基于FANUC宏程序的鉆深可變式深孔加工應(yīng)用研究

摘要： 深孔加工是機(jī)械加工領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)，由于孔深，切削液難以有效地冷卻到切削區(qū)域，且刀具在深孔內(nèi)切削，切屑不易排出，刀具的磨損和損壞等情況都無(wú)法觀察，加工質(zhì)量不易控制。本文主要闡述了深孔加工的工藝和特點(diǎn)，采用數(shù)控系統(tǒng)提供的宏程序功能對(duì)固定循環(huán)G73/G83指令進(jìn)行某些改進(jìn)，以滿(mǎn)足小批量生產(chǎn)的要求。 

    隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展，新型材料的出現(xiàn)，孔加工的難度越來(lái)越大，精度越來(lái)越高。尤其在油泵油嘴行業(yè)，一些高性能、高強(qiáng)化油泵油嘴產(chǎn)品的發(fā)展，深孔加工已成為瓶頸工序，深孔加工技術(shù)已成為人們十分關(guān)注的問(wèn)題�！稒C(jī)械工人》3/2006有篇文章《FANUC宏程序在深孔加工中的應(yīng)用》，切深用等差級(jí)數(shù)減少，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆深可變式深孔加工，因此我寫(xiě)這篇切深用等比級(jí)數(shù)減少的文章，以供大家分享。

1 深孔加工的工藝分析

    一般規(guī)定孔深L與孔徑D之比大于5時(shí)，即I/D>5時(shí)，稱(chēng)為深孔；L/D≤5時(shí)，稱(chēng)為淺孔。

    深孔加工的斷屑與排屑是一個(gè)重要的問(wèn)題，因?yàn)樯羁准庸で邢鳠岵灰着派�，切屑不易排出，必須�?shí)行強(qiáng)制冷卻、強(qiáng)制排屑，目前普遍采用的方法是用高壓將切削液通過(guò)鉆桿的外部或內(nèi)部送到切削區(qū)，將切屑冷卻、潤(rùn)滑后，把切屑由鉆桿的外部或內(nèi)部排出。斷屑是深孔加工順利進(jìn)行的保障，與刀具斷屑臺(tái)尺寸、切削用量、刀具角度密切相關(guān)；切削用量應(yīng)與斷屑臺(tái)尺寸相匹配．若加工時(shí)發(fā)現(xiàn)不斷屑時(shí)，應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，增大進(jìn)給量，可以實(shí)現(xiàn)斷屑；影響斷屑效果的主要是刀具的前角，減少前角，可以很好地實(shí)現(xiàn)斷屑。

2深孔鉆削編程指令及分析

2.1 深孔加工的動(dòng)作分析

    大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)提供了深孔鉆削指令G73和G83，其中G73為高速深孔往復(fù)排屑鉆，G83為深孔往復(fù)排屑鉆，深孔加工的動(dòng)作是通過(guò)z軸方向的間斷進(jìn)給，即采用啄鉆的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)斷屑與排屑的。雖然G73和G83指令均能實(shí)現(xiàn)深孔加工，而且指令格式也相同，但二者在z向的進(jìn)給動(dòng)作是有區(qū)別的，圖1和圖2分別是G73和G83指令的動(dòng)作過(guò)程。

    從圖1和圖2可以看出，執(zhí)行G73指令時(shí)，即每次向下進(jìn)給后刀具并不快速返回至R點(diǎn)平面，而只是回退一個(gè)微小距離(即退刀量d)以斷屑，這里退刀量d是由No.5114參數(shù)設(shè)定；而G83指令，排屑式深孔加工循環(huán)，即每次向下進(jìn)給后刀具都快速返回至R點(diǎn)平面，即從孔內(nèi)完全退出，然后再鉆人孔中。深孔加工與退刀相結(jié)合可以破碎鉆屑，令其小得足以從鉆槽順利排出，并且不會(huì)造成表面的損傷，可避免鉆頭的過(guò)早磨損。G73指令雖然能保證斷屑，但排屑主要是依靠鉆屑在鉆頭螺旋槽中的流動(dòng)來(lái)保證的。因此深孔加工，特別是長(zhǎng)徑比較大的深孔，為保證順利打斷并排出切屑，應(yīng)優(yōu)先采用G83指令。

2.2用G73和G83指令編程存在的問(wèn)題

    由圖1和圖2可以看出，利用現(xiàn)有固定循環(huán)指令G73和G83進(jìn)行深孔鉆削編程時(shí)存在如下問(wèn)題：

    G73和G83指令在鉆孔時(shí)孔底動(dòng)作均為快速返回，無(wú)暫停的動(dòng)作。在實(shí)際加工中，當(dāng)鉆頭退出時(shí)，鉆屑在冷卻液沖刷下會(huì)落人孔中。當(dāng)鉆頭再次進(jìn)入后，它將撞擊位于孔底部的鉆屑。鉆屑在刀具的作用下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，被切斷或熔化。同時(shí)對(duì)于深孔加工，隨著孔深的增加，排屑必然越加困難，如果為固定鉆深，開(kāi)始時(shí)合適，待到接近孔底時(shí)卻不一定合適，如果按孔底加工情況來(lái)設(shè)定鉆深，則勢(shì)必嚴(yán)重影響加工效率。所以，有必要對(duì)深孔鉆削的動(dòng)作進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，宜采用可變鉆深，開(kāi)始時(shí)鉆深最大，隨著深度的增加，鉆深逐漸變小，確保刀具充分冷卻和順利排屑。

    鉆深的變化可以等差級(jí)數(shù)(加法運(yùn)算)實(shí)現(xiàn)，即每次減少一個(gè)定值；也可以等比級(jí)數(shù)(乘 法運(yùn)算)實(shí)現(xiàn)，即每次減少的比例相等。但不管用哪種，對(duì)最小鉆深都應(yīng)有一個(gè)限制，當(dāng)達(dá)到此值時(shí)，就不再減小，以保證起碼的加工效率。

    鉆深的變化都是按等比級(jí)數(shù)來(lái)設(shè)定，即下面程序中的#19，作用即為：Q2=Q1*#19，Q3=Q2*#19，…，Qn=Qn_l，p#19，依次類(lèi)推，直到Q=最小鉆深#1。

3 鉆削深孔通用宏子程序的編制

    如前所述，通用固定循環(huán)指令在深孔鉆削編程中存在著刀具冷卻、臺(tái)階深孔的加工空運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)、排屑困難等問(wèn)題。如果采用CAM軟件進(jìn)行自動(dòng)編程，即使采用G01、G00等簡(jiǎn)單指令產(chǎn)生程序，也必須進(jìn)行大量的手工修改才可避免上述問(wèn)題，編程效率較低，且易出錯(cuò)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，筆者以FANUC系統(tǒng)為例，編制了一個(gè)通用宏子程序，利用G65功能調(diào)用該子程序，較好地解決了刀具冷卻、排屑等深孔加工問(wèn)題。

3.1 G65調(diào)用子程序的格式 用G65指令調(diào)用子程序的格式為：G65P0020 X_Y_Z_R_Q_P_K_F_；X、Y為孔的定位坐標(biāo)(#23、#24)。

3.2 鉆深可變式深孔鉆加工宏程序

主程序的結(jié)構(gòu)

O1125

S1000 M03

G54G90G00X0Y0Z30 程序開(kāi)始，定位于G54原點(diǎn)上方

G65 P0020 Z-65 R1 Q20 F200 D0.5 調(diào)用宏程O(píng)1126

S004 T0.2

M30程序結(jié)束

自變量賦值說(shuō)明(通用)

#7=(D)每次進(jìn)給前的緩沖高度(絕對(duì)值)Depth

#9=(F)切削進(jìn)給速度Feed

#17=(Q) 第1次鉆深(絕對(duì)值)

#18=(R)R點(diǎn)(快速趨近點(diǎn))坐標(biāo)(Z坐標(biāo)值，非絕對(duì)值)

#19=(S)鉆深每次遞減比例Scale(經(jīng)驗(yàn)值可取0.3～0.5)

#20=(T)最小鉆深比例，最小鉆深為T(mén)*Q

#26= (Z)孔深(Z坐標(biāo)值，非絕對(duì)值)

以下為類(lèi)似于G73式的鉆深可變式深孔鉆加工宏程序。主要是為了在加工條件允許的情況下追求更高效率而采用較為激進(jìn)的斷屑方式，如圖3。

宏 程 序(G73式)

O1126

G00Z#18 //快速趨近R點(diǎn)

#27=#18-#26 //總鉆深(絕對(duì)值)

#16=#17 //第1次鉆深(即賦#16初始值為#17)

#1=#20*#17 //最小鉆深

#27=#27-#16 //第1次鉆后的剩余深度(絕對(duì)值)

WHILE[#27GT0]DO 1 //如鉆深未到底，則鉆孔，即循環(huán)1繼續(xù)

G91 G01 Z-#16 F#9 //每次向下鉆深進(jìn)給1個(gè)#16(增量值)

G00Z#7 //快速回退1個(gè)#7(增量值)

IF[#16GE#1]GOTO 1//如鉆深#16≥最小鉆深#1，轉(zhuǎn)至N1行

N1#16=#16*#19//鉆深#16按設(shè)定比例#19依次遞減(絕對(duì)值)

IF[#16GE#1]GOTO 3//如#16≥#1，轉(zhuǎn)至N3行(此時(shí)已執(zhí)行完N1行)

IF[#16LT#1]GOTO2 //如鉆深#16<最小鉆深#1，轉(zhuǎn)至N2行

N2#16=#1 //鉆深#16=最小鉆深#1

IF[#16LT#1]GOTO3 //如#16<#1，轉(zhuǎn)至N3行(此時(shí)已執(zhí)行完N2行)

N3#27=#27-#16 //剩余深度(絕對(duì)值)#27依次遞減每次鉆深#16

G01 Z-#7 //向下鉆1個(gè)回退量#7(增量值)

END 1 //鉆深不足1次(此時(shí)0<#27<#1)時(shí)循環(huán)1結(jié)束

#16=#16+#27//恢復(fù)剩余深度(絕對(duì)值)

G01 Z-#16 //完成最后1段鉆深加工

G80G90G00Z30 //返回安全平面并取消固定循環(huán)

M99 //宏程序結(jié)束返回

    以下為類(lèi)似于G83式的鉆深可變式深孔鉆加工宏程序。主要用于深徑比較大、材料加工性能較差、加工條件較惡劣的深孔鉆削加工，因此采用較為保守和徹底的排屑方式，即每次向下進(jìn)給一個(gè)鉆深后，都快速返回到R點(diǎn)平面，如圖4。

宏 程 序(G83式)

O1126

G00Z#18 //快速趨近R點(diǎn)

#27=#18-#26//總鉆深(絕對(duì)值)

#16=#17//第1次鉆深(即賦#16初始值為#17)

#1=#20*#17 //最小鉆深

#27=#27-#16//第1次鉆后的剩余深度(絕對(duì)值)

#4=#18-#16 //第1次鉆深進(jìn)給的Z坐標(biāo)目標(biāo)值(非絕對(duì)值)

WHILE[#27GT0]DO1//如鉆深未到底，則鉆孔，即循環(huán)1繼續(xù)

G01 Z#4 F#9//每次鉆深進(jìn)給至Z#4面

G00 Z#18 //快速返回至R點(diǎn)平面

Z[#4+#7] //快速下降至Z#4面上#7處(#7由D賦值)

IF[#16GE#1]GOT01 //如鉆深#16≥最小鉆深#1，轉(zhuǎn)至N1行

N1#16=#16*#19 //鉆深#16按設(shè)定比例#19依次遞減(絕對(duì)值)

IF[#16GE#1]GOTO3 //如#16≥#1，轉(zhuǎn)至N3行(此時(shí)已執(zhí)行完N1行)

IF[#16LT#1]GOTO2 //如鉆深#16<最小鉆深#1，轉(zhuǎn)至N2行

N2#16=#1 //鉆深#16=最小鉆深#1

IF[#16LT#1]GOTO3 //如#16<#1，轉(zhuǎn)至N3行

#4=#4-#16 //#4依次遞減#16

N3#27=#27-#16 //剩余深度(絕對(duì)值)#27依次遞減每次鉆深#16

END 1 //鉆深不足1次(此時(shí)0<#27<#1)時(shí)循環(huán)1結(jié)束

#16=#16+#27//恢復(fù)剩余深度(絕對(duì)值)

G01 Z[#4-#16] //完成最后1段鉆深加工

G80Z30 //返回安全平面并取消固定循環(huán)

M99//宏程序結(jié)束返回

4 結(jié)論

    深孔零件的加工是與零件的材質(zhì)、使用的刀具、加工機(jī)床及其檢測(cè)手段密切相關(guān)的，在實(shí)踐中要綜合考慮各因素的影響。實(shí)踐證明，利用FANUC宏程序編寫(xiě)鉆深可變式深孔鉆加工程序，既可進(jìn)行普通深孔和臺(tái)階深孔的加工，并能滿(mǎn)足深孔加工的斷屑和保證刀具充分冷卻等實(shí)際加工要求，從而有效地提高了刀具的耐用度和勞動(dòng)生產(chǎn)率。