基于FANUC宏程序的鉆深可變式深孔加工應用研究

摘要： 深孔加工是機械加工領域的一項重要技術(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，采用數(shù)控系統(tǒng)提供的宏程序功能對固定循環(huán)G73/G83指令進行某些改進，以滿足小批量生產(chǎn)的要求。 

    隨著機械工業(yè)的迅速發(fā)展，新型材料的出現(xiàn)，孔加工的難度越來越大，精度越來越高。尤其在油泵油嘴行業(yè)，一些高性能、高強化油泵油嘴產(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)注的問題。《機械工人》3/2006有篇文章《FANUC宏程序在深孔加工中的應用》，切深用等差級數(shù)減少，來實現(xiàn)鉆深可變式深孔加工，因此我寫這篇切深用等比級數(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，即I/D>5時，稱為深孔；L/D≤5時，稱為淺孔。

    深孔加工的斷屑與排屑是一個重要的問題，因為深孔加工切削熱不易排散，切屑不易排出，必須實行強制冷卻、強制排屑，目前普遍采用的方法是用高壓將切削液通過鉆桿的外部或內(nèi)部送到切削區(qū)，將切屑冷卻、潤滑后，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行的保障，與刀具斷屑臺尺寸、切削用量、刀具角度密切相關(guān)；切削用量應與斷屑臺尺寸相匹配．若加工時發(fā)現(xiàn)不斷屑時，應降低轉(zhuǎn)速，增大進給量，可以實現(xiàn)斷屑；影響斷屑效果的主要是刀具的前角，減少前角，可以很好地實現(xiàn)斷屑。

2深孔鉆削編程指令及分析

2.1 深孔加工的動作分析

    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為高速深孔往復排屑鉆，G83為深孔往復排屑鉆，深孔加工的動作是通過z軸方向的間斷進給，即采用啄鉆的方式來實現(xiàn)斷屑與排屑的。雖然G73和G83指令均能實現(xiàn)深孔加工，而且指令格式也相同，但二者在z向的進給動作是有區(qū)別的，圖1和圖2分別是G73和G83指令的動作過程。

    從圖1和圖2可以看出，執(zhí)行G73指令時，即每次向下進給后刀具并不快速返回至R點平面，而只是回退一個微小距離(即退刀量d)以斷屑，這里退刀量d是由No.5114參數(shù)設定；而G83指令，排屑式深孔加工循環(huán)，即每次向下進給后刀具都快速返回至R點平面，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來保證的。因此深孔加工，特別是長徑比較大的深孔，為保證順利打斷并排出切屑，應優(yōu)先采用G83指令。

2.2用G73和G83指令編程存在的問題

    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進行深孔鉆削編程時存在如下問題：

    G73和G83指令在鉆孔時孔底動作均為快速返回，無暫停的動作。在實際加工中，當鉆頭退出時，鉆屑在冷卻液沖刷下會落人孔中。當鉆頭再次進入后，它將撞擊位于孔底部的鉆屑。鉆屑在刀具的作用下開始旋轉(zhuǎn)，被切斷或熔化。同時對于深孔加工，隨著孔深的增加，排屑必然越加困難，如果為固定鉆深，開始時合適，待到接近孔底時卻不一定合適，如果按孔底加工情況來設定鉆深，則勢必嚴重影響加工效率。所以，有必要對深孔鉆削的動作進行相應的調(diào)整，宜采用可變鉆深，開始時鉆深最大，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數(shù)(加法運算)實現(xiàn)，即每次減少一個定值；也可以等比級數(shù)(乘 法運算)實現(xiàn)，即每次減少的比例相等。但不管用哪種，對最小鉆深都應有一個限制，當達到此值時，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數(shù)來設定，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、臺階深孔的加工空運行時間較長、排屑困難等問題。如果采用CAM軟件進行自動編程，即使采用G01、G00等簡單指令產(chǎn)生程序，也必須進行大量的手工修改才可避免上述問題，編程效率較低，且易出錯。經(jīng)過試驗，筆者以FANUC系統(tǒng)為例，編制了一個通用宏子程序，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(#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 程序開始，定位于G54原點上方

G65 P0020 Z-65 R1 Q20 F200 D0.5 調(diào)用宏程O1126

S004 T0.2

M30程序結(jié)束

自變量賦值說明(通用)

#7=(D)每次進給前的緩沖高度(絕對值)Depth

#9=(F)切削進給速度Feed

#17=(Q) 第1次鉆深(絕對值)

#18=(R)R點(快速趨近點)坐標(Z坐標值，非絕對值)

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

#20=(T)最小鉆深比例，最小鉆深為T*Q

#26= (Z)孔深(Z坐標值，非絕對值)

以下為類似于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的斷屑方式，如圖3。

宏 程 序(G73式)

O1126

G00Z#18 //快速趨近R點

#27=#18-#26 //總鉆深(絕對值)

#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 //每次向下鉆深進給1個#16(增量值)

G00Z#7 //快速回退1個#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按設定比例#19依次遞減(絕對值)

IF[#16GE#1]GOTO 3//如#16≥#1，轉(zhuǎn)至N3行(此時已執(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(此時已執(zhí)行完N2行)

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

G01 Z-#7 //向下鉆1個回退量#7(增量值)

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

#16=#16+#27//恢復剩余深度(絕對值)

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，即每次向下進給一個鉆深后，都快速返回到R點平面，如圖4。

宏 程 序(G83式)

O1126

G00Z#18 //快速趨近R點

#27=#18-#26//總鉆深(絕對值)

#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(絕對值)

#4=#18-#16 //第1次鉆深進給的Z坐標目標值(非絕對值)

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//每次鉆深進給至Z#4面

G00 Z#18 //快速返回至R點平面

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按設定比例#19依次遞減(絕對值)

IF[#16GE#1]GOTO3 //如#16≥#1，轉(zhuǎn)至N3行(此時已執(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(絕對值)#27依次遞減每次鉆深#16

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

#16=#16+#27//恢復剩余深度(絕對值)

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、加工機床及其檢測手段密切相關(guān)的，在實踐中要綜合考慮各因素的影響。實踐證明，利用FANUC宏程序編寫鉆深可變式深孔鉆加工程序，既可進行普通深孔和臺階深孔的加工，并能滿足深孔加工的斷屑和保證刀具充分冷卻等實際加工要求，從而有效地提高了刀具的耐用度和勞動生產(chǎn)率。