深孔加工數(shù)控程序優(yōu)化應(yīng)用

甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （ 武威 733006) 劉玉春

1.深孔加工的工藝分析

（1）深孔加工的特點 一般規(guī)定孔深L與孔徑D之比大于5時，即L/D>5時，稱為深孔；L/D≤5時，稱為淺孔。深孔加工是處于封閉或半封閉狀態(tài)下進行的，特點如下：由于深孔加工時操作者不能直接觀察刀具的切削情況，目前只能憑經(jīng)驗、聽聲音、看切屑、觸摸振動等外觀現(xiàn)象來判斷過程是否正常；同時切削熱不易散出，而一般切削過程中80%的切削熱由切屑帶走，而深孔加工刀具本身所占比例大，易過熱、擴散遲，切削路程長，切屑排出困難，刀具易磨損、崩刃；另外深孔加工的工藝系統(tǒng)剛性差，孔的長徑比較大，鉆桿細(xì)而長，易振動，鉆孔易走偏，孔的加工精度及表面粗糙度不易保證。

（2）制定深孔零件加工工藝要解決的主要問題 ①定位基準(zhǔn)的選擇：選擇深孔加工的定位基準(zhǔn)是一個重要問題。對于回轉(zhuǎn)體、中小直徑深孔零件的鉆孔及管坯鏜孔，常采用錐面定位。內(nèi)錐面定位用于中等直徑的內(nèi)排屑加工方式，外錐面定位用于小直徑外排屑方式或槍鉆系統(tǒng)。大直徑深孔，常采用外圓定位。對于非回轉(zhuǎn)體，常采用零件的安裝面為加工定位基準(zhǔn)。②深孔加工的工藝分析：加工方法的選擇根據(jù)深孔表面的技術(shù)要求，確定加工方法及走刀次數(shù)。要達到常見深孔加工方法和刀具所適用的加工范圍。確定加工方法的另一重要因素是零件的材料性質(zhì)，如淬火鋼用磨削加工，有色金屬磨削困難，一般用金剛鏜或精密車削進行精加工。

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(yīng)與斷屑臺尺寸相匹配.若加工時發(fā)現(xiàn)不斷屑時，應(yīng)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。

在毛坯變?yōu)槌善返倪^程中，在某加工表面上切除的金屬層的總厚度稱為該表面加工總余量。深孔零件的加工余量比一般孔加工要大，因為上道工序的形位誤差比較大，同時為保證一定的徑向力，使導(dǎo)向緊貼孔壁，起穩(wěn)定鉆削作用。不同的刀具和不同的刀具角度，要求的余量不同，如單刃鉸刀比多刃鉸刀的余量大，偏角大的比主偏角小的鉸刀的余量大；相同條件下，切削用量大的比切削用量小的要求的余量大；上道工序所留加工余量的均勻性越差，要求的余量越大；具有抗黏性的切削液的加工余量小于其他切削液的加工余量。

2.深孔鉆削編程指令及分析

（1）深孔鉆削指令 指令格式：

其中，X、Y為待加工孔的位置；Z為孔底坐標(biāo)值（若是通孔，則鉆尖應(yīng)超出工件底面）；R為參考點的坐標(biāo)值（R點高出工件頂面2～5mm）；Q為每一次的加工深度；F為進給速度（mm/min）；G98為鉆孔完畢返回初始平面；G99為鉆孔完時返回參考平面（即R點所在平面）。如果Z、K、Q移動量為零時，該指令不執(zhí)行。

（2）深孔加工的動作 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指令動作循環(huán)圖

圖2 G83指令動作循環(huán)圖

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(shè)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，然后再鉆入孔中。深孔加工與退刀相結(jié)合可以破碎切屑，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，但排屑主要是依靠切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(yīng)優(yōu)先采用G83指令。

（3）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進行深孔切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(dāng)鉆頭退出時，切屑在切削液沖刷下會落入孔中。當(dāng)鉆頭再次進入后，它將撞擊位于孔底部的切屑。切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(shè)定鉆深，則勢必嚴(yán)重影響加工效率。所以，有必要對深孔鉆削的動作進行相應(yīng)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(yīng)有一個限制，當(dāng)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(shè)定，即下面程序中的#19，作用即為：Q2=Q1×#19，Q3= Q2×#19，…，Qn=Qn－l×#19，依次類推，直到Q=最小鉆深#1（見圖3、圖4）。

圖3 鉆深可變工深孔鉆加工（G73）

圖4 鉆深可變工深孔鉆加工（G83）

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等問題。而解決這些問題的方法之一是修改存儲在系統(tǒng)內(nèi)存中的固定循環(huán)指令，但這很繁瑣。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。

（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：

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所示。

宏程序（G73式）：

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所示。

宏程序（G83式）：

（3）使用深孔鉆加工宏程序的注意事項 ①調(diào)用該子程序的主程序中，應(yīng)先起動主軸、冷卻泵、換好刀具等。②為方便編程，該子程序所用坐標(biāo)值采用絕對坐標(biāo)。③若加工通孔，則孔底坐標(biāo)尺寸應(yīng)確?？棕灤＂軕?yīng)預(yù)先設(shè)置刀具長度補償值。⑤可用于加工臺階類深孔。

4.結(jié)語

通過以上兩個宏程序與標(biāo)準(zhǔn)的G83、G73固定循環(huán)的比較，可以看出它們在動作方式及加工參數(shù)方面的實質(zhì)差別其實非常小。但利用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、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壽命和勞動生產(chǎn)率。