FANUC数控系统固定循环的应用研究

许岩松 朱 健

（沈阳航空职业技术学院，辽宁 沈阳110034）

0 引言

FANUC数控系统中固定循环主要应用在CNC铣床和加工中心以及带铣削轴的CNC车床上孔的加工中。孔加工包括铰孔、攻螺纹、单点镗孔、成组刀具钻孔、打锥沉孔、镗平底沉头孔、孔口面加工和背镗等。FANUC固定循环是一个浓缩的模块，它包含一系列预先编好的加工指令，程序的内在格式不能由CNC程序员更改，因此称为“固定”循环，这些程序指令跟各工作间重复的可预知的特定刀具运动相关。

1 基本规则

在编写固定循环前或在固定循环有效的任何时刻都可以确立绝对或增量坐标；G90选择绝对模式，G91选择增量模式，两者均为模态模式；与所有加工过程一样，使用固定循环的孔加工也可使用绝对模式G90或增量模式G91编程，这一选择主要会影响孔的XY位置、R点和Z方向深度。绝对模式下所有值都与程序原点相关，增量模式下孔XY位置是相对于前一孔XY位置的距离。R值是与上一Z值的距离，这个点在调用循环前确定且进给率在该点开始有效。Z向深度是从R点到进给运动结束点之间的距离，刀具在固定循环开始时快速运动到R点。如果固定循环模式中省略X和Y轴坐标中的一个，那么只有一个方向上的运动，另一方向坐标不变。如果X、Y轴都省略，那么将在当前刀具位置执行循环。

2 平面选择

2.1 初始平面选择

有两个准备功能可在固定循环结束时控制Z轴退刀。G98和G99指令只用于固定循环，不会影响其他运动模式。它们的主要作用就是在孔之间运动时绕开障碍物，障碍物包括夹具、零件的突出部分、未加工区域及附件等。如果没有这两条指令，就必须停止循环来移动刀具，然后再继续该循环，而使用G98和G99指令就可以不用取消固定循环直接绕过这些障碍物，这就提高了加工效率。如果固定循环中没有编写G98或G99执行，那么控制系统就会选择由系统参数设置的默认指令（通常是G98）。

根据定义，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，从安全角度看，通常选择该位置作为安全平面，它不能随意选择，当G98指令有效时，它能够确保退刀平面高于所有障碍物。使用初始平面时再采取其他防范措施，能防止快速运动中切削刀具与工件、夹具和机床的碰撞。如：

N11G90G54G00X100.0Y45.0S1200M03

N12G43Z20.0H01M08

N13G98G81X100.0Y45.0R2.5Z－20.0F200.0

上述程序段N13中调用固定循环，在它之前的程序段N12中的Z轴坐标是Z20.0，这就是初始平面设置。如为使程序保持连贯性，可将Z平面位置选择在标准高度上，也可在不同程序中选择不同的Z平面位置，但一定要保证加工的安全性。因为一旦开始执行固定循环，就不能再改变Z平面，除非先使用G80取消循环，然后再改变Z平面并再次调用所需的循环。Z平面在G90模式下以绝对值来表示。

2.2 R平面选择

任何固定循环程序段都需要两个Z轴坐标，一个是切削的起点，另一个表示孔深的终点。但基本编程规则中并不允许某个轴地址在一个程序段中出现多次，因此需要用其他字母来代替。FANUC系统中用R来替代Z地址，这一参考位置也称R平面，可将R平面理解成“快速运动到起点”。R平面位置通常比初始平面位置要低，如果两个平面重合，则循环起点和终点与初始平面相同。R平面一般都在G90模式下使用绝对值编程。

在R平面的选择中，如果程序中编写准备功能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平面；如果编写G98，刀具将返回初始平面。但背镗循环G87不能使用G99退刀模式，只能用G98。通常R平面选择在Z0点上方1～5mm处，但对于使用G74和G84的攻螺纹循环而言，R平面位置通常要增加3～4倍，增加的安全间隙主要为了让进给率在实际接触工件前加速达到最大值。

N20G90G00G54X40.0Y50.0S1000M03

N21G43Z20.0H01M08

N22G99G85R2.5Z－24.0F200.0

N23…

上述实例中初始平面在N21段中设为Z20.0，程序段N22中设置R平面为2.5mm，同一程序段中编写了G99指令且在整个循环中不做改变，也就是在循环开始和结束时，刀具位置都在工件原点上方2.5mm的地方，当刀具从一个孔移到下一孔时，Z高度保持在工件上方2.5mm位置上不变，只沿XY轴方向移动。

2.3 Z向深度计算

固定循环中的切削深度表示刀具切削到的最终位置，用Z表示，通常该点低于R平面和初始平面，但G87例外。要编写高质量的程序，一定要使用通过精确计算得出的Z向深度。Z向深度计算必须遵循以下几项标准：图纸上孔的尺寸（直径和深度）、绝对或增量编程方法、使用的切削刀具类型、刀尖长度（钻头和其他刀具）、材料厚度和全直径孔深、材料上方和下方所选安全间隙。立式加工中心中，Z0点通常选在已加工零件的上表面，因此Z地址的值总为负。在使用标准麻花钻时，则必须考虑其刀尖长度，标准钻头设计有一个118°～120°的顶角，因此需要在指定深度时加上相应的长度。

3 固定循环的重复

固定循环的重复执行次数由L或K来确定，通常孔的加工只需要控制系统在一个位置执行一次固定循环就可以了，即L1或K1，因此无需编写执行次数。但如果需要重复循环，则必须编写L…或K…指令来设定固定循环执行的次数。在固定循环指令中，L1或K1是系统默认的，其余值必须给出，范围是L0～L9999或K0～K9999，最小值是L0或K0。但L0或K0并不是表示“不执行该循环”，而是“暂时不执行该循环，存储循环参数以备后用”。

N10G90G99…

N11G81X20.0Y30.0R2.0Z－5.0F100.0

N12G91X5L3（K3）

N13G90G80G00…

上例中相邻孔之间增量为5mm，在程序段N12中采用增量模式，并利用重复次数L的强大功能显著缩短了CNC程序。

4 固定循环的取消

G80指令可以取消任何有效的固定循环。编写G80时，控制器模式可自动切换到G00快速运动模式。

N11G80

N12X15.0Y－10.0

与

N11G80

N12G00X15.0Y－10.0

其结果完全一样，第二种方法可能更好，也可以合并成N12G80G00X15.0Y－10.0。

同时01组准备功能G代码G00、G01、G02、G03和G32等是主要的运动指令，且可取消任何有效的固定循环（注：如在同一程序段中出现固定循环和01组的运动指令，那么它们的编程顺序非常重要），如：G00G81X…Y…R…Z…P…Q…L…F…；此程序段将执行固定循环，而G00无效。但如果将G81与G00位置互换，即：G81G00X…Y…R…Z…P…Q…L…F…；则不执行固定循环，而执行X和Y轴的运动，即G00有效，将忽略存储在F值之外的其他数据。

5 结语

利用固定循环指令进行加工生产，提高了编程和加工效率。尽管固定循环指令的应用还有一定的局限性，比如轮廓的形状、毛坯的形状，但固定循环指令功能会朝着集成化和智能化、网络化的方向发展，掌握了固定循环指令及参数的应用技巧，必定能为机械加工提供更大的帮助。

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