加有維，栗茂林，李黨超，張 銘

(西安交通大學 實踐教學中心(工程坊)，陜西 西安 710049)

0 引言

在長期數(shù)控編程的教學實踐中，指導學生學習復合循環(huán)指令可極大地簡化編程強度，提高編程效率，因此需要指導學生掌握數(shù)控編程的技巧，了解復合循環(huán)指令的適用范圍和應用特點[1]。

G71內外圓粗車復合循環(huán)指令是數(shù)控車床編程中經(jīng)常使用的循環(huán)指令之一，編程時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遞增或內輪廓單調遞減，適用范圍受到了局限[3]；II型則可以巧妙應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，所以在教學中較少被介紹甚至被忽視。

西安交通大學工程坊提供給學生實習使用的數(shù)控車床為廣州機床廠生產(chǎn)的數(shù)控車床，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遞增或單調遞減，只要是如圖2所示的沿Z軸為單調變化的形狀即可，可加工凹槽，且最多可有20個凹槽。但需要注意，對于如圖3所示的Z軸方向為非單調變化的零件，使用該指令時系統(tǒng)將會產(chǎn)生報警。

圖1 單調變化的輪廓

圖2 Z軸單調變化的零件 圖3 Z軸非單調變化的零件

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，無符號，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和最后一個程序段的順序號；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為主軸轉速；T為刀具、刀偏號。

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、進刀與退刀量等自動計算粗加工路線和加工次數(shù)，完成各表面的粗加工；用與Z軸平行的動作進行切削，對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

G71 II型指令的加工軌跡如圖4所示，具體如下：①指令運行前刀具先到達循環(huán)起點A；②指令運行中刀具依據(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輪廓連續(xù)走刀，留有精車余量Δu和Δw；④指令結束后，刀具自動返回循環(huán)起點。

圖4 G71 II型指令的加工軌跡

從加工軌跡可以看出：從起點A點出發(fā)，先逐層完成最大外輪廓及前端單調輪廓，然后完成中間的凹槽和后端凹槽。由此可見，G71 II型是在G71 I型基礎上的補充，完成單調遞增外輪廓加工的基礎上，逐個實現(xiàn)多個凹槽的加工，最終實現(xiàn)凹凸外形的全部加工。

使用G71 II型指令時的注意事項：①在G71循環(huán)中，順序號NS～NF之間程序段中的F、S、T功能都無效，G71程序段或以前指令的F、S、T有效，順序號NS～NF之間程序段中的F、S、T只對G70代碼循環(huán)有效；②循環(huán)的起點不宜太遠，以減少空行程，提高加工效率；③NS～NF程序段中不能調用子程序；④精車余量只能指定X方向的u值，Z方向上的w值最好為0，如果w值不為0，則會使整個加工軌跡發(fā)生偏移，出現(xiàn)如圖5所示的過切現(xiàn)象；⑤在A至A′間順序號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)兩個軸，當Z軸不移動時也必須指定w為0。需特別注意的是，I型在A至A′間順序號NS的程序段中，不能出現(xiàn)Z軸的運動指令，否則會出現(xiàn)程序報警，這也正是G71指令I型與II型編程時的區(qū)別。

圖5 產(chǎn)生過切的G71 II型加工軌跡

2 應用實例

在GSK980TB3數(shù)控車床上加工如圖6所示的凹槽零件，材料為LY16鋁棒，毛坯直徑為35 mm。使用G71 II型復合循環(huán)指令，可巧妙地實現(xiàn)零件加工。編制的程序如下：

圖6 凹槽零件圖

O0002；

N10 G0 X100 Z200；(快速移動至換刀點)

N20 T0101 M3 S800；(主軸正轉、換外圓車刀)

N30 G0 X38 Z2；(快速移動至循環(huán)起點)

N40 G71 U1 R0.5；(粗車循環(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(防止過切))

N60 G0 X14 W0；(精車路線起始行，必須指定Z值(注意事項第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；(精車路線結束行)

N170 G70 P60 Q160；(精加工循環(huán))

N180 G0 X100 Z200；(刀具退回換刀點)

N190 M5；(主軸停止)

N200 M30；(程序結束)

利用程序進行仿真加工和實際加工，加工如圖7、圖8所示。使用復合循環(huán)指令簡化了編程代碼，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 實際加工效果

針對圖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內外圓粗車加工循環(huán)指令G71 I型配合單一指令G01/G00來實現(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，對于毛坯是棒料時，使用方式①加工會造成太多的空走刀，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，由于每一層軌跡的基點(切點、圓心等)都必須加以計算，編程繁瑣、計算難度大。

3 結語

在數(shù)控編程時，針對零件特點進行工藝分析，選擇合適的加工指令。復合循環(huán)指令的使用大大簡化了數(shù)控編程，提高了編程的效率，增加了程序的可讀性。通過對內外圓粗車循環(huán)指令G71 I型和II型的對比分析，可見G71 II型指令的巧妙使用，極大地補充了G71 I型指令使用的不足，避免了程序冗長和空走刀的現(xiàn)象，在實際應用中達到了事半功倍的效果。