巧用G71和G73指令编程的方法与技巧

DO I : 10． 3969 / j . i ss n . 1001 － 3881. 2012. 14. 043
巧 用 G71 和 G73 指令编程的方法与技巧
王身海
( 杭州电子科技大学机械工程学院，浙江杭州 310018)
摘要: 在数控加工过程中，受切削力、切削温度以及摩擦力和塑性变形的影响，零件尺寸可能不符合公差要求。

为解 决此问题，分析了 G71、G73 指令的成形原理，提出通过控制零件各部位的精加工余量相同、可使零件满足尺寸要求的方 法。

并具体说明了精加工余量的计算方法。

关键词: 粗加工循环指令; 精加工余量 中图分类号: TG659
文献标识码: A
文章编号: 1001 － 3881 ( 2012) 14 － 126 － 4
一个国家的国民经济与现代化是随着科学技术的 发展而不断发展的。

由于数 控 机 床 是 应 用 了 计 算 机、 自动控制、自动检测及精密机械的高新技术产物，所 以世界各国的制造业广泛采用数控技术。

数控技术是 用数字信息对机械运动和工作过程 进 行 控 制 的 技 术。

在加工时，控制介质上的数码信息输入数控机床控制 系统后，控制系统对输入信息进行运算与控制，完成 零件的切削加工任务。

当今世界各国的数控技术正朝 着高性能、高精度和高速度发展。

但是在实际加工过 程中，由于 受 切 削 力、切 削 深 度 以 及 切 削 温 度 的 影 响，加工出来的零件尺寸会不符合其公差要求。

作者 针对这个原因，进行了分析，在实践运用中初步掌握 了一些特性。

顺序号; Δu 、Δw 分别为 x 方 向 和 z 方向的精加工余 量 ( x 方向的精加工余量为直径值) 。

图 1 外圆粗加工循环
而 G73 则是固 定形状粗车加工循 环 指 令， 它 是 按照一定的切削形状逐渐地靠近最终形状，即每一次 切削都按照零件给定的一定的切削形状进行，最后留 下精加工的余量，如图 2 所示。

而 G70 则是精加工循 环指令，用于 G71、G73 之后的最后精加工。

1 编制格式
首先来了解一下手工编程指令 G71 和 G73。

G71 指令是数控车床上外圆粗加工循环指令，在 编程时只需要把精加工路线和粗加工上的背吃刀量写 入程序中，系统就会自动计算出粗加工路线和加工的 次数，然后系统就会控制自动进行平行于 z 轴方向上 的多次切削加工，最后留下精车的切削余量。

G71 指令用于切 除 棒 料 毛 坯 的大部分加工余量， 格式为:
G71 U ( Δd ) R ( e )
G71 P ( n s ) Q ( n f ) U ( Δu ) W ( Δw ) F ( f ) 或 G71 P ( n s ) Q ( n f ) U ( Δu ) W ( Δw ) D ( Δd ) F ( f ) S ( s )
图 2 固定形状粗加工循环
G73 指令适合加工铸件和锻造成型类的零件，格 式为:
G73 U ( i ) W ( k ) R ( d )
如图 1 所示，刀具起始点为 A ，在这段程序中指 定了由 A →A '→ B 的精加工路线。

设 Δx 、Δz 分别为 下刀点 A 的 x 坐 标 值 和 z 坐 标 值。

Δd 为 背 吃 刀 量 和 退刀量 ( 半径值) ，该量无正负号，刀具的切削方向 G73 P ( n s ) Q ( n f ) U ( Δu ) W ( Δw ) F ( f ) 取决于 AA '方向; e 为退刀量，可由参数设定; n s 、n f 或 G73 P ( n s ) Q ( n f ) U ( Δu ) W ( Δw )
分别为精加工程序段中的开始程序段和结束程序段的
·127·
第 14 期
王身海: 巧用 G71 和 G73 指令编程的方法与技巧 D ( d ) F ( f ) S ( s )
如图 2 所示，设 Δx 、Δz 分别为下刀点 D 的 x 坐 标值 和 的 z 坐 标 值。

i 为 x 轴上的总退刀量 ( 半 径 值) ; k 为 z 轴 上 的 总 退 刀 量; d 为 重 复 加 工 的 次 数。

ns 、nf 分别为精加工程序段中的开始程序段和结
束程 序段的顺序号; Δu 、Δw 分 别 为 x 方 向 和 z 方 向 的 精 加工余量 ( x 方向的精加工余量为直径值) 。

2 编制分析与运用
G71 指令是用于切除棒料毛坯的大部分加工余量 图 3 外圆台阶
( x a 3 － x a 1 ) /2 = i
的数车 粗 加 工 循 环 指 令。

在 使 用 G71 指 令 的 时 候， 只需要指定循环指令上的起始点坐标值位置参数、粗 加工背吃刀量参数、精加工余量参数和精加工程序中 的第一条程序段的顺序号和最后一条程序段的顺序号 就可以了，系统就会自动计算出粗加工路线和加工次 数，就能完成粗车轮廓的加工。

在设置循环指令的起 始点坐标位置时，经常强调起始点坐标位置应比毛坯 直径大 1 ～ 2 mm ，离零件右端面 2 ～ 3 mm 。

轴类机械 零件一般都 有 多档尺寸所组成，每一档的尺寸 都 不 同，如图 3 所示，该零件含有 x a 3 、x a 2 和 x a 1 尺 寸，而 且还有公差要求。

如果按照基本尺寸编程，而不考虑 公差带位置的影响，加工出来的零件就会出现尺寸不 符合要求的现象。

则首先应考虑是机床问题还是参数 的设置问题。

因为数控机床本身的精度很高而且它的 重复定位精度也很高，很容易保证尺寸的一致性，那 问题就出在参数的设置上。

由于在计算机上是人为加 入参数进行运算和控制的; 另外，切削加工时，在刀 具的作用下，会产生强塑性变形和摩擦力。

为了解决 这个问 题， 首 先 来 了 解 一 下 G71 指令的运行轨迹， 如图 1 所示，x 坐标值方向的切削量参数是给出的背 吃刀量加退刀量，利用固定循环功能来切除余量，每 次的切削量都相同，直到加工完毕。

停机后测量会发 现尺寸有误差。

问题出在那里呢? 轴类机械零件由多 档尺寸档所 组 成，而 G71 采 用 固 定 循 环 功 能 指 令 来 切除余量，每次的切削量都相同，但到最后留给精加 工的余量就不相 同，由 于在精加工过程中，切 削 力、 切削深度及切削温度不同，加工出来的零件就不符合 尺寸公差要求了。

怎样解决这个问题呢? 最后留给精 加工的余量要相 同，这 样，由于切削过程中切 削 力、 切削深度和切削温度都相同，切削出的尺寸也就相同 了，可以通过计算求出精加工余量。

由图 3 可知，一加工零件中含有 x a 3 、x a 2 和 x a 1 直 径档尺寸，x a3 为 零 件 中 的 最 大 的 一 档 直 径 尺 寸，而 x a 1 是零件中的最小一档直径尺寸，用 x a 3 减掉 x a 1 就是 总的切削量。

实际加工过程中，数控车床上是回转体 零件加工，由 i 表示单边值，如图 3 所示，按式 ( 1) ( 1)
在普通车床上加工零件，每次切削量在 1 ～ 2 mm ( 单边值) ，在数 控 车 床 上 加 工 是 采 用 G71 固 定 循 环 功能指令来对回转体零件进行切削加工，利用固定的 参数来分割余量尺寸完成对零件的切削加工。

根据实 际加工过程中零件尺寸、材料、切削速度以及进给量 来选择切削深度，由 Δd 表示，如图 1、4 所示，按式 ( 2) 可得:
i / d = Δd
( 2)
图 4 G71 线路轨迹
在 G71 的每次 固定切削循环过程中， 刀 具 退 刀 过程中会引起刀具磨损，所以要给一个退刀量，一般 在 0. 5 mm 左右，由 e 表示。

最后根据零件的材料、表面粗糙度和精度要求来 选择精加工的余量，一般余量为 0. 3 ～ 0. 4 mm 。

由图 1 中 Δu 来表示。

如图 1、3、4 所 示，通 过 式 ( 1) 、 ( 2 ) 求 得 参 数 i 、Δd ，就 能 找 到 G71 循环指令的起刀点的 Δx ，
它由零件中最 大 直 径 尺 寸 加 上 G71 指 令 中 的 背 吃 刀 量 Δd 、退刀量 e 和精加工余量 Δu ( Δd 、e 、Δu 为半 径值，要乘 2) ，按式 ( 3) 求得:
x a 3 + ( Δd + e + Δu) × 2 = Δx
( 3)
通过上 面的公式计算求得了 G71 指 令 的 参 数， 可进行编 程 加 工 了，但是如不灵活 使 用 指 令运 行 轨 迹，在实际加工过程中就会出问题。

下面通过实例来 说明，在实际加工中如何合理地使用循环指令。

如图
·128·
机床与液压
第 40 卷
般为 1 ～ 2 mm 。

总退刀量 i 除以切削深度 Δd 为分刀 次数，用 d 表示，如图 2 所示，由式 ( 5) 求得:
( 5) i / Δd = d
Δu 为精加工的余量，一般为 0. 3 ～ 0. 35 mm 。

切削深度 Δd 加 上 精 加 工 余 量 Δu 就 是 零 件 中 最 大直径的 加 工 余 量，用 x p 表 示，如 图 5 所 示，按 式 ( 6) 求得:
( Δd × 2) + ( Δu × 2) = x p
( 6)
如图 6 所示，x a2 为加工的零件中最大直径值，由 ( 6) 式 求得 x p 为最大直径的加工余量。

两值相加为 毛坯尺寸，用 x a b 表示，由式 x a 2 + x p = x a b
( 7) 求得:
( 7) 计算出 x 向 总 退 图 5 程序流程图一
而 G73 则 是 固 定 形 状 粗 车 加 工 循 环 指 令，它 是 按照一定形状进行切削的循环指令。

该指令可重复执 行一个具有逐渐偏移的固定切削模式，适用于基本铸 件或锻件的高效率加工。

G73 指令是仿形切削复合循环指令，它按照一定 的切削形状逐渐地靠近最终形状，即每一次切削一定 的切削量，直到最后留下精加工余量。

在进行小批量 成形零件加工生产过程中，不可能采用铸造和锻造成 形的工件加工，一般采用棒料材料进行加工。

但是采 用棒料材料加工费时，一般在采用 G73 指令编程时， 先采用 G71 指 令 切 除 多 余 余 量，然 后 再 采 用 G73 指 令加工成形部 份。

采 用 G73 指 令 编 程 时， 也 要 给 出 一个起刀点坐标位置，如图 2、6 所示由 D 表 示，然 后给出 x 向 总 退 刀 量 i ( 半 径 值 ) 、分 割 次 数 d 以 及 精加工的预留量 Δu ( 半径值) 。

如图 6 所示，由式 ( 4) 、 ( 7) 刀量 i' ( 为半径值) 、零件毛坯尺寸 x 以及精加工余
a b 量 Δu '，只要把毛坯尺寸加上总退刀量 i ' 以及图 2 所 示的总退刀量加精加工 余 量 Δu ' ( Δu ' = i + Δu × 2 ) 就 是 x 方向的下刀点坐标位置，由 Δx 表示，由式 求得:
( 8) + i '
× 2 + ( i + Δu × 2) = Δx x ( 8)
a b
用棒料加 工 球 头 零 件 时，可 先 采 用 G71 指 令 如 图 7 所示的 1 号刀的轨迹来去除大部分余量，再用 2 号刀、采用 G73 指 令 加 工 成 形 部 份，这 样 可 减 少 加 工次数。

程序流程图如图 8 所示。

图 7 G71 和 G73 线路轨迹
图 6 成形零件简图
但是这个起刀 位 置 在 什 么 地 方 呢 如 图 6 所 示，
x a 2 是零件中最 大 的 直 径 尺 寸，而 x a 1 是 零 件 中 最 小 的
直径尺寸，最大的直径尺寸 去 减 掉 最 小 的 直 径 尺 寸，
就是 x 向总 退 刀 量，如 图 2 所 示，要 除 以 2，用 i 表 示，为半径值，由式 ( x a 2 － x a 1 ) /2 = i
( 4) 求得:
( 4)
加工零件中要分割几 次 才 能 对 零 件 进 行 切 削 呢
·129·
第 14 期
王身海: 巧用 G71 和 G73 指令编程的方法与技巧 【4】邵俊鹏． 机床数控技术
［M ］． 哈 尔 滨: 哈尔滨工业大学 出版社，
1996． 【5】程叔重． 数控机床及其程序编制［M ］． 杭州: 浙江大学出
版社，
2003． 【6】杨 继 昌． 数 控 技 术 基 础［M ］． 北 京: 化 学 工 业 出 版 社，
2004． 【7】刘雄伟． 数控加工理论与编程技术［M ］． 北京: 机械工业
出版社，
2006． 【8】王爱玲． 数控机床结构及应用［M ］． 北京: 机械工业出版
社，
2009． 【9】左敦稳． 现代 加 工 技 术
［M ］． 2 版． 北 京: 北 京 航 空 航 天 大学出版社，
2009． 3 结束语
通过在数控机床上加工证明: 利用好技巧，不但 能增强产品的质量稳定性，而且也能提高生产 效 率。

作者体会 到，操作先进加工 设 备 时， 需 要 不 断 地 学
习、认真地分析和多动脑、勤动手，这样才能更好地 利用先进设备来提高生产效率和实现长期的稳定的生
产质量。

参考文献:
【1】熊熙． 数控加工与计算机辅助制造及实训指导［M ］． 北
京 : 中国人民大学出版社，
2000． 【2】程叔重． 数控加工工艺［M ］． 杭州: 浙江大学出版社，2003． 【3】邓文英． 金属工艺学［M ］． 北京: 高等教育出版社，1997．
( 上接第 119 页)
【13】曲选辉，温宏宇，敖晖，等． 粉末注射成形过程计算机模
拟研究
［J ］． 材料工程，2000，( 6) : 33 － 36． 【14】LACO C C A R C ，GERMAN R M ． The E xp e r i m e nt a l E v o l u-
t i o n of D i e C o mp ac t i o n L ub r i ca nt s U s i n g D e t e r m i n i s t i c Cha os Th eo r y ［J ］． Powder T ec hn o l og y ，1999，102: 253． 【15】MO R I K ，O S AKA D A K ． F i n i t e E l e m e nt S i mu l a t i o n of Je t-
t i n g B e h a v i o u r in M e t a l I n j ec t i o n M o l d i n g U s i n g R e m es h- i n g Sc h e m e ［J ］． F i n i t e E l e m e nt s in A n a l y s i s and D es i g n ， 1997，25( 3 /4) : 319 － 330．
【16】XU Yan ，YU NG K a i -L e un g ，NG H a i -P a n g ． S tud i e s on th e
So li d C o nv e y i n g P r ocess in M i c r o I n j ec t i o n M o l d i n g M a - c h i n e ［J ］． M a t e r i a l s Sc i e n ce F o r um ，2007，532 /533: 620 － 623．
【17】李志平，严正，陈占春． 注射成型的微型化: 微注射成型
技术
［J ］． 塑料工业，2004，32( 5) : 23 － 25． 【18】ROTA A ，D UO NG T V ，HARTWIG T ． M i c r o Powder M e -
t a ll u r g y for the R e p li ca t i v e P r o du c t i o n of M e t a lli c M i c r o - s t r u c tu r es ［J ］． M i c r os y s t e m T ec hn o l og y ，2002，8 ( 4 /5 ) : 323 － 325． 【19】Fu G ，L o h N H ，T o r S B ，et a l ． A V a r i o th e r m M o l d for Mi -
cro M e t a l I n j ec t i o n M o l d i n g ［J ］． M i c r o s y s t e m T ec hn o l og y ， 2005，11( 12) : 1267 － 1271．
【20】P I OTT ER V ，GUBER A E ，HECKELE M ，et a l ． M i c r o
M o u l d i n g of M e d i ca l D e v i ce C o mp o n e nt s ［J ］． Bu s n e ss B r i e f i n g : M e d i ca l D e v i ce M a nuf ac tu r i n g ＆ T ec hn o l o g y ， 2004( 1) : 60 － 67．
【21】李益民，李云平． 金属注射成形原理与应用
［M ］． 长沙: 中南大学出版社，
2004: 18． 【22】K N I G H T S M i k e ll ． I n j e c t i o n M o l d i n g Research Targets Mi-
c r o m o l
d i n g ，S i n k s ＆ F oa m s ［J ］． P l as t i cs T ec hn o l og y ，
2006，52( 10) : 443 － 448．
( 上接第 125 页)
一，高速电机和高速切削刀具技术成为我国高速切削 技术发展的瓶颈，国内高速切削技术 取 代 传 统 的 加 工 技术还需要很长的时间。

( 4) 随着纳米时代的到来，微注射成型已 成 为 注 塑模具产业的热点问题。

脱模问题、微注射新材料、微 制品结构和性能间的关系将成为微注射技术的重点研 究方向。

( 5) C A D / CAE 技术 强 有力地推动了模具 业 的 发 展，随着模具设计的标准化，模具零件标准库的建立将 成为三维软件开发的重要任务。

参考文献:
【1】赵晓冬． 先进制造技术在我国发展状况 的 分 析［J ］． 装
备制造技术，
2010( 2) : 131 － 133． 【2】金淘，童水光． 逆向工程技术［M ］． 北京: 机械工业出版
社，
2003． 【3】成丽霞． 反求与快速成型技术在模具制造中的应用
［J ］． 石河子科技，2010( 5) : 35 － 37．
【4】杨守滨． 浅谈注塑模具先进制造关键 技 术 的 发 展［J ］．
科技创新导报，2008( 2) : 78．
【5】姜爱 菊，吴 宏 武． 微注射成型的 最 新 进 展［
J ］． 塑 料 工 业，
2008，36( 8) : 1 － 4． 【6】戴亚春． 对微注射成型浇注系统与微制件熔接缝形成的
CAE 模拟［D ］． 镇江: 江苏大学，2006．
【7】LEE K ，P r i n c i p l e s of C A D / C A M / C AE S y s t e m s ［M ］． N e w
Je r se y : A dd i so n-W es l e y ，1999．
【8】曹炜，曾忠，李 合 生． 快 速 成 形技术及其发展趋 势［J ］．
机械设计与制造，2006( 5) : 104 － 106．
【9】WANG T ，ZHANG Y ，Yu H ，et a l ． Advanced M a nuf ac tu r i n g
T ec hn o l og y in Ch i n a : A Ro ad ma p t o 2050［M ］． B e iji n g :。