，需要操作者在编程时注意编写进去。

3.2 固定形状切削复合循环（G73）

（1）FANUCOi 数控车系统G73 指令格式如下：

其中，i 为X 轴方向退刀量的大小和方向（用半径值指定），该值是模态值；k 为Z 轴方向退刀量的大小和方向，该值也是模态值；d 为分层次数（粗车重复加工次数）；对于其余参数的意义，可以参考G71 指令的含义。

对于G73 复合循环指令，它主要是用于车削固定轨迹的轮廓。这种复合循环可以高效率地切削铸造成形、锻造成形或已粗车成形的工件。如果对不具备类似成形条件的工件采用G73 指令，则反而降低加工效率。

（2）华中世纪星HNC-21 系统G73 指令格式含义：

G73 U（Δi）W（Δk）R（r）P（ns）Q（nf）X（Δx）Z（Δz）F（f）S（s）T（t）；

该含义同FANUCOi 系统的指令含义相同，只是在格式上和加工形式上存在着一些差异，不影响使用者的操作。

实际使用中比较以上两种系统可以发现，目前数控加工系统应用最普及的FANUC 和华中数控系统的G71、G73 指令格式不同，内部参数的含义是大同小异的。但是在实际加工的过程中，华中的G71 指令可以代替FANUC的G73 指令，也就是说可以进行带有凹槽和凹曲面的复杂零件的加工，所以在编程的时候，还是需要根据操作者对加工零件的不同，合理选择相应的数控系统和编程方法来进行数控加工。

4 组合式编程方法的应用

针对复合循环指令的编程特点我们不难发现，复合循环所调用的只是需要加工的程序段，也就是直接按照工件轮廓编写的程序段，即精加工程序段，然后利用复合循环指令的循环加工过程去除大量的毛坯，那么在进行手工编程的时候会碰到形状非常复杂的零件，需要花费大量的时间去计算极点和宏运算，效率、精度均低。如果直接利用自动编程来进行编辑，还需要粗加工、精加工、后置参数处理等一系列步骤，最后生成的G 代码非常长，不容易修改。

针对这一缺点我们通过反复实验，创新一套把自动编程和复合循环指令相结合的“组合编程方法”来简化编程。

方法如下：利用CAXA 数控车进行自动编程的时候，把自动编程过程中的粗加工阶段去除，直接编写精加工程序和精加工的后置处理参数，然后把精加工自动生成程序段放入G71 或者G73 的Pns Qnf 程序段之间进行循环走刀，这样，既达到了粗加工的目的，又保证了精加工的精度控制，很好地避免了自动编程的这一缺点，大大提高了加工效率和编程速度，实现高精度、高效率的产品加工。

组合编程实例：我们加工的工件有椭圆和凹槽，给你选择的是一台华中世纪星HNC-21 系统、FANUCOi 数控车系统的数控车床，我们选择华中世纪星HNC-21 系统的G71 复合循环指令进行组合编程，工件如图1 所示。

图1 数控加工图纸

图2 精加工轨迹图

根据图1 我们充分了解加工零件的信息，尺寸考虑到其有抛物线存在，马上应该考虑到应用自动编程生成轨迹，按照组合编程的原理，只需要生成一个精加工的轨迹，然后选择其中对加工有用的G 代码和复合循环指令进行组合编程，又因其有凹槽存在，可考虑用华中世纪星HNC-21 系统G71 进行组合编程。从而简化FANUCOi 数控车系统的G73 指令编程的复杂性。设置好华中世纪星HNC-21 系统数控车后置参数后，生成轨迹如图2 所示。自动生成的代码如下：

只是生成了精加工的程序就如此长，加上粗加工程序将非常繁琐。而粗加工的目的是去除大量毛坯，之后才进行精加工，所以可以不需要自动编程的粗加工程序段直接提取程序段N18～N62 之间的程序，这样省掉了自动编程的粗加工阶段。

我们发现，自动编程的精加工程序已经把抛物线分成很多段圆弧进行链接，在整个生成代码的过程中不需要任何计算，非常方便。那么利用华中世纪星HNC-21 系统G71 进行组合编程，程序如下：

5 结 语

根据组合编程实例，我们发现利用复合循环指令结合自动编程技巧，可以把自动编程的粗加工阶段删除，利用G71 或G73 复合指令的功能，在一个程序段中就可以完成粗加工和精加工的转换和调用。操作非常容易，也确保了加工的效率和生产的精度，大大简化了程序段和编程所需要的时间，可以说通过组合式编程的方法确实解决了自动编程和手动编程存在的一些缺点，在今后的实验中我们要不断创新，研究更适合当今高精度高效率的数控加工编程方式和加工方法。

［1］ 张超英. 数控编程技术［M］. 北京：中央广播电视大学出版社，2008：13-14.

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［3］ 吴明友.数控车床（华中数控）考工实训教程［M］.北京：化学工业出版社，2006：134-137.

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［5］ 沈建峰，虞俊.数控车工（高级）［M］.北京：机械工业出版社，2006：131-139.