项目九固定循环指令及其应用

项目九
固定循环指令及其应用
任务描述：
1、掌握数控铣削固定循环的基本概念
2、掌握各种孔加工固定循环指令的应用。

3、巩固多刀具加工的编程方法以及刀具补偿功能。

4、掌握孔系加工技巧、螺纹加工技巧及孔加工刀具的选择。

任务分析：
1、掌握数控铣削固定循环的基本概念，及各种孔加工固定循环、螺纹加
工、刀具补偿功能的应用。

2、 掌握数控铣削固定循环的基本概念，及各种孔加工固定循环、螺纹加
工、刀具补偿功能的应用。

一、 钻孔加工
1．1钻孔基础知识 1．固定循环的概念
①操作1：快速定心 ②操作2：快速接近工件 ③操作3：孔加工 ④操作4：孔底动作 ⑤操作5：刀具快速退回
图9-1 2．返回点平面的选择
G98——返回起始点（B ），为缺省方式，； G99——返回参考平面（R ）。

3．钻孔循环指令 G81
【指令格式】
A
快速移动工进
G81 X____Y____Z____F____R____K____；
【说明】
• X__Y__为孔的位置，可以放在G81指令后面，也可以
放在G81指令的前面；
• Z 为孔底位置；
• F 为进给速度(mm/min)；
• R 为参考平面位置高度；
• K__重复次数，仅在需要重复时才指定，K的数据不能
保存，没有指定K时，可认为K=1。

4．取消循环指令 G80
取消循环有两种方法：
方法一：采用G80指令
G80指令被执行以后，固定循环（G73、G74、G76、G81～G89）被该指令取消，R 点和Z点的参数以及除F外的所有孔加工参数均被取消。

方法二：01组的G代码也会起到取消固定循环的作用，例如G01/G02/G03等。

5、钻孔循环指令G82
【指令格式】
G82 X__Y__Z__F__R__P__；
说明：
•P 为在孔底位置的暂停时间，单位为ms（毫秒）。

•该指令一般用于扩孔和沉孔的加工。

•该指令同样有G98和G99两种方式。

其它参数和G81指令相同。

6、深孔钻孔循环指令G83
【指令格式】
G83 X__Z__F__R__Q__；
说明：
•Q 为每次进给深度，始终用正值且增量值指令设置。

•该指令同样有G98和G99两种方式。

其它参数和G81指令相同。

7、高速深孔钻循环指令 G73
【指令格式】
G73 X__Y__ Z__ F__ R__ Q__；
说明：
该指令同样有G98和G99两种方式。

其它参数和G81指令相同。

注意事项：
1）初始平面的选择
初始平面是调用固定循环前程序中最后一个Z轴坐标的绝对值，通常选择该位置作为安全平面，但也不能随意选择，当G98指令有效时，它能确保退刀平面高于所有障碍物（夹具和零件）的突出部分、未加工区域以及附件等。

2）R平面的选择
R平面的位置指的是固定循环中刀具进给运动的起点。

如果程序中编写G99，R平面不仅是切削进给的起点，也是切削刀具在循环完成前的退刀点。

通常在Z0平面上方1～5处。

3）Z向深度的计算
在循环程序段中以Z地址来表示深度，Z值表示切削深度的终点，Z值要考虑钻头的118o～120o的刀尖。

二、内孔螺纹加工
1、右旋攻螺纹循环指令G84
指令格式：
G84 X____Y____Z____F____R____；
说明：
•X__Y__为孔的位置，可以放在G81指令后面，也可以放在G81指令的前面；
•Z 为攻丝Z向终点坐标；
• F 为进给速度(mm/min)；
•R 为参考平面位置高度；
2、左旋攻螺纹循环指令G74
指令格式：
G74 X____Y____Z____F____R____；
说明：
•该指令即使攻丝前为正转，当执行攻丝时会自动转为反转。

•该指令同样有G98和G99两种方式。

•指令的其它参数和G84指令相同。

3、刚性攻丝方式：
1）弹性攻丝：
2）刚性攻丝：
3）刚性攻丝指令：
三、镗孔加工
1．1镗孔加工知识
1．镗孔循环指令G86
与G81的区别是：G86在到达孔底位置后，主轴停止转动，并快速退出。

指令格式:
G86 X____Y____Z____F____R____；
说明:
•X__Y__为孔的位置，可以放在G81指令后面，也可以放在G81指令的前面；
•Z 为攻丝Z向终点坐标；
• F 为进给速度(mm/min)；
•R 为参考平面位置高度；
•该指令同样有G98和G99两种方式。

2、精镗循环指令G76
与G86的区别是：G76在孔底有三个动作：进给暂停、主轴准停（定向停止）、刀具沿刀尖的反方向偏移Q值，然后快速退出。

这样保证刀具不划伤孔的表面。

指令格式：
G76 X__Y__ Z__ F__ R__ P__Q__；
指令说明:
* X__Y__为孔的位置，可以放在G81指令后面，也可以放在G81指令的前面；
* Z 为攻丝Z向终点坐标；
* F 为进给速度(mm/min)；
* R 为参考平面位置高度；
* Q__为刀具在孔底的偏移值。

* P__用于孔底动作有暂停的固定循环中指定暂停时间，单位为秒。

* 该指令同样有G98和G99两种方式。

3、背镗循环指令G87
指令格式:
G87 X__Y__ Z__ F__ R__ P__Q__；
说明：
* X__Y__为孔的位置，可以放在G81指令后面，也可以放在G81指令的前面；
* Z__为攻丝Z向终点坐标；
* F__为进给速度(mm/min)；
* R__为参考平面位置高度；
* Q__为刀具在孔底的偏移值。

* P__用于孔底动作有暂停的固定循环中指定暂停时间，单位为秒。

该指令只有G98方式。

任务1 简单孔的加工
任务描述：
完成图9-2所示零件孔的加工。

图9-2 孔加工
任务分析：
如图9-2所示，需加工4×Φ12孔，只有孔中心距要求，在加工中心上，通过精确对刀和采用合理加工工艺可保证要求。

任务实施：
1、工艺分析：
1）毛坯说明：
毛坯材料45#钢，在本钻孔工序之前，毛坯所有外表面已经加工完毕。

2）工序说明：
加工方案：钻中心导向孔→钻孔→铰孔
工步1：钻中心导向孔——注意导向孔深度为3mm。

工步2：钻孔——由于为通孔，钻削深度要留刀具导出量，导出量要大于钻头刀尖长
度，一般为5mm左右，因此钻孔深度为25mm。

工步3：铰孔——为孔精加工。

要保证铰孔深度超过孔深。

3）刀具选择说明
该工件材料为45#钢，切削性能较好，采用普通的加工刀具即可
刀具选择：φ4中心钻、φ11.5钻头、φ12机用铰刀
4）切削用量的选择
影响切削用量的因素很多，机床的刚性，工件的材料和硬度，加工精度要求，工件在机床夹具上的稳定性，刀具的材料和耐用度，是否使用切削液等都直接影响到切削用量的大小。

在数控程序中，决定切削用量的参数为主轴转速S和进给速度F，其选取与普通机床上加工时的值相似，可通过计算或查金属切削工艺手册得到，也可根据经验数据给定。

5）装夹、定位说明
因工件形状简单、规则，可直接在机床上的平口虎钳校平并夹紧，同时在毛坯底面的适当位置处放置等高垫铁防止钻削通孔时刀具碰坏垫铁或台钳。

2、编程说明：
1）编程原点的选择：
设定工件坐标原点为工件中心。

工件的Z轴坐标原点设为上表面，按要求测量每把刀具的刀具长度并补偿到刀长参数中（对应刀长号码为H01、H02、H03）。

2）加工轨迹：
孔加工轨迹按照A→B→C→D的轨迹完成，由于钻中心孔、钻孔、铰孔三个工步都是典型孔加工方法，加工时刀具的动作形式完全相同，因此采用固定循环指令可以降低编程繁琐程度。

3）数值计算：
由于零件简单，各个刀位点的位置可以直接从零件图中读取图9-2
O0009； / 程序号
T01 M06(D4)； / 换取1号刀具(D4中心钻)
G54G90G00X15.0Y10.0；
G43H01Z30.0S1200M03；
G99G81Z-3.0R3.0F150M08；
X-15.0；
Y-10.0；
X15.0；
G80M05；
G91G28Y0Z0M09；
T02M06(D11.5)；
G54G90G00X15.0Y10.0；
G43Z30.0H02S800M03；
G99G81Z-25.0R3.0F100M08；
X-15.0；
Y-10.0；
X15.0；
G80M05；
G91G28Y0Z0M09；
T03M06（D12）；
G54G90G00X15.0Y10.0；
G43H01Z30.0S250M03；
G99G81Z-21.0R3.0F80M08；
X-15.0；
Y-10.0；
X15.0；
G80M05；
G91G28X0Y0Z0M09；
M30；
任务2 孔系零件的加工
任务描述：
完成图9-3所示零件上孔的加工，材料为45# 钢材，外形尺寸已经加工完毕，要求加工图中各孔及攻螺纹。

任务分析：
如图9-3所示零件孔的特征属于长方形孔分布模式，除了中心凸台上一个孔外，其余孔都使用相同的刀具加工，对角两个孔需要内孔螺纹需要进行刚性攻丝。

图9-3 内孔螺纹
任务实施：
1、工艺分析：
1）毛坯说明
本例采用精毛坯，材料为45# 钢材，外形尺寸已经加工完毕
2）工序说明
零件图中2-Φ10定位孔由于形位公差要求不高，加工时可直接采用钻孔的方法来完成。

其余孔的加工为防止钻头钻孔引偏，在钻孔前应增加钻中心孔（导向孔）工序。

3）加工方案：
钻所有的中心孔→钻2-Φ10定位孔的预钻孔→钻2-M8底孔及Φ6.7孔→铰2-Φ10 定位孔→M8丝攻。

3）刀具选择说明。

根据分析刀具加工安排如下：Φ4中心钻→Φ9.8钻头→Φ6.7钻头→Φ4.2钻头→Φ10铰刀→ M8丝攻。

4）装夹、定位说明：
可直接采用机用虎口钳和平行等高垫铁。

根据图纸要求，以Φ30的凸台为基准，完成对刀，工件原点设在孔中心，那么以该点为编程原点。

2、数值计算：
编程原点的选择：
以工件中心为原点编程。

3、加工程序的编写：
加工程序的编写主要应考虑切入点、切削终点，并考虑提刀高度，防止刀具与工件发生干涉。

任务3 盘类零件上孔的加工
任务描述：
完成图9-4所示零件上孔的加工。

图9-4盖板零件
1、工艺分析：
1）毛坯说明：
本例采用精毛坯，材料为HT200，外形尺寸已经加工完毕。

2)切削用量的选择
3）刀具选择说明
根据图纸要求选用中心钻、Φ34.5钻头、Φ40镗刀、Φ40反镗刀、Φ35精镗刀并将刀具装在合适的刀柄上，将所有刀柄按刀具号顺序安装在机床的刀库上。

刀具加工顺序为钻中心孔→钻4-Φ34.5通孔→镗4-Φ40孔深8 mm→背镗4-Φ40孔深8 mm→精镗4-Φ35孔。

4）装夹、定位说明
预先在机床上装好平口钳并校平（垂直和水平）,将工件夹持在平口钳上，底面用等高垫铁垫高，注意垫铁应避开孔加工位置，以便于刀具在孔加工到达底面时不碰伤平口虎钳和垫铁。

2、编程说明：
1）编程原点的选择：
2）加工轨迹：
3、加工程序的编制：
孔加工切削用量的选择
孔加工为给定尺寸加工，切削用量的选择应在机床允许的范围之内选择，查阅手册并结合经验确定。

a.孔加工时的主轴转速n (r/min)，根据选定的切削速度Vc (m/min)和加工直径或刀具直径计算。

b.孔加工工作进给速度f ，根据选择的进给量和主轴转速按公式计算进给速度。

n v f c ⨯=
c.攻螺纹时进给量的选择决定于螺纹的导程，由于使用了带有浮动功能的攻螺纹夹头，攻螺纹时工作进给速度f ν (mm/min)可略小于理论计算值，即：Pn f
≤ν
刀具卡片表
钻中心孔→钻4-Φ34.5通孔→镗4-Φ40孔深8 mm 。

盖板加工表面主要是平面和孔，需铣削平面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔及攻螺纹等工步才能完成。

下面以图9-4所示盖板为例介绍工艺分析。

1）零件工艺分析
由图可知，该盖板的材料为铸铁，毛坯为铸件。

盖板加工内容为平面、孔和螺纹且都集中在A 、B 面上，其四个侧面已加工，其中最高精度为IT7级。

从定位和加工两个方面考虑，以A 面为主要定位基准，并在前道工序中先加工好，选择B 面及位于面上的全部孔在加工中心上加工。

2）选择机床
由于B面及位于B面上的全部孔,只需单工位加工即可完成,只有粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪、铰及攻螺纹等工步，所需刀具较多,加工表面不多。

故选择立式加工中心。

工件一次装夹后可自动完成铣、钻、镗、铰及攻螺纹等工步的加工。

3）工艺设计
（1）选择加工方案
B面粗糙度Ra为6.3um，采用粗铣---精铣方案即可；Φ60H7孔尺寸精度要求为IT7级，已铸出毛坯孔，粗糙度Ra为0.8um，故采用粗镗一半精镗一精镗方案；Φ12H8孔尺寸精度要求为IT8级，粗糙度Ra为0.8um，为防止钻偏，按钻中心孔一钻孔一扩孔一铰孔方案进行；Φ16mm沉头孔在Φ12mm孔基础上锪至尺寸即可；M16螺纹孔在M6和M20之间，故采用先钻底孔后攻螺纹的加工方法，即按钻中心孔一钻底孔一倒角一攻螺纹方案加工。

（2）确定加工顺序
按照先粗后精、先面后孔的原则及为了减少换刀次数不划分加工阶段来确定加工顺序。

具体加工路线为：粗、精铣B面---粗、半精、精镗Φ60H7孔---钻各光孔和螺纹孔的中心孔---钻、扩、锪、铰Φ12H8---钻M16螺纹底孔、倒角和攻螺纹，具体顺序见表9-1。

（3）确定装夹方案和选择夹具
该盖板零件形状较简单、尺寸较小，四个侧面较光整，加工面与非加工面之间的位置精度要求不高，故可选通用台钳，以盖板底面A和两个侧面定位，用台钳钳口从侧面夹紧。

（4）选择刀具
根据加工内容，所需刀具有面铣刀、镗刀、中心钻、麻花钻、铰刀、立铣刀（锪Φ16孔）及丝锥等，其规格根据加工尺寸选择。

一般来说，粗铣铣刀直径应选小一些，以减小切削力矩，但也不能太小，以免影响加工效率；精铣铣刀直径应选大一些，以减少接刀痕迹。

考虑到两次走刀间的重叠量及减少刀具种类，确定粗、精铣铣刀直径都选为Φ100。

其他刀具根据孔径尺寸确定。

具体所选刀具见表9-1。

（5）确定进给路线
B面的粗、精铣削加工进给路线根据铣刀直径确定，因所选铣刀直径为Φ100，故安排沿x方向两次进给（见图9-5）。

因为孔的位置精度要求不高，机床的定位精度完全能保证，所以所有孔加工进给路线均按最短路线确定，如图9-6至9-10所示。

图9-5铣削B面进给路线
图9-6镗Φ60H7孔进给路线
钻中心孔进给路线图9-7
图9-8钻、扩、铰Φ12H8孔进给路线
孔进给路线
图9-9锪16
图9-10钻螺纹低孔、攻螺纹进给路线
（6）选择切削用量
查表确定切削速度和进给量，然后计算出机床主轴转速和机床进给速度。

思考与练习：
1、完成图9-11孔加工程序的编制。

图9-11随意孔分布图
2、完成图9-12所示盘类零件上的螺纹加工。

材料为HT200。