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、挖槽加工預鉆孔等。采用立式加工中心和數(shù)控銑床進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)為例來進行敘述。FANUC系統(tǒng)提供了G73和G83兩個指令：G73為高速深孔往復排屑鉆指令，G83為深孔往復排屑鉆指令。其指令格式為：

式中 X、Y——待加工孔的位置；

Z——孔底坐標值（若是通孔，則鉆尖應超出工件底面）；

R——參考點的坐標值（R點高出工件頂面2～5mm）；

Q——每一次的加工深度；

F——進給速度（mm / min）；

G98——鉆孔完畢返回初始平面；

G99——鉆孔完時返回參考平面（即R點所在平面）。

2.深孔加工的動作

深孔加工動作是通過Z軸方向的間斷進給，即采用啄鉆的方式，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。

圖1 G73指令動作過程

圖2 G83指令動作過程

從圖1和圖2可以看出，執(zhí)行G73指令時，每次進給后令刀具退回一個d值（用參數(shù)設定）；而G83指令則每次進給后均退回至R點，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。

3. 常規(guī)自動編程方法

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

圖3 鉆孔參數(shù)設置對話框

（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與工件或夾具發(fā)生碰撞；參考高度為開始一個刀具路徑前刀具回縮的位置，參考高度應高于下刀位置；下刀位置是指當?shù)毒咴谙碌段恢弥�上先快速下降，當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�?/p>

（2）鉆孔參數(shù)

根據(jù)孔加工方式的不同，可設置的參數(shù)個數(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間；

Shift——設置退刀時離開孔表面的距離。

（3）自動編程產(chǎn)生的程序段

由圖3對話框中設定參數(shù)值所產(chǎn)生的程序段為：

N110G98G83Z-150.R2.Q5.F90

比較對話框設定參數(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指令在鉆孔時孔底動作均為快速返回，不會產(chǎn)生暫停的動作，即Dwell設定值在此程序段中沒有得到體現(xiàn)。而在實際加工中，當鉆頭退出時，鉆屑在冷卻液沖刷下會落入孔中。這種情況尤其會發(fā)生在對鋼料的加工中。當鉆頭再次進入后，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，在必要時應暫停加工來清理吹凈鉆屑。

3）若加工臺階深孔，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，將在直徑20mm的長度上造成較大的時間浪費。

圖4 臺階孔

二、編程技巧

鑒于存在上述幾個缺陷，我們將鉆孔參數(shù)設置對話框中的Lst Peck參數(shù)設置成65，而Subsequent Peck的參數(shù)設置成5，Dwell設置成0（即不延時）。同時打開后置處理文件，將Usecanpeck項的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)（編程時間）

N100G21（公制單位）

N102G0G17G40G49G80G90（XY平面，半徑補償取消，長度補償取消，固定循環(huán)取消，絕對編程）

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

N104T1M6（換刀）

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

N108G43H1Z50.（長度正補償，刀具運動至安全高度）

N110Z2.（刀具運動至下刀位置）

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。此程序段可刪除）

N116Z-61.（快速運動至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.（快速運動至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Z-68的位置，使整個加工過程的時間縮短。但因沒有延時，故需用手工對程序進行修改。一般只需要在鉆至較深的位置時插入G04 P2000程序段（延時2秒），使鉆頭在R點延時足夠的時間，以充分冷卻鉆頭，保證鉆頭有足夠的耐用度。

三、結(jié)論

通過合理地設置鉆孔加工參數(shù)和適當?shù)匦薷暮笾锰幚砦募�，使自動編程產(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際情況。