固定循环指令的应用与优化的介绍

在铣削加工编程过程中，对于孔加工常使用孔加工固定循环指令。

1.孔加工固定循环的运动与动作

对工件孔加工时，根据刀具的运动位置可以分为四个平面：初始平面、R平面、工件平面和孔底平面，如图2-8所示。在孔加工过程中，刀具的运动由六个动作组成。

1）动作1——快速定位至初始点。X、Y表示了初始点在初始平面中的位置。

2）动作2——快速定位至R点。刀具自初始点快速进给到R点。

3）动作3——孔加工。以切削进给的方式执行孔加工的动作。

4）动作4——在孔底的相应动作。包括暂停、主轴准停、刀具移位等动作。

5）动作5——返回到R点。继续孔加工时，刀具返回到R平面。

图2-8 孔加工循环的平面

6）动作6——快速返回到初始点。孔加工完成后返回初始平面。

为了保证孔加工的加工质量，有的孔加工固定循环指令需要主轴准停、刀具移位。如图2-9所示，表示了在孔加工固定循环中刀具的运动与动作，图中的虚线表示快速进给，实线表示切削进给。

（1）初始平面 初始平面是为安全操作而设定的定位刀具的平面。初始平面到零件表面的距离可以任意设定。若使用同一把刀具加工若干个孔，当孔间存在障碍需要跳跃或全部孔加工完成时，用G98指令使刀具返回到初始平面；否则，在中间加工过程中可用G99指令使刀具返回到R平面，这样可以缩短加工辅助时间。

（2）R平面 R平面又叫R参考平面。这个平面表示刀具从快进转为工进的转折位置，R平面距工件表面的距离主要考虑工件表面形状的变化，一般可取2～5mm。

图2-9 固定循环的动作

（3）孔底平面Z表示孔底平面的位置，加工通孔时刀具伸出工件孔底平面一段距离，保证通孔全部加工到位。钻削盲孔时，应考虑钻头钻尖对孔深的影响。

2.选择加工平面及孔加工轴线

选择加工平面有G17、G18和G19三条指令，对应XY、XZ和YZ三个加工平面，以及对应的孔加工轴线，分别为Z轴、Y轴和X轴。用立式数控铣床进行孔加工时，只能在XY平面内使用Z轴作为孔加工轴线，与平面选择指令无关。下面主要讨论立式数控铣床孔加工固定循环指令。

3.孔加工固定循环指令格式

（1）指令格式

（2）指令功能 孔加工固定循环。

（3）指令说明

1）在G90或G91指令中，Z坐标值有不同的定义。

2）G98、G99为返回点平面选择指令。G98指令表示刀具返回到初始平面，G99指令表示刀具返回到R平面。

3）G73～G89为孔加工方式指令，孔加工方式对应指令说明见表2-7。

4）X__Y__指定加工孔的位置（与G90或G91指令的选择有关）。

5）Z__指定孔底平面的位置（与G90或G91指令的选择有关）。

6）R__指定R平面的位置（与G90或G91指令的选择有关）。

7）Q__在G73或G83指令中定义每次进刀的加工深度，在G76或G87指令中定义位移量。Q值为增量值，与G90或G91指令的选择无关。

8）P__指定刀具在孔底的暂停时间，用整数表示，单位为ms。

9）F__指定孔加工的切削进给速度。该指令为模态指令，即使取消了固定循环，在其后的加工程序中仍然有效。

10）L__指定孔加工的重复加工次数，执行一次，即L1可以省略。如果程序中选G90指令，刀具在原来孔的位置上重复加工；如果选择G91指令，则用一个程序段对分布在一条直线上的若干个等距孔进行加工。L指令仅在被指定的程序段中有效。

如图2-10a所示，选用绝对坐标方式G90指令，Z表示孔底平面相对坐标原点的距离，R表示R平面相对坐标原点的距离；如图2-10b所示，选用相对坐标方式G91指令，R表示初始平面至R平面的距离，Z表示R平面至孔底平面的距离。

孔加工方式指令以及指令中的Z、R、Q、P等指令都是模态指令，因此只要指定了这些指令，在后续的加工中就不必重新设定。如果仅是某一加工数据发生变化，则只需修改变化的数据。

G80为取消孔加工固定循环指令。但如果程序中间出现了任何01组的G代码，则孔加工固定循环自动取消。因此用01组的G代码取消孔加工固定循环，其效果与用G80指令的完全相同。

表2-9所示为固定循环功能表。

图2-10 G90与G91的坐标计算

表2-9 固定循环功能表

（续）

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4.各种孔加工方式说明

（1）高速深孔往复排屑钻指令（G73） 孔加工动作如图2-11a所示，G73指令用于深孔钻削，Z轴方向的间歇进给有利于深孔加工过程中的断屑与排屑。指令Q为每一次进给的加工深度（且增量值为正值），图示中的退刀距离“d”由数控系统内部设定。

图2-11 G73循环与G83循环

图2-12 左螺纹加工

（2）深孔往复排屑钻指令（G83） 孔加工动作如图2-11b所示。与G73指令略有不同的是，每次刀具间歇进给后回退至R平面，这种退刀方式排屑畅通，此处的“d”表示刀具间断进给每次下降时由快进转为工进的那一点至前一次切削进给下降的点之间的距离，“d”值由数控系统内部设定。由此可见，这种钻削方式适宜加工深孔。

（3）攻左旋螺纹指令（G74） 与攻右旋螺纹指令（G84）如图2-12所示，使用G74指令，主轴左旋攻螺纹，至孔底后正转返回，到R平面后主轴又恢复反转。如果使用G84指令，主轴右旋攻螺纹，至孔底后反转返回，到R平面后主轴又恢复正转。如果在程序段中暂停指令P—有效，则在刀具到达孔底后先执行暂停动作，然后改变主轴转动方向后返回。

（4）精镗孔指令（G76） 孔加工动作如图2-13所示。图中OSS表示主轴暂停，Q表示刀具移动量（规定为正值，若使用了负值则负号被忽略）。在孔底主轴定向停止后，刀头按地址Q所指定的偏移量移动，然后提刀，刀头的偏移量在G76指令中设定。采用这种镗孔方式可以高精度、高效率地完成孔加工而不损伤工件表面。

（5）钻孔指令（G81） 与锪孔指令（G82）如图2-14所示，G82与G81指令相比，唯一不同之处是G82指令在孔底增加了暂停，因而适用于锪孔或镗阶梯孔，提高了孔台阶表面的加工质量；而G81指令只用于一般要求的钻孔。

图2-13 精镗孔

图2-14 钻孔与锪孔

图2-15 精镗孔与精镗阶梯孔

图2-16 镗孔

（6）精镗孔指令（G85） 与精镗阶梯孔指令（G89）如图2-15所示，这两种孔加工方式下，刀具以切削进给的方式加工到孔底，然后又以切削进给的方式返回R平面，因此适用于精镗孔等情况。G89指令在孔底增加了暂停，提高了阶梯孔台阶表面的加工质量。

（7）镗孔指令（G86） 如图2-16所示，加工到孔底后主轴停止，返回初始平面或R平面后，主轴再重新启动。采用这种方式时，如果连续加工的孔间距较小，则可能出现刀具已经定位到下一个孔加工的位置而主轴尚未达到指定的转速，为此可以在各孔动作之间加入暂停指令（G04），使主轴获得指定的转速。

（8）背镗孔指令（G87） 如图2-17所示，X轴和Y轴定位后，主轴停止，刀具以与刀尖相反方向按指令Q设定的偏移量偏移，并快速定位到孔底；在该位置刀具按原偏移量返回，然后主轴正转，沿Z轴正向加工到Z点；在此位置主轴再次停止后，刀具再次按原偏移量反向位移，然后主轴向上快速移动到达初始平面，并按原偏移量返回后主轴正转，继续执行下一个程序段。采用这种循环方式，刀具只能返回到初始平面而不能返回到R平面。

（9）镗孔指令（G88） 如图2-18所示，刀具到达孔底后暂停，暂停结束后主轴停止且系统进入进给保持状态，在此情况下可以执行手动操作，但为了安全起见应先把刀具从孔中退出，再按循环启动按钮启动加工，刀具快速返回到R平面或初始平面，然后主轴正转。

图2-17 背镗孔

图2-18 镗孔

5.孔加工固定循环指令说明

1）N01 G91 G00 X__ Y__ M03：主轴正转，按增量坐标方式快速点定位至指定位置。

2）N02 G81 X__ Y__ Z__ F__：G81为钻孔固定循环指令，指定固定循环原始数据。

3）N03 Y__：钻削方式与N02相同，按Y移动后执行N02的钻孔动作。

4）N04 G82 X__ P__ L__：移动X后执行G82钻孔固定循环指令，重复执行L次。

5）N05 G80 X__ Y__M05：取消孔加工固定循环，除F代码外，全部钻削数据被清除。

6）N06 G85 X__ Z__ R__ P__：G85为精镗孔固定循环指令，重新指定固定循环原始数据。

7）N07 X__ Z__：移动X__后按Z__坐标执行G85指令，前段R__仍然有效。

8）N08 G89 X__ Y__：移动X__ Y__后执行G89指令，前段的Z__及N06段的R__P__仍有效。

9）N09 G01 X__ Y__：除F__外，孔加工方式及孔加工数据全部被清除。

6.固定循环编程的注意事项

1）为了提高加工效率，在指令固定循环前，应事先使主轴旋转。

2）由于固定循环是模态指令，因此，在固定循环有效期间，如果X、Y、Z、R中的任意一个被改变，就要进行一次孔加工。

3）在固定循环程序段中，如在不需要指令的固定循环下，通过指令设定了孔加工数据Q、P，它只作为模态数据进行存储，而无实际动作产生。

4）使用具有主轴自动启动的固定循环（G74、G84、G86）时，如果孔的XY平面定位距离较短，或从初始平面到R平面的距离较短，且需要连续加工，则应使用G04暂停指令进行延时。其目的是为了防止在进行孔加工动作时，主轴不能达到指定的转速。

5）在固定循环方式中，刀具半径补偿机能无效。

6）当加工很多相同的孔时，应仔细分析孔的分布规律，合理使用重复固定循环，尽量简化编程。例如，如果各孔按等间距线性分布，则可以使用重复固定循环加工，即用地址L规定重复次数。采用这种方式编程，在进入固定循环之前，刀具不能直接定位在第一个孔的位置，而应向前移动一个孔的位置。因为在执行固定循环时，刀具要先定位后再执行钻孔动作。