Цикл G71 и G70 на токарном станке: черновая и чистовая обработка вала по шагам

Зачем нужен цикл G71

Токарная обработка вала снимает со стороны заготовки слой за слоем: резец идёт вдоль оси, отходит, смещается на глубину прохода и повторяет движение. Для вала Ø50 мм, который надо довести до Ø30 мм, получается пять проходов только на самой тонкой шейке. Программа на 60 кадров, написанная вручную, требует правки при каждом изменении размера, и это основной источник ошибок.

G71 решает задачу иначе. Вы один раз описываете готовый контур, а стойка сама вычисляет траектории проходов. Изменили диаметр шейки в контуре, и все проходы перестроились. Такой цикл есть на стойках Fanuc и совместимых с ними, у Haas и в Siemens (там он называется CYCLE95), но запись везде своя.

Формат цикла на Fanuc

В классическом формате, который описан в руководствах Fanuc 0i-T и повторяется на множестве стоек, цикл состоит из двух кадров G71:

G71 U(Δd) R(e)
G71 P(ns) Q(nf) U(Δu) W(Δw) F(f)

Значения в правом столбце — ориентир для чёрной обработки стали 45 твёрдосплавной пластиной на средней жёсткости станке. Точные данные берут в каталоге производителя пластин.

Путаница возникает с двумя буквами U. Они стоят в разных кадрах и значат разное: в первом это глубина прохода на сторону (радиус), во втором припуск в значении на диаметр. Если во втором кадре записать U0.2, то на каждую сторону детали останется по 0,1 мм.

Важное ограничение классического формата (тип I): профиль должен быть монотонным по X. Это значит, что при движении по контуру диаметр не возвращается к меньшему значению после увеличения, то есть нет внутренних канавок и карманов. Первый кадр контура, номер P, содержит перемещение только по X. Если в нём есть Z, стойка выдаст сигнал тревоги. Канавки и поднутрения делают отдельным циклом, а контуры с карманами требуют формата типа II, который на разных стойках включается по-разному.

Программа ступенчатого вала

Деталь: вал из стали 45, заготовка Ø50 мм, длина обработки 70 мм от торца. Торец подрезан заранее, ноль детали по Z на торце. Контур от торца: фаска 2×45° до Ø30, шейка Ø30 длиной 30 мм, уступ до Ø40, шейка Ø40 до Z−55, фаска 3×45° до Ø46, шейка Ø46 до Z−70. Черновой резец T01 с радиусом при вершине 0,8 мм, чистовой T02.

O1001 (VAL STUPENCHATYJ D50)
N1 G21 G40 G97 G99
N2 G50 S2500
N3 T0101
N4 G96 S200 M3
N5 G0 X52 Z2 M8
N6 G71 U2 R1
N7 G71 P10 Q80 U0.4 W0.1 F0.25
N10 G0 X26
N20 G1 X30 Z-2 F0.12
N30 Z-30
N40 X40
N50 Z-55
N60 X46 Z-58
N70 Z-70
N80 X52
N90 G0 X200 Z100
N100 T0202
N110 G96 S250 M3
N120 G0 X52 Z2
N130 G70 P10 Q80
N140 G0 X200 Z100 M9
N150 M30

Разбираем по блокам.

• N1 — сбрасываем режимы: миллиметры, отмена коррекции на радиус, постоянные обороты, подача в миллиметрах на оборот (G99).
• N2 — ограничение оборотов 2500 об/мин. Без него при постоянной скорости резания шпиндель на малом диаметре разгонится до предела станка.
• N4 — постоянная скорость резания 200 м/мин. На Ø52 это около 1225 об/мин, на Ø30 около 2120 об/мин.
• N5 — подвод в точку цикла: X52 чуть больше заготовки, Z2 в двух миллиметрах от торца. С этой точки цикл начинает и в неё возвращается.
• N6–N7 — сам цикл. Глубина прохода 2 мм на сторону, отвод 1 мм, контур в кадрах N10–N80, припуск 0,4 мм на диаметр и 0,1 мм по Z, подача 0,25 мм/об.
• N10–N80 — контур. N10 только по X, до Ø26, то есть ниже начала фаски. N20 — фаска. В кадре N20 записана подача 0,12 мм/об: G71 её проигнорирует, а G70 использует.
• N100–N130 — чистовой резец, обороты 250 м/мин, подвод в ту же точку и G70 по тому же контуру.

Из примера видно главное правило цикла. Номера P и Q в G70 повторяют номера из G71, а контур нигде не дублируется. Исправили размер в N30, и черновая с чистовой обработка получили его обе.

Как посчитать число проходов и время

Радиальный припуск под каждый участок равен половине разности диаметров заготовки и чернового размера (с учётом чистового припуска). Для шейки Ø30 с припуском 0,4: (50 − 30,4) / 2 = 9,8 мм, при U = 2 это пять проходов. Для шейки Ø40: (50 − 40,4) / 2 = 4,8 мм, то есть три прохода, последний мельче. Шейка Ø46: (50 − 46,4) / 2 = 1,8 мм, один проход.

Время резания оценивают по объёму снимаемого металла и производительности. Формула: Q = Vc · ap · f, где Vc скорость резания в м/мин, ap глубина в мм, f подача в мм/об. Результат получается в см³/мин. При Vc = 200 м/мин, ap = 2 мм и f = 0,25 мм/об это 100 см³/мин.

Объём контура складывается из шейки Ø30 (21 см³), шейки Ø40 (31 см³), шейки Ø46 (20 см³) и конуса фаски (4 см³). К секундам резания добавьте холостые ходы, отводы и смену инструмента: на деталь такого размера получается 1,5–2 минуты на черновую и столько же на чистовую. Как переходить от минут к цене детали, разобрано в статье о расчёте времени токарной и фрезерной обработки, а режимы под свой материал можно проверить в калькуляторе режимов точения. Здесь скорость и подача взяты как ориентир для твёрдосплавной пластины по стали 45.

Как запустить программу без аварии

Типичные ошибки и как их распознать

• Заготовка обрезана «не там». Точка начала цикла находится внутри заготовки по X, и резец идёт в пустоту, а потом врезается. Делайте стартовую точку выше диаметра заготовки на 1–2 мм.
• Контур с карманом. Перед канавкой диаметр уменьшается, потом растёт. В формате типа I такой контур обрежется и канавку не выберет. Канавки делают отдельным резцом и циклом G75.
• G70 не режет с нужной подачей. Подача чистового прохода берётся из кадров контура. Если в них нет F, G70 пойдёт на подаче, которая была активна до цикла, то есть на черновой.
• Обороты улетели на малом диаметре. Без G50 S при G96 станок разгонится до предельных оборотов шпинделя.
• Цикл с радиусом при вершине. Чистовой проход надо вести с коррекцией на радиус вершины (G41/G42 в кадре контура), иначе на фасках и конусах появляется недорез.

Чем отличаются стойки

Формат из примера — классический для Fanuc и совместимых. У других стоек то же действие записывается иначе. Haas использует один кадр G71 P Q U W D F, где D задаёт глубину прохода. У Siemens роль цикла играет CYCLE95 с параметрами в скобках. Если станок выдаёт тревогу формата на правильной с виду программе, проверьте, какой формат G-кода включён в параметрах стойки, и тот ли постпроцессор выбран в CAM: его настраивают под конкретную стойку. Общие основы кадров и модальных команд описаны в статье G-код для начинающих.