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【摘要】本文详细介绍了数控车床系统中运用G73指令加工时的编程格式、各参数的意义、刀具循环路径、 ΔI（X轴方向退刀距离）的应用公式和非圆曲线的宏程序模板，并阐述了在FANUC Oi数控车床系统上运用G73指令加工非圆曲线轮廓工件的方法，这对其他数控系统加工非圆曲线形状的工件也有一定的参考价值。
【关键词】G73编程指令；刀具循环路径；宏程序模板；非圆曲线零件
一、前言
在工程设计中，一些机械零件，为了满足其所需工件性能要求，截面形状常设计成非圆形，如内燃机、发动机的活塞，为了改善活塞的接触状态，活塞的径向方向要设计成变椭圆截面。随着科学技术的不断发展，非圆曲线零件所占的比例日益增加，为了达到所需要性能要求，其加工精度要求也随之提高，而相应的非圆曲线零件精密高效加工技术也成为当今加工技术研究的热点。数控加工是非圆曲线零件加工中非常有效的加工方法，可大幅度地提高生产效率。
椭圆和抛物线等非圆曲线轮廓形状的工件在数控车削加工中属于复杂零件类别，其成型方法通常有三种，一是成型法，如铸、锻、冲压等；二是特殊加工法，如线切割、电火花、激光加工等；三是运动合成法的数控加工等，如采用二次曲线法或用户宏程序法等等。
成型法是非圆零件常用的方法之一，但由于其制造精度较低与表面粗糙度值较大，故不能用于非圆零件的精加工，通常用于制作零件毛坯。对于普通材料的非圆曲线零件，采用特种加工时，一是成本较高，二是难以获得较高的加工效率。运动合成法的数控加工是获得高精度非圆零件的主要途径，在数控技术出现之前，非圆曲线轮廓零件的车削方法有两种，一是机械运动合成法，二是靠模仿形加工法。随着计算机和自动化技术的不断发展，各种系统的数控车床的不断出现，为各类非圆截面零件的加工奠定了良好的基础。但数控加工一般只能作直线插补和圆弧插补，遇到回转轮廓是非圆曲线的零件时，数学处理的任务是用直线段或圆弧段去逼近非圆轮廓，这种拟合法的特点就是根据零件图纸的形状误差要求，把曲线用许多小段的直线或者圆弧段来代替，根据零件图纸的形状误差，如果要求越高，相应的代替直线（圆弧）段数就越多，虽然可以凭借CAD软件来计算各节点的坐标值，但是节点过多，也会导致加工的不便。所以本文采用灵活运用成型加工复合循环编程指令G73和宏程序相结合的方法，能够方便简捷地进行编程，从而提高加工效率。非圆曲线又可分为用方程表达的曲线和列表曲线两类，在此仅讨论可用方程表达的二次曲线（椭圆和抛物线等）。
二、G73编程指令的应用方法
编程指令G73，在多种数控车床系统中都作为复合型循环加工指令应用，而且应用格式和功能都基本相同。本文以FANUC（BEIJING- FANUC Series Oi Mate）数控系统为例来阐述非圆曲线轮廓的加工方法。
（一）G73指令使用的条件和格式
在FANUC数控车床系统中，G73指令一般用于粗加工锻造（或铸造）方式成型的工件，尤其是对于G71、G72等循环指令都无法加工的凹圆弧面的加工，它更能体现出优越性。
G73指令格式如下（BEIJING- FANUC Series Oi Mate）：
G73 U（ΔI）W（ΔK）R（d）
G73 P（n s）Q（nf）U（ ΔU）W（ ΔW）F（f）S（s）T（t）
N（ns）
。。。。。。
。。。。。。
N（nf）
指令中各参数的意义分别为：F为进给率，S为主轴转速，T为处于加工位置的刀位号，粗车加工过程中从顺序号ns到nf的程序段之间的F，S，T都无效，只G73指令中指定的F，S，T功能有效；ΔI为X轴方向退刀距离（半径指定）；Δ K为Z轴方向退刀距离；d为粗加工循环次数；ns为精加工循环段的第一个程序段号；nf为精加工循环段的最后一个程序段号；Δ U为X方向精加工预留量的距离及方向（直径指定）；Δ W为Z方向精加工预留量的距离及方向。
（二）G73指令的刀具循环路径
G73指令的刀具循环路径如图1所示。从 A′到B点的折线段为工件加工完成后的轮廓。加工时，刀具先定位于工件轮廓之外的点A，执行G73指令时，快速移动到点3，接着以点3为起点，按图中的箭头所指方向中途经点 3′，仿照工件的外形轮廓运行回到点2完成首次加工。
按照上述的运行规律，刀具循环运行3次最后回到点A，完成了对零件的粗加工。
G73指令在运用时，容易给使用者造成的麻烦是不知如何确定参数ΔI，ΔK和 d，随意确定的数值会导致：或者是刀具循环了多次还未加工到工件，或者是首次车削吃刀量过大，从而损坏刀具。这两类情况均会影响加工效率，达不到数控加工的目的。所以要解决此问题，其关键在于控制首次加工的吃刀量，使其值在背吃刀量的范围内。为使问题简单，可设置 ΔK与ΔW为零，主要解决如何确定ΔI的问题，从而可把循环路径简化为图2所示情况。
设其中α为自变量#500，X、Z为因变量，分别为#700和#600，则程序如下：
T0101
M03 S800
M08
G00 X64 Z- 35
G73 U8 R5
G73 P10 Q20 U2 F50
N10 G01 X60 F20
#500=5
WHILE[#500 LE 151]DO1
#700=40COS（#500+10）SQRT[1+3SIN（#500）SIN（#500）]
#600=40SIN（#500+10）SQRT[1+3SIN（#500）SIN（#500）]
#501=#500+85
五、结束语
通过上例可知，G73指令修改后的格式类似子程序的运用，从工件外不断逼近，直至最后加工成型，该指令解决了G71在运用当中必须要保证X轴与Z轴单调变化的不足；另外非圆曲线的特点也不能用相对编程方式，导致子程序无法使用，因此要能加工非圆曲线的工件必须综合使用G73指令与非圆曲线宏程序，方能实现数控加工方便快捷的目的。
致谢：
作者在撰写本文过程中，非常高兴得到广东省国防工办技师学院的杨幕湘和唐红权等几位老师的有益指导，并对本文的修改提供了宝贵意见，谨此表示感谢。
参考文献：
[1] 宋小春，张木青.数控车床编程与操作（第一版）.广州经济出版社，2002
[2] 韩鸿鸾，荣维芝.数控机床加工程序的编制（第一版）[M ].北京；机械工业出版社，2004
[3] 禹诚，肖明.数控车削加工中公式曲线在数控大赛中应用[J].CAD/CAM与制造业信息化，2007
[4] 邓中亮.非圆弧件车削加工技术[M ].北京：人民邮电出版社，1998.
[5] 于华，任秉银，王菊韵.数控机床的编程及实例[M ].北京：机械工业出 版社，2001. 万方数据
[6] 袁锋。数控车床培训教程（第一版）[M ].北京：机械工业出版社，2005
【关键词】G73编程指令；刀具循环路径；宏程序模板；非圆曲线零件
一、前言
在工程设计中，一些机械零件，为了满足其所需工件性能要求，截面形状常设计成非圆形，如内燃机、发动机的活塞，为了改善活塞的接触状态，活塞的径向方向要设计成变椭圆截面。随着科学技术的不断发展，非圆曲线零件所占的比例日益增加，为了达到所需要性能要求，其加工精度要求也随之提高，而相应的非圆曲线零件精密高效加工技术也成为当今加工技术研究的热点。数控加工是非圆曲线零件加工中非常有效的加工方法，可大幅度地提高生产效率。
椭圆和抛物线等非圆曲线轮廓形状的工件在数控车削加工中属于复杂零件类别，其成型方法通常有三种，一是成型法，如铸、锻、冲压等；二是特殊加工法，如线切割、电火花、激光加工等；三是运动合成法的数控加工等，如采用二次曲线法或用户宏程序法等等。
成型法是非圆零件常用的方法之一，但由于其制造精度较低与表面粗糙度值较大，故不能用于非圆零件的精加工，通常用于制作零件毛坯。对于普通材料的非圆曲线零件，采用特种加工时，一是成本较高，二是难以获得较高的加工效率。运动合成法的数控加工是获得高精度非圆零件的主要途径，在数控技术出现之前，非圆曲线轮廓零件的车削方法有两种，一是机械运动合成法，二是靠模仿形加工法。随着计算机和自动化技术的不断发展，各种系统的数控车床的不断出现，为各类非圆截面零件的加工奠定了良好的基础。但数控加工一般只能作直线插补和圆弧插补，遇到回转轮廓是非圆曲线的零件时，数学处理的任务是用直线段或圆弧段去逼近非圆轮廓，这种拟合法的特点就是根据零件图纸的形状误差要求，把曲线用许多小段的直线或者圆弧段来代替，根据零件图纸的形状误差，如果要求越高，相应的代替直线（圆弧）段数就越多，虽然可以凭借CAD软件来计算各节点的坐标值，但是节点过多，也会导致加工的不便。所以本文采用灵活运用成型加工复合循环编程指令G73和宏程序相结合的方法，能够方便简捷地进行编程，从而提高加工效率。非圆曲线又可分为用方程表达的曲线和列表曲线两类，在此仅讨论可用方程表达的二次曲线（椭圆和抛物线等）。
二、G73编程指令的应用方法
编程指令G73，在多种数控车床系统中都作为复合型循环加工指令应用，而且应用格式和功能都基本相同。本文以FANUC（BEIJING- FANUC Series Oi Mate）数控系统为例来阐述非圆曲线轮廓的加工方法。
（一）G73指令使用的条件和格式
在FANUC数控车床系统中，G73指令一般用于粗加工锻造（或铸造）方式成型的工件，尤其是对于G71、G72等循环指令都无法加工的凹圆弧面的加工，它更能体现出优越性。
G73指令格式如下（BEIJING- FANUC Series Oi Mate）：
G73 U（ΔI）W（ΔK）R（d）
G73 P（n s）Q（nf）U（ ΔU）W（ ΔW）F（f）S（s）T（t）
N（ns）
。。。。。。
。。。。。。
N（nf）
指令中各参数的意义分别为：F为进给率，S为主轴转速，T为处于加工位置的刀位号，粗车加工过程中从顺序号ns到nf的程序段之间的F，S，T都无效，只G73指令中指定的F，S，T功能有效；ΔI为X轴方向退刀距离（半径指定）；Δ K为Z轴方向退刀距离；d为粗加工循环次数；ns为精加工循环段的第一个程序段号；nf为精加工循环段的最后一个程序段号；Δ U为X方向精加工预留量的距离及方向（直径指定）；Δ W为Z方向精加工预留量的距离及方向。
（二）G73指令的刀具循环路径
G73指令的刀具循环路径如图1所示。从 A′到B点的折线段为工件加工完成后的轮廓。加工时，刀具先定位于工件轮廓之外的点A，执行G73指令时，快速移动到点3，接着以点3为起点，按图中的箭头所指方向中途经点 3′，仿照工件的外形轮廓运行回到点2完成首次加工。
按照上述的运行规律，刀具循环运行3次最后回到点A，完成了对零件的粗加工。
G73指令在运用时，容易给使用者造成的麻烦是不知如何确定参数ΔI，ΔK和 d，随意确定的数值会导致：或者是刀具循环了多次还未加工到工件，或者是首次车削吃刀量过大，从而损坏刀具。这两类情况均会影响加工效率，达不到数控加工的目的。所以要解决此问题，其关键在于控制首次加工的吃刀量，使其值在背吃刀量的范围内。为使问题简单，可设置 ΔK与ΔW为零，主要解决如何确定ΔI的问题，从而可把循环路径简化为图2所示情况。
设其中α为自变量#500，X、Z为因变量，分别为#700和#600，则程序如下：
T0101
M03 S800
M08
G00 X64 Z- 35
G73 U8 R5
G73 P10 Q20 U2 F50
N10 G01 X60 F20
#500=5
WHILE[#500 LE 151]DO1
#700=40COS（#500+10）SQRT[1+3SIN（#500）SIN（#500）]
#600=40SIN（#500+10）SQRT[1+3SIN（#500）SIN（#500）]
#501=#500+85
五、结束语
通过上例可知，G73指令修改后的格式类似子程序的运用，从工件外不断逼近，直至最后加工成型，该指令解决了G71在运用当中必须要保证X轴与Z轴单调变化的不足；另外非圆曲线的特点也不能用相对编程方式，导致子程序无法使用，因此要能加工非圆曲线的工件必须综合使用G73指令与非圆曲线宏程序，方能实现数控加工方便快捷的目的。
致谢：
作者在撰写本文过程中，非常高兴得到广东省国防工办技师学院的杨幕湘和唐红权等几位老师的有益指导，并对本文的修改提供了宝贵意见，谨此表示感谢。
参考文献：
[1] 宋小春，张木青.数控车床编程与操作（第一版）.广州经济出版社，2002
[2] 韩鸿鸾，荣维芝.数控机床加工程序的编制（第一版）[M ].北京；机械工业出版社，2004
[3] 禹诚，肖明.数控车削加工中公式曲线在数控大赛中应用[J].CAD/CAM与制造业信息化，2007
[4] 邓中亮.非圆弧件车削加工技术[M ].北京：人民邮电出版社，1998.
[5] 于华，任秉银，王菊韵.数控机床的编程及实例[M ].北京：机械工业出 版社，2001. 万方数据
[6] 袁锋。数控车床培训教程（第一版）[M ].北京：机械工业出版社，2005