深孔加工的編程及技巧

在數(shù)控加工中常遇到孔的加工，如定位銷孔、螺紋底孔、挖槽加工預(yù)鉆孔等。采用立式加工中心和數(shù)控銑床進(jìn)行孔加工是最普通的加工方法。但深孔加工，則較為困難，在深孔加工中除合理選擇切削用量外，還需解決三個(gè)主要問題：排屑、冷卻鉆頭和使加工周期最小化。本文將從編程方面討論解決有關(guān)深孔加工的主要問題。

一、深孔加工的編程指令及自動(dòng)編程

1. 深孔加工指令格式

大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都提供了深孔加工指令，這里以FANUC系統(tǒng)為例來(lái)進(jìn)行敘述。FANUC系統(tǒng)提供了G73和G83兩個(gè)指令：G73為高速深孔往復(fù)排屑鉆指令，G83為深孔往復(fù)排屑鉆指令。其指令格式為：

式中 X、Y——待加工孔的位置；

Z——孔底坐標(biāo)值（若是通孔，則鉆尖應(yīng)超出工件底面）；

R——參考點(diǎn)的坐標(biāo)值（R點(diǎn)高出工件頂面2～5mm）；

Q——每一次的加工深度；

F——進(jìn)給速度（mm / min）；

G98——鉆孔完畢返回初始平面；

G99——鉆孔完時(shí)返回參考平面（即R點(diǎn)所在平面）。

2.深孔加工的動(dòng)作

深孔加工動(dòng)作是通過Z軸方向的間斷進(jìn)給，即采用啄鉆的方式，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)作過程。

圖1 G73指令動(dòng)作過程

圖2 G83指令動(dòng)作過程

從圖1和圖2可以看出，執(zhí)行G73指令時(shí)，每次進(jìn)給后令刀具退回一個(gè)d值（用參數(shù)設(shè)定）；而G83指令則每次進(jìn)給后均退回至R點(diǎn)，即從孔內(nèi)完全退出，然后再鉆入孔中。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。

3. 常規(guī)自動(dòng)編程方法

這里以MasterCAM V9為例，其鉆孔參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如圖3所示。

圖3 鉆孔參數(shù)設(shè)置對(duì)話框

（1）高度參數(shù)

高度參數(shù)包括Clearance（安全高度）、Retract（參考高度）、Feedplane（下刀位置）、Top of stock（工件頂面）和Depth（切削深度）等。

安全高度是指在此高度上刀具可以在任何位置平移而不會(huì)與工件或夾具發(fā)生碰撞；參考高度為開始一個(gè)刀具路徑前刀具回縮的位置，參考高度應(yīng)高于下刀位置；下刀位置是指當(dāng)?shù)毒咴谙碌段恢弥�上先快速下降，�?dāng)下降到該位置后再以慢速接近工件；工件頂面是指工件上表面的高度值；切削深度是指最后的加工深度。

（2）鉆孔參數(shù)

根據(jù)孔加工方式的不同，可設(shè)置的參數(shù)個(gè)數(shù)也不同，各參數(shù)的含義如下：

Lst Peck——第一次啄鉆深度；

Subsequent Peck——以后每次的啄鉆深度；

Peck Clearance——啄孔間隙；

Chip Break——退刀量；

Dwell——刀具暫停在孔底部的時(shí)間；

Shift——設(shè)置退刀時(shí)離開孔表面的距離。

（3）自動(dòng)編程產(chǎn)生的程序段

由圖3對(duì)話框中設(shè)定參數(shù)值所產(chǎn)生的程序段為：

N110G98G83Z-150.R2.Q5.F90

比較對(duì)話框設(shè)定參數(shù)與所產(chǎn)生的程序段，可以看出：

1）程序段中產(chǎn)生了第一次啄鉆深度值Q5，“以后每次啄鉆深度值”和“啄鉆間隙值”兩參數(shù)不起任何作用；

2)G73和G83指令在鉆孔時(shí)孔底動(dòng)作均為快速返回，不會(huì)產(chǎn)生暫停的動(dòng)作，即Dwell設(shè)定值在此程序段中沒有得到體現(xiàn)。而在實(shí)際加工中，當(dāng)鉆頭退出時(shí)，鉆屑在冷卻液沖刷下會(huì)落入孔中。這種情況尤其會(huì)發(fā)生在對(duì)鋼料的加工中。當(dāng)鉆頭再次進(jìn)入后，它將撞擊位于孔底部鉆屑。鉆屑在刀具的作用下開始旋轉(zhuǎn)，將鉆屑切斷或熔化。因此，在必要時(shí)應(yīng)暫停加工來(lái)清理吹凈鉆屑。

3）若加工臺(tái)階深孔，如圖4所示，其加工工藝一般是先加工直徑為20的孔，然后再鉆底部直徑為10的孔。然而用G83指令加工底部直徑為10mm的深孔時(shí)，將在直徑20mm的長(zhǎng)度上造成較大的時(shí)間浪費(fèi)。

圖4 臺(tái)階孔

二、編程技巧

鑒于存在上述幾個(gè)缺陷，我們將鉆孔參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中的Lst Peck參數(shù)設(shè)置成65，而Subsequent Peck的參數(shù)設(shè)置成5，Dwell設(shè)置成0（即不延時(shí)）。同時(shí)打開后置處理文件，將Usecanpeck項(xiàng)的Yes，改成NO，則產(chǎn)生如下程序：

%O0000（文件名）

(PROGRAM NAME - T1)（程序名）

(DATE, Day-Month-Year - 26-04-04TIME, Hr:Min - 14:00)（編程時(shí)間）

N100G21（公制單位）

N102G0G17G40G49G80G90（XY平面，半徑補(bǔ)償取消，長(zhǎng)度補(bǔ)償取消，固定循環(huán)取消，絕對(duì)編程）

( 10. CENTER DRILL TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 10.)（刀具說(shuō)明）

N104T1M6（換刀）

N106G0G90G54X0.Y0.S1145M03M08（調(diào)用工件坐標(biāo)系，刀具移至X0Y0，啟動(dòng)主軸，開冷卻泵）

N108G43H1Z50.（長(zhǎng)度正補(bǔ)償，刀具運(yùn)動(dòng)至安全高度）

N110Z2.（刀具運(yùn)動(dòng)至下刀位置）

N112G1Z-63.F90（第一次啄鉆，深度至為Z-63。這段可以刪除）

N114G0Z2.（快速退回至R點(diǎn)。此程序段可刪除）

N116Z-61.（快速運(yùn)動(dòng)至Z-61的位置，留有2mm的啄孔間隙）

N118G1Z-68F90（鉆至Z-68的深度，從Z-63鉆至Z-68，每次啄鉆5mm）

N120G0Z2.（快速退回至下刀位置）

N122Z-66.（快速運(yùn)動(dòng)至Z-66的位置，留有2mm的啄孔間隙）

N124G1Z-73.（鉆至Z-73的深度，從Z-68鉆至Z-73，每次啄鉆5mm）

N126G0Z2.

N121G04P2000（延時(shí)2秒。此程序段為手工插入）

N128Z-71.

N130G1Z-78.

……

從上面程序中可以看出，第一次啄鉆深度即達(dá)Z-68的位置，使整個(gè)加工過程的時(shí)間縮短。但因沒有延時(shí)，故需用手工對(duì)程序進(jìn)行修改。一般只需要在鉆至較深的位置時(shí)插入G04 P2000程序段（延時(shí)2秒），使鉆頭在R點(diǎn)延時(shí)足夠的時(shí)間，以充分冷卻鉆頭，保證鉆頭有足夠的耐用度。

三、結(jié)論

通過合理地設(shè)置鉆孔加工參數(shù)和適當(dāng)?shù)匦薷暮笾锰幚砦募�，使自�?dòng)編程產(chǎn)生的程序能滿足深孔加工的斷屑、保證刀具充分冷卻等實(shí)際情況。