G71指令在数控车削加工中的应用

2015-10-18孙丽丽

天津科技 2015年2期

孙丽丽

(天津现代职业技术学院天津 300350)

0 引言

我国正从制造大国向创新强国转变，机械零部件也在向高精尖方向发展。面对比较复杂的轴类零件，我们一般会考虑在数控车床上加工。[1]装有FANUC系统的数控车床已普遍应用于各类大学、高等职业院校和中等职业院校的科研、试验和实习实训教学，以及企业的产品加工制造。在生产实际中，有许多加工量大且形状较复杂的零件，若直接使用插补命令编程，效率较低，因此必须使用一些加工循环指令。FANUC系统的数控车床有 G70、G71和 G73等复合循环指令，其中 G71指令是外圆粗车复合循环指令，适合以棒料为毛坯且轴向和径向尺寸单调递增的轴类零件，同时该轴类零件上包含比较复杂的外圆、台阶、圆弧过渡等特征的轮廓。使用 G71指令编程，加工较方便且效率较高。这类零件只需按照轮廓编程，在程序中给出精加工走刀轨迹即可，这样可以达到有效简化程序的目的，最大限度地减少编程工作量。因此正确使用 G71指令是程序编制的关键，能够正确应用该指令完成单件加工和批量加工对提高加工效率有着非常重要的意义。

1 G71指令格式及特点

1.1 G71外圆粗车复合循环指令格式

式中：Δd——背吃刀量，单边切深；

c——每次循环退刀量；

ns——精加工轮廓程序段中开始段的段号；

nf——精加工轮廓程序段中结束段的段号；

Δu——留给X轴方向的精加工余量(直径值)；

Δw——留给Z轴方向的精加工余量；

f——粗车时的进给量；

s——粗车时主轴转速；

t——粗车时所用刀具。

注：G71指令必须要满足零件轮廓X、Z方向单调递增。

1.2 G71指令的特点

G71指令能够减少编程工作量。对于有若干段台阶且表面特征比较复杂的轴类零件，使用棒料为毛坯，如果不采用G71 编程，程序中就会包括反复的进刀、退刀，加工中要提高效率，必须减少空走刀的时间，这就需要准确的计算切点。一旦切点计算错误，就可能造成过切，所以编程会非常繁琐。而采用G71指令编程，在程序中只需指定粗加工背吃刀量、精加工余量、精加工路线，数控系统便能自动计算出粗加工路线和加工次数，完成粗加工，编程简便，操作可靠。

同时，在批量加工中，采用 G71与 G70指令配合完成零件加工。G71指令只是完成粗车程序，虽然程序中编制了精加工程序，但目的只是为了定义零件轮廓，并不执行精加工程序，只有执行G70指令时才完成精车程序。[3]批量加工一般采用两把车刀，在机床上安装 01号粗车刀、02号精车刀。程序中采用G71指令粗车时调用T01(即01号粗车刀)，粗车过程中背吃刀量大，刀具磨损较大，不容易保证尺寸。G70指令精车时调用 T02(即 02号精车刀)，即使粗车刀在车削的过程中有磨损，尺寸偏大，但精车刀背吃刀量较小，相对磨损也较小，因此能比较精确地控制尺寸。

此外，加工中一般配合系统刀具补偿中留加工余量控制工件尺寸。数控系统中有刀具补偿功能，可以给每把刀都设定刀具补偿值，即 X、Z方向的磨耗值，因此要控制尺寸，一般不需要改变程序里X、Z对应的数值，只需通过改动刀补X、Z方向的磨损值，就可以精确控制尺寸。例如，精加工完成后测量X方向外圆尺寸，比基本尺寸大了0.3,mm，只需将对应刀补里面 X方向的磨耗值减小 0.3,mm，再执行一遍精车程序，就能将尺寸车到位。

1.3 G71指令使用中的注意事项

采用复合固定循环 G71指令需设置一个循环起点，刀具按照数控系统安排的路径一层一层以直线插补形式分刀车削成阶梯形状，最后沿着粗车轮廓车削一刀，然后返回到循环起点完成粗车循环。

零件轮廓必须符合 X、Z轴方向同时单调增大或单调减少，即不可有内凹的轮廓外形；精加工程序段中的第一指令只能用G00或G01，且不可有Z轴方向移动指令。

精加工轮廓程序首末两段前必须加程序段号。

2 G71指令在批量生产和单件加工中使用的区别

2.1 G71指令在批量生产中的运用

在批量生产之前，做如下规定：①毛坯为一段φ40,mm 的铝棒料，要车削成如图 1所示的零件。②01号刀为粗车刀，02号刀为精车刀，它们在程序中的切削起点(或循环起点)不同。③进行对刀操作，将刀具补偿输入“刀具补正/几何”界面对应的 X、Z中之后，在“刀具补正/磨耗”界面对应的磨耗值里，在01号刀X方向留0.3,mm的余量(即02号刀的加工余量)。④如图1所示，剖面线区域是毛坯相对于成品的余量，是需要去除的材料。上会多出0.3,mm左右，长度会多出0.1,mm左右。

图1 轴类零件加工示意图Fig.1 Schematic drawing of axial part processing

②以FANUC 0i-TB 数控系统为例，执行下面的程序：

O0002；(程序名)

N10 G99 G97 M43；

N20 M03 S500；(启动主轴)

N30 T0101；(调01号粗车刀，并调用01号刀补)

N40 G00 X41.0 Z3.0；(快速移动至粗车刀切削起点)

/N50 G71 U1.5 R0.5；(调用外圆车削复合循环指令)

/N60 G71 P70 Q170 U0 W0 F0.2；(指定参数)

N70 G00 X16.0；(从N70到N170之间为精车轮廓切削路线)

N80 G01 Z0 F0.1；(此处必须指定精车进给量)

N90 X17.99 Z-1.0；

N100 Z-20.0；

N110 X26.0；

N120 X27.99 W-1.0；

采用FANUC 0i-TB数控系统，程序如下：

O0001；(程序名)

N10,G99,G97 M43；

N20 M03 S500；(启动主轴)

N30 T0101；(调01号粗车刀，并调用01号刀补)

N40 G00 X41.0 Z3.0；(快速移动至粗车刀切削起点位置)

N50 G71 U1.5 R0.5；(调用外圆车削复合循环指令)

N60 G71 P70 Q170 U0.5 W0.2 F0.2；(指定参数)

N70 G00 X16.0；(从N70 到N170 之间为精车轮廓切削路线)

N80 G01 Z0 F0.1；(此处必须指定精车进给量)

N90 X17.99 Z-1.0；

N100 Z-20.0；

N110 X26.0；

N120 X27.99 W-1.0；

N130 Z-50.0；

N140 X34.99；

N150 G03 X38.99 W-2.0 R2.0；

N160 G01 Z-80.0；

N170 X41.0；

N180 G00 X100.0 Z100.0 M05；(快速退刀到安全位置，避免调其他刀具时发生干涉，主轴停转)

N190 M00；(程序暂停)

N200 M03 S800；(启动主轴)

N210 T0202；(调02号精车刀，并调用02号刀补)

N220 G00 X18.0 Z1.0；(快速移动至精车刀切削起点位置)

N230 G70 P70 Q170；(精车整个轮廓)

N240 G00 X100.0 Z100.0 M05；(快速退刀至安全位置，主轴停转)

N250 M30；(程序结束)在批量加工时，只要控制好 02号刀的刀具补偿值，每次加工棒料伸出长度与第一件相同，装夹好后就无需再对刀。每加工几件后测量工件尺寸，如果测得实际尺寸超过A值，就在“刀具补正/磨耗”界面中对应 02号刀的磨耗值减小 A值。一般不需要改动程序中的内容，再重新执行精车程序，就能够有效保证零件加工尺寸。

2.2 G71指令在单件加工中的应用

数控机床在单件和小批量零件加工中也具有很大优势。在进行单件复杂轴类零件的加工时，为了便于操作，减少对刀次数和时间，通常选择一把外圆车刀完成粗车和精车。加工中通过修改刀具补偿值来保证零件尺寸，具体操作步骤如下：

①将 01号刀对好之后，在“刀具补正/磨耗”界面中 01号刀的刀具补偿值 X与 Z里面留加工余量，X方向留0.3,mm，Z方向留 0.1,mm。编写程序，在“G71,P(ns)Q(nf)U(Δu)W(Δw) F(f)S(s)T(t)”程序段中，Δu 的值为 0，Δw 也为0，即在执行G71指令时不为X和Z留余量，余量被“刀具补正/磨耗”界面中的数值代替。程序运行完后，直径尺寸理论

N130 Z-50.0；

N140 X34.99；

N150 G03 X38.99 W-2.0 R2.0；

N160 G01 Z-80.0；

N170 X41.0；

N180 G00 X100.0 Z100.0 M05；(快速退刀至安全位置，主轴停转)

N190 M30(程序结束)③执行完上面的O0002程序后，测量任意一段外圆尺寸，与其理论值进行比较。假如超过 A值，则在 01号刀的“刀具补正/磨耗”X里面减小A值；假如小于A值(注意：A值必须小于或等于 0.3，否则就是废品)，则在 01号刀的“刀具补正/磨耗”界面中X里面增加A值，同时把Z的磨耗改为0。

④精车前将机床操作面板上的跳步指令按钮按下，指示灯亮，然后运行O0002程序。这时程序中 G71指令前的跳步指令“/”起作用，这两个程序段跳过不执行，只沿最终轮廓车削一刀，很快完成工件的加工，并且符合尺寸精度要求。