复合螺纹循环指令G76加工轨迹的分析及应用

摘 要：在数控车削加工中，大螺距螺纹加工，一般首选 G76螺纹复合循环指令进行编程。因其指令编制的程序简练，系统功能性强和加工工况稳定可靠等优势，所以被广泛使用。为了更好的发挥指令的功用，本文通过实例操作，积累多组实验数据，详细分析G76螺纹切削复合循环指令在加工过程中刀具实际移动轨迹坐标位置，使我们能更好的掌握螺纹刀在不同工况加工过程中的参数变化情况，为更有效的利用G76螺纹复合循环指令进行螺纹加工提供参考依据。

关键词：螺纹加工刀位分析 螺纹加工应用技巧

G76螺纹切削复合循环指令是采用斜进式进刀，多次自动循环切削螺纹的一种编程加工方式。由于其采用单侧刀刃切削工作，使刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减方式，避免出现“啃刀现象”，这种加工方法一般适用于大螺距低精度螺纹的加工。此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好并且程序段语句少，出错率低，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为简捷方便。本文结合实例，通过操作实验，详细描述螺纹加工中，刀具实际移动轨迹位置的分析和应用。G76指令加工轨迹如下图1所示：

图1 G76指令加工轨迹

一、螺纹加工始点的刀位分析

螺纹加工的始点为程序中的循环点，又称为起刀点。一般X向循环点坐标设定在接近螺纹牙顶位置处，Z向循环点坐标设定在螺纹端面正向位置处，但要考虑将螺纹加工起始时产生的不完全螺纹消除在空程段内。例如图2中，将螺纹循环点设在（X29.0 Z5.0）处。

图2 螺纹加工零件图

车削如图2所示工件的M27粗牙螺纹。地址P指定的参数：精加工次数m：3次 、螺纹退尾长度r：1.2L 、螺纹车刀刀尖角度a：刀尖角60°。最小切削深度d min：0.1mm，精加工余量d：0.2mm，螺纹加工终点坐标值：X23.1 Z-42.0，螺纹的半径差i：0，螺纹牙型高度k：1.950mm，第一次切削深度 d：0.5mm，螺纹螺距L：3.0 mm。螺纹小径为23.1mm。前端倒角3×45°。

螺纹加工零件图程序：

………

S400 M03；

T0303；

G00 X29.0 Z5.0；

G76 P031260 Q100 R0.2；

G76 X23.1 Z-42.0 R0 P1950 Q500 F3.0；

G00 X200.0 Z100.0；

M05；

M30；

%

螺纹加工始点刀位的走刀轨迹，通过大量实验的数据积累和分析如表1所示：

表1 始点刀位进刀数据分析表

表1是例题图2螺纹加工零件图完整的刀位进刀始点的坐标数据，从中我们可以分析论证出螺纹加工斜进式进刀轨迹。

首先，刀具从螺纹循环点 （X29.0 Z5.0）起，按第一次切削深度参数，X向快移进刀1.0mm至X28.0，同时Z轴根据螺纹牙型角与X轴联动至Z4.711位置处后刀具根据螺纹牙顶尺寸，按第一次切削深度参数，刀具X向直进快移进刀至X26.0位置，随后进行螺纹切削加工，完成后刀具快移返回循环点。第二刀切削时，刀具从螺纹循环点起刀，按除第一刀车削深度后，剩余切深系统自动计算的递减切深值，刀具联动快移进刀至（X27.585 Z4.591）位置处，之后刀具再根据螺纹牙顶尺寸，按递减切深值，快移直进进刀至（X25.585 Z4.591）位置，工进切削加工螺纹，以此类推，完成n次进刀始点移动，完成螺纹加工。

综上所述，根据G76螺纹加工始点刀位进刀数据分析表，总结出以下结论：

（1）螺纹刀首先从循环点开始按螺纹牙型角度斜进式进刀，其后刀具根据螺纹牙顶尺寸，X向直进进刀。

（2）螺纹刀循环点坐标值不同位置的设定，不会影响循环点进刀和牙顶进刀X向层进刀量切深值，两进刀点间始终保持设定的位置差。如X向循环点坐标值设定为X30.0、X32.0、X40.0……都不会影响螺纹牙顶进刀的刀位点值。

（3）斜进式刀位移动，只针对G76螺纹加工的粗加工有效，精加工时采用直进进刀法加工螺纹。

（4）螺纹精加工时，层切量=精加工余量，一刀切削完成余量加工，精加工次数只是重复精修螺纹。

二、螺纹加工分层切深量的刀位分析

螺纹加工分层切削，第一层切深量是按第一次车削深度参数d设定的数值来确定。后续剩余切深量，系统会自动计算出递减切深值，指令刀具工进切削加工螺纹。递减分层切削加工如表2所示。

表2 切深量数据分析表

表2是例题图2螺纹加工零件G76螺纹加工递减分层切深量数据分析，从中我们可以分析论证出螺纹加工分层切深量的变化过程。表2中，分层进刀增量值是X方向，除按指定第一层切深d设定的数值进刀量加工后，剩余切削量的递减分层切深数据值。系统分配数据是根据实验结果采集的螺纹加工时，坐标系显示的两次分层切深的增量值；公式计算数据是通过切深递减计算公式： dn（■-■）d求得，如第二层切深量d2=（■-■）×0.5=0.207

因第一次车削深度参数d值为半径值表示，所以第二层切深量分层进刀增量公式计算值为0.414mm；第三层，第四层……依据此公式计算求得。系统分配与公式计算值误差率仅为0.001mm左右，可忽略不记。在表2中，系统分配的分层进刀增量值中，六至七层到十至十一层进刀增量，被系统锁定在0.2mm进刀增量值，这是因为系统分配的进刀增量值，小于指令参数设定的最小切削深度dmin值，所以被箝制在指令参数设定的最小切削深度dmin这个极限值。十一至十二层进刀增量值，缩小为0.05mm，是因为此层进刀增量值是螺纹粗加工最后一层，小于最小切削深值粗加工余量为0.05mm，一刀切除。十二至十三层进刀增量值，是指令参数设定的精加工余量值，由表2中数据值分析，此层进刀增量值，突然增大至0.4mm，这种现象的产生是因为在参数设定时，精加工余量值d大于最小切削深度dmin值导致的，违背了切深递减分层原则。最后两层进刀增量值为“零”，是因为后两层的螺纹加工，仅作为精加工光整操作。精加工时，螺纹刀具采用直进切削法进行螺纹加工，有利于提高加工螺纹的牙形精度。

三、螺纹加工应用技巧

G76螺纹复合循环指令的应用，以其负载小、排屑易、语句简练、功能性强等诸多优势，被广泛使用在大螺距螺纹加工中。但在使用过程中，也暴露出了许多不足之处。例如，螺纹粗加工切削深度递减的层深和层数是由系统自动计算分配的，切深层多，使加工刚性冲击小，工况稳定，但效率降低；切深层少，效率提高，但螺纹精度降低，螺纹质量难以保证。螺纹加工试切件时坐标精度的修正和螺纹刀尖磨损进行磨耗补偿等操作，都显示出操作极为不便。

G92螺纹固定循环指令是另一种螺纹编程方式，采用直进式进刀方式，不适宜大螺距螺纹粗加工，但其加工牙型精度较高，切深递减层数和层深可视工况自行编排，较为灵活，在试切件精度修正和磨损补正等操作中，可利用机床跳选功能，只运行精加工程序段，缩短了无功操作步骤，使加工更方便、快捷。

如能巧妙的将G76、G92螺纹加工混合使用，取其优势，形成完美组合，使大螺距螺纹加工在简捷方便的加工基础上，更加提高了螺纹的精度。结合操作实验，通过数据分析进一步了解这种组合加工的可行性。

G92螺纹加工指令，在螺纹加工过程中，采用直进刀方式，每层进刀Z向刀位是固定不变的，X向进刀从起刀点开始按编者思路，自行递减分配。G76螺纹加工指令，采用斜进法进刀加工螺纹，除可控第一刀切深数值外，其余量，系统会自动计算出递减切深值和层次，Z向刀位随斜进刀产生位移改变切深直至粗加工完成。所以可论证得出，G92、G76螺纹加工起刀点Z向刀位不在同一坐标位置。处理好两者起刀点位置是G76、G92螺纹加工组合使用的关键。

前述螺纹加工始点的刀位分析论点得知：

（1）G76螺纹粗加工时，Z向刀位移动与螺纹粗加工切深和螺纹牙型角有关。

（2）G76螺纹精加工时，Z向刀位点采用直进式进刀方式加工螺纹。

因此可证实，G92螺纹加工Z向起刀点和G76螺纹加工Z向起刀点变化量为G76螺纹粗加工形成的螺纹牙型角Z向值的1/2的距离。如图3所示：

图3

G76、G92螺纹组合加工起刀点重合偏移增量值可采用三角函数公式计算求得：tanα=■其中，对边是Z向偏移增量；邻边是X向粗加工切深。

如螺纹牙型角为60° Z偏= tan30°×（螺纹牙型高度－精加工余量）

举例说明，如图2 螺纹加工零件，采用G76指令进行粗加工，G92指令进行精加工螺纹。

螺纹加工零件图程序：

………

S400 M03；

T0303；

G00 X29.0 Z5.0；

G76 P000060 Q100 R0.1；

G76 X23.2 Z-42.0 R0 P1950 Q500 F3.0；

G00 Z3.933；

G92 X23.15 Z-42.0 F3.0；

X23.1；

G00 X200.0 Z100.0；

M30；

%

上述程序，G76指令中地址P指定的参数：精加工次数m：0次是指精加工重复次数为0次，所设精加工余量R0.1mm，一刀完成。螺纹加工终点坐标值设为：X23.2 Z-42.0，G76指令作为螺纹粗加工程序，为G92指令进行螺纹精加工预留精加工余量0.1mm。螺纹组合加工起刀点重合偏移增量值，采用三角函数公式计算求得：Z偏= tan30°×（螺纹牙型高度－精加工余量）≈1.067 修正后G92指令螺纹加工起刀点为Z3.933，经实测起刀点坐标数据为Z3.931误差可忽略不计。通过实例操作论证了上述这种组合指令螺纹加工的可行性。

在数控车削加工中，螺纹加工由于切削速度快，切削力较大和作用力聚集范围较窄等因素导致加工难度高。通过实际操作和数据分析，更有效地掌握螺纹加工指令运行规律和使用技巧，解决了大螺距螺纹加工中，加工精度不高，效率低，精度修正不便捷，指令参数控制概念模糊等问题，提高了螺纹加工的效率并确保零件加工质量的稳定。复合螺纹循环指令G76在实践应用中，由数控系统控制其运行轨迹，掌握好指令参数设定和系统控制运行规律，对不同工况，不同材料的优质螺纹加工尤为重要。

参考文献：

[1]王禾玲. G76指令在梯形螺纹加工中的应用.机械制造， 2008（12）

[2]王宁，徐小春. 数控螺纹加工G92和G76指令分析与应用. 枣庄学院学报， 2009

[3]浦艳敏. FANUC 0i系统螺纹加工指令的应用.工具技术， 2010（04）