G71指令在數控車削加工中的應用

孫麗麗

(天津現代職業技術學院 天津 300350)

0 引 言

我國正從制造大國向創新強國轉變，機械零部件也在向高精尖方向發展。面對比較復雜的軸類零件，我們一般會考慮在數控車床上加工。[1]裝有FANUC系統的數控車床已普遍應用于各類大學、高等職業院校和中等職業院校的科研、試驗和實習實訓教學，以及企業的產品加工制造。在生產實際中，有許多加工量大且形狀較復雜的零件，若直接使用插補命令編程，效率較低，因此必須使用一些加工循環指令。FANUC系統的數控車床有 G70、G71和 G73等復合循環指令，其中 G71指令是外圓粗車復合循環指令，適合以棒料為毛坯且軸向和徑向尺寸單調遞增的軸類零件，同時該軸類零件上包含比較復雜的外圓、臺階、圓弧過渡等特征的輪廓。使用 G71指令編程，加工較方便且效率較高。這類零件只需按照輪廓編程，在程序中給出精加工走刀軌跡即可，這樣可以達到有效簡化程序的目的，最大限度地減少編程工作量。因此正確使用 G71指令是程序編制的關鍵，能夠正確應用該指令完成單件加工和批量加工對提高加工效率有著非常重要的意義。

1 G71指令格式及特點

1.1 G71外圓粗車復合循環指令格式

式中：Δd——背吃刀量，單邊切深；

c——每次循環退刀量；

ns——精加工輪廓程序段中開始段的段號；

nf——精加工輪廓程序段中結束段的段號；

Δu——留給X軸方向的精加工余量(直徑值)；

Δw——留給Z軸方向的精加工余量；

f——粗車時的進給量；

s——粗車時主軸轉速；

t——粗車時所用刀具。

注：G71指令必須要滿足零件輪廓X、Z方向單調遞增。

1.2 G71指令的特點

G71指令能夠減少編程工作量。對于有若干段臺階且表面特征比較復雜的軸類零件，使用棒料為毛坯，如果不采用G71 編程，程序中就會包括反復的進刀、退刀，加工中要提高效率，必須減少空走刀的時間，這就需要準確的計算切點。一旦切點計算錯誤，就可能造成過切，所以編程會非常繁瑣。而采用G71指令編程，在程序中只需指定粗加工背吃刀量、精加工余量、精加工路線，數控系統便能自動計算出粗加工路線和加工次數，完成粗加工，編程簡便，操作可靠。

同時，在批量加工中，采用 G71與 G70指令配合完成零件加工。G71指令只是完成粗車程序，雖然程序中編制了精加工程序，但目的只是為了定義零件輪廓，并不執行精加工程序，只有執行G70指令時才完成精車程序。[3]批量加工一般采用兩把車刀，在機床上安裝 01號粗車刀、02號精車刀。程序中采用G71指令粗車時調用T01(即01號粗車刀)，粗車過程中背吃刀量大，刀具磨損較大，不容易保證尺寸。G70指令精車時調用 T02(即 02號精車刀)，即使粗車刀在車削的過程中有磨損，尺寸偏大，但精車刀背吃刀量較小，相對磨損也較小，因此能比較精確地控制尺寸。

此外，加工中一般配合系統刀具補償中留加工余量控制工件尺寸。數控系統中有刀具補償功能，可以給每把刀都設定刀具補償值，即 X、Z方向的磨耗值，因此要控制尺寸，一般不需要改變程序里X、Z對應的數值，只需通過改動刀補X、Z方向的磨損值，就可以精確控制尺寸。例如，精加工完成后測量X方向外圓尺寸，比基本尺寸大了0.3,mm，只需將對應刀補里面 X方向的磨耗值減小 0.3,mm，再執行一遍精車程序，就能將尺寸車到位。

1.3 G71指令使用中的注意事項

采用復合固定循環 G71指令需設置一個循環起點，刀具按照數控系統安排的路徑一層一層以直線插補形式分刀車削成階梯形狀，最后沿著粗車輪廓車削一刀，然后返回到循環起點完成粗車循環。

零件輪廓必須符合 X、Z軸方向同時單調增大或單調減少，即不可有內凹的輪廓外形；精加工程序段中的第一指令只能用G00或G01，且不可有Z軸方向移動指令。

精加工輪廓程序首末兩段前必須加程序段號。

2 G71指令在批量生產和單件加工中使用的區別

2.1 G71指令在批量生產中的運用

在批量生產之前，做如下規定：①毛坯為一段φ40,mm 的鋁棒料，要車削成如圖 1所示的零件。②01號刀為粗車刀，02號刀為精車刀，它們在程序中的切削起點(或循環起點)不同。③進行對刀操作，將刀具補償輸入“刀具補正/幾何”界面對應的 X、Z中之后，在“刀具補正/磨耗”界面對應的磨耗值里，在01號刀X方向留0.3,mm的余量(即02號刀的加工余量)。④如圖1所示，剖面線區域是毛坯相對于成品的余量，是需要去除的材料。上會多出0.3,mm左右，長度會多出0.1,mm左右。

圖1 軸類零件加工示意圖Fig.1 Schematic drawing of axial part processing

②以FANUC 0i-TB 數控系統為例，執行下面的程序：

O0002；(程序名)

N10 G99 G97 M43；

N20 M03 S500；(啟動主軸)

N30 T0101；(調01號粗車刀，并調用01號刀補)

N40 G00 X41.0 Z3.0；(快速移動至粗車刀切削起點)

/N50 G71 U1.5 R0.5；(調用外圓車削復合循環指令)

/N60 G71 P70 Q170 U0 W0 F0.2；(指定參數)

N70 G00 X16.0；(從N70到N170之間為精車輪廓切削路線)

N80 G01 Z0 F0.1；(此處必須指定精車進給量)

N90 X17.99 Z-1.0；

N100 Z-20.0；

N110 X26.0；

N120 X27.99 W-1.0；

采用FANUC 0i-TB數控系統，程序如下：

O0001；(程序名)

N10,G99,G97 M43；

N20 M03 S500；(啟動主軸)

N30 T0101；(調01號粗車刀，并調用01號刀補)

N40 G00 X41.0 Z3.0；(快速移動至粗車刀切削起點位置)

N50 G71 U1.5 R0.5；(調用外圓車削復合循環指令)

N60 G71 P70 Q170 U0.5 W0.2 F0.2；(指定參數)

N70 G00 X16.0；(從N70 到N170 之間為精車輪廓切削路線)

N80 G01 Z0 F0.1；(此處必須指定精車進給量)

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，避免調其他刀具時發生干涉，主軸停轉)

N190 M00；(程序暫停)

N200 M03 S800；(啟動主軸)

N210 T0202；(調02號精車刀，并調用02號刀補)

N220 G00 X18.0 Z1.0；(快速移動至精車刀切削起點位置)

N230 G70 P70 Q170；(精車整個輪廓)

N240 G00 X100.0 Z100.0 M05；(快速退刀至安全位置，主軸停轉)

N250 M30；(程序結束)在批量加工時，只要控制好 02號刀的刀具補償值，每次加工棒料伸出長度與第一件相同，裝夾好后就無需再對刀。每加工幾件后測量工件尺寸，如果測得實際尺寸超過A值，就在“刀具補正/磨耗”界面中對應 02號刀的磨耗值減小 A值。一般不需要改動程序中的內容，再重新執行精車程序，就能夠有效保證零件加工尺寸。

2.2 G71指令在單件加工中的應用

數控機床在單件和小批量零件加工中也具有很大優勢。在進行單件復雜軸類零件的加工時，為了便于操作，減少對刀次數和時間，通常選擇一把外圓車刀完成粗車和精車。加工中通過修改刀具補償值來保證零件尺寸，具體操作步驟如下：

①將 01號刀對好之后，在“刀具補正/磨耗”界面中 01號刀的刀具補償值 X與 Z里面留加工余量，X方向留0.3,mm，Z方向留 0.1,mm。編寫程序，在“G71,P(ns)Q(nf)U(Δu)W(Δw) F(f)S(s)T(t)”程序段中，Δu 的值為 0，Δw 也為0，即在執行G71指令時不為X和Z留余量，余量被“刀具補正/磨耗”界面中的數值代替。程序運行完后，直徑尺寸理論

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，主軸停轉)

N190 M30(程序結束)③執行完上面的O0002程序后，測量任意一段外圓尺寸，與其理論值進行比較。假如超過 A值，則在 01號刀的“刀具補正/磨耗”X里面減小A值；假如小于A值(注意：A值必須小于或等于 0.3，否則就是廢品)，則在 01號刀的“刀具補正/磨耗”界面中X里面增加A值，同時把Z的磨耗改為0。

④精車前將機床操作面板上的跳步指令按鈕按下，指示燈亮，然后運行O0002程序。這時程序中 G71指令前的跳步指令“/”起作用，這兩個程序段跳過不執行，只沿最終輪廓車削一刀，很快完成工件的加工，并且符合尺寸精度要求。

3 結 語

FANUC數控系統中的G71指令在實際生產中應用廣泛，只要記牢 G71指令格式及其在使用中應注意的事項，使用G7l指令便可以有效簡化手工編程的工作量，提高生產效率。■

［1］何超，張天勇.數控指令 G71的不同使用方法探討[J].科技視界，2014(22)：89-90.

［2］蔣建強.數控加工技術與實訓[M].北京：電子工業出版社，2006.

［3］數控編程說課稿復合循環指令 G71-說課吧[EB/OL].2014-11-21，http://www.shuoke8.cn/article/shuoke6476.html.