數(shù)控銑床關(guān)于孔加工的研究分析

高波 薛浩 田曉光

摘要：孔存在于各種機(jī)械零件中，所以孔的加工也是一種很常見的加工方式。目前最常見的孔加工就是在數(shù)控銑床或者加工中心上完成的。根據(jù)孔的形式、孔的深度、零件的材質(zhì)、刀具的材質(zhì)等不同條件，孔加工用的G代碼也各有不同，本文主要是針對(duì)不同的孔加工方式進(jìn)行分析，希望通過(guò)研究能夠?qū)准庸び懈宄恼J(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控;銑床;孔加工;G代碼

中圖分類號(hào)：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）04-0003-02

1 孔加工的動(dòng)作分解

每個(gè)孔的加工過(guò)程基本動(dòng)作都是相同的：快速移動(dòng)、工進(jìn)鉆孔、退出，然后重新定位到孔的上方重復(fù)上述動(dòng)作。編程時(shí)，同樣的程序段需要編寫若干次，十分麻煩。使用固定循環(huán)功能，可以大大簡(jiǎn)化程序的編制，這就是我們所說(shuō)的孔加工循環(huán)G代碼。每個(gè)G代碼的加工過(guò)程我們可以大致的把孔加工分解為六個(gè)動(dòng)作。

（1）初始位置高度孔的X、Y位置快速定位：在對(duì)孔加工之前，先在一定的高度將道具移到孔的正上方準(zhǔn)備孔的加工，這個(gè)過(guò)程即為初始平面的快速定位，在初始平面可以進(jìn)行刀具的更換以及工件的裝夾。（2）Z軸快速移動(dòng)定位到安全高度：在刀具快速定位到孔的正上方之后，刀具要下行對(duì)孔進(jìn)行加工，為了提高效率，這個(gè)過(guò)程要快速進(jìn)行。由于移動(dòng)速度較快，若鉆頭與工件直接接觸會(huì)導(dǎo)致刀具損壞。因此，在工件的上方3～5mm處設(shè)定一個(gè)安全平面（R平面）。這個(gè)過(guò)程就是刀具快速移動(dòng)到安全高度。（3）鉆孔過(guò)程動(dòng)作：刀具在達(dá)安全高度之后，刀具的移動(dòng)速度由快進(jìn)轉(zhuǎn)換成工進(jìn)，然后在這個(gè)平面內(nèi)開始鉆孔，最終刀具走到孔的底部（Z點(diǎn)）。（4）孔底動(dòng)作：在孔底的動(dòng)作包括暫停、主軸準(zhǔn)停、刀具移位等，孔有通孔和不通孔（盲孔）之分。很多時(shí)候?yàn)榱丝椎谋砻婊蚩椎妆砻尜|(zhì)量，需要將鉆頭在孔底暫停一段時(shí)間。而在鏜孔時(shí)，主軸有一個(gè)定向的橫向偏置，這就是主軸準(zhǔn)停、刀具移位。（5）Z軸退回到安全高度：當(dāng)完成孔的加工之后，刀具從孔中推出，首先退到安全平面，準(zhǔn)備下一個(gè)孔的加工。（6）快速返回到初始平面或設(shè)定高度：當(dāng)所有孔加工完畢需要抬刀的時(shí)候，則將刀具再?gòu)陌踩矫婵焖俜祷氐匠跏计矫婊蛘呤孪仍O(shè)定好的高度。

2 孔加工固定循環(huán)的指令格式

任何一種孔的加工都包括上述的六個(gè)動(dòng)作，他們的G代碼循環(huán)格式也有很多相似之處。這樣我們把孔加工循環(huán)格式總結(jié)出一個(gè)通用的格式：

G90（G91） G98（G99） G73～G89 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_ L_

下面我們來(lái)解釋這個(gè)程序段的含義：

G90（G91）——編程坐標(biāo)格式。在編程之前，首先指定編程坐標(biāo)格式，G90是指用絕對(duì)坐標(biāo)編程，G90方式下，R與Z一律取其終點(diǎn)坐標(biāo)值。在缺省狀態(tài)下也是這種指令格式，G91指增量坐標(biāo)編程，G91方式下R是自初始點(diǎn)到R點(diǎn)間的距離，Z是自R點(diǎn)到Z點(diǎn)的距離。

G98（G99）——孔加工結(jié)束，刀具返回的位置。在孔加工結(jié)束，刀具要返回到一定高度，G98指刀具返回到初始點(diǎn)所在平面，G99指刀具返回到 R點(diǎn)所在平面。

G73～G89——對(duì)應(yīng)的不同形式孔加工的G代碼。

X、Y——孔X，Y的坐標(biāo)值，增量坐標(biāo)和絕對(duì)坐標(biāo)都可以。

Z——G90時(shí)，Z值表示原點(diǎn)到Z點(diǎn)的距離，G91時(shí)，Z值表示R點(diǎn)到Z點(diǎn)的距離。

R——G90時(shí)，R值表示原點(diǎn)到R點(diǎn)的距離，G91時(shí)，R值表示R點(diǎn)到初始平面的距離。

Q——在G73或G83指令中，指定每次進(jìn)給的深度;在G76或G87指令中，指刀具橫向的偏置量。

P——刀具在孔底的暫停時(shí)間。

F——切削進(jìn)給速度。

L——固定循環(huán)次數(shù)，不指定時(shí)只進(jìn)行一次。

G73～G89、Z、R、P、Q都是模態(tài)代碼。

3 G代碼分類解析

3.1 淺孔的加工（G81、G82）

淺孔的加工相對(duì)簡(jiǎn)單，效率高，因?yàn)闇\孔加工過(guò)程排出鐵屑較少，鐵屑不會(huì)填滿鉆頭的容屑槽。因此，不需要在加工過(guò)程中退刀，可一次加工完成。

G81——鉆削固定循環(huán)指令 格式：G81 X_ Y_ Z_ R_ F_

主軸正轉(zhuǎn)，進(jìn)入孔加工，到達(dá)孔底之后無(wú)動(dòng)作，直接返回。

G82——鉆削固定循環(huán)指令 格式：G82 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_

G82與G81的主要區(qū)別是，在孔底增加了進(jìn)給暫停動(dòng)作，進(jìn)給停止，主軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使孔的表面更光滑。

舉例：零件如圖1所示，φ6孔已加工，使用G82指令編寫锪孔加工程序。

編制锪孔程序如下：

O0001 程序號(hào)

G91 G28 Z0; 返回軸參考點(diǎn)

M06 T01; 換01號(hào)刀具（φ10锪孔鉆）

G90 G54 G43 G00 Z100.0? H01; 絕對(duì)坐標(biāo)，第一工件坐標(biāo)系，建立01號(hào)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，Z向快速定位至Z100

M03 S600; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速600r/min

M08; 切削液開

G99 G82 X0 Y14.0 Z-5.0 R3.0 P1000 F20; 锪孔1，孔位（0，14），加工孔深至Z-5，R平面確定在Z3的位置，孔底暫停1s，刀具返回R平面，進(jìn)給速度20mm/min

G98 Y-14.0; 锪孔2，返回初始平面

G80; 取消固定循環(huán)

G00 Z150; 快速抬刀至Z150

M30; 程序結(jié)束并返回起點(diǎn)

3.2 深孔的加工（G73、G83）

深孔加工時(shí)鐵屑很難排出，冷卻液也很難進(jìn)入孔內(nèi)，導(dǎo)致散熱和潤(rùn)滑效果差。在鉆頭鉆削的時(shí)候注意邊鉆邊退，鐵屑才能在容屑槽內(nèi)順暢排除。G73和G83兩個(gè)固定循環(huán)指令主要是針對(duì)深孔的加工，可以滿足邊鉆邊退的要求，很容易使鐵屑排出。下面將分別介紹這兩個(gè)指令。

G73——高速深孔鉆削固定循環(huán)指令 格式：G73 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_

與G81的主要區(qū)別是，深孔加工時(shí)需要間歇性進(jìn)給，這樣有利于鐵屑的排出。每次背吃刀量為Q，退刀距離為d。

G83——深孔鉆削固定循環(huán)指令 格式：G83 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_

與G73的主要區(qū)別是，該指令的退刀量不是d，而是返回到R平面，這樣有利于刀具的散熱和鐵屑的排出。

3.3 鏜孔的加工（G76、G85）

鏜孔，是在有孔的基礎(chǔ)上對(duì)孔進(jìn)一步加工。鏜孔的主要目的是為了提高孔的精度、表面粗糙度、擴(kuò)大孔的直徑，為偏離中心的孔找正。鏜孔常見的指令包括G85和G76。

G85——鏜削固定循環(huán)指令 格式：G85 X_ Y_ Z_ R_ F_

主軸正轉(zhuǎn)，刀具以進(jìn)給速度向下運(yùn)動(dòng)鏜孔，到達(dá)孔底位置后，立即以進(jìn)給速度退出（沒(méi)有孔底動(dòng)作）。

G76——精鏜固定循環(huán)指令 格式：G76 X_ Y_ Z_ R_ P_ Q_ F_

與G85的區(qū)別是：G76在孔底有三個(gè)動(dòng)作，即進(jìn)給暫停、主軸定向停止、刀具沿刀尖所指的反方向偏移Q值，然后快速退出。

3.4 內(nèi)螺紋攻絲加工（G74、G84）

攻絲加工是利用絲錐進(jìn)行螺紋加工的一種加工方式，常用的絲錐包括直絲錐和螺旋絲錐。攻絲時(shí)應(yīng)注意一個(gè)問(wèn)題：應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)給速度F（mm/min）和主軸轉(zhuǎn)速S（mm/r）之間的關(guān)系才能保證螺紋的導(dǎo)程F。具體計(jì)算公式為：

G84——攻螺紋固定循環(huán)指令 G84 X_ Y_ Z_ R_ F_

攻螺紋進(jìn)給時(shí)主軸正轉(zhuǎn)，退出時(shí)主軸反轉(zhuǎn)。因?yàn)槭锹菁y的加工，所以在加工完畢退刀時(shí)也應(yīng)該以進(jìn)給速度推出。

G74——左旋攻螺紋固定循環(huán)指令 G74 X_ Y_ Z_ R_ F_

與G84的區(qū)別是：進(jìn)給時(shí)為反轉(zhuǎn)，退出時(shí)為正轉(zhuǎn)。

舉例：零件如圖2所示，螺紋底孔已加工，使用G74/G84指令編寫M12（右旋）和M12LH左旋螺紋（螺距P=1.75）的加工程序。

編制攻絲程序如下：

O0002 程序號(hào)

G91 G28 Z0;返回軸參考點(diǎn)

M06 T01;換01號(hào)刀具（右旋螺紋絲錐）

G90 G54 G43 G00 Z100.0? H01; 絕對(duì)坐標(biāo)，第一工件坐標(biāo)系，建立01號(hào)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，Z向快速定位至Z100

M03 S100;主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速100r/min

M08;切削液開

G98 G84 X-25.0 Y0 Z-15.0 R3.0 F175;加工右旋螺紋M12

G80;取消固定循環(huán)

M06 T02 換02號(hào)刀具（左旋螺紋絲錐）

G90 G54 G43 G00 Z100.0 H02;絕對(duì)坐標(biāo)，第一工件坐標(biāo)系，建立01號(hào)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，Z向快速定位至Z100

M04 S100;主軸反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速100r/min

M08;切削液開

G98 G74 X25.0 Y0 Z-15.0 R3.0 F175;加工左旋螺紋M12LH

G80;取消固定循環(huán)

G00 Z150;快速抬刀至Z150

M30;程序結(jié)束并返回起點(diǎn)

4 循環(huán)指令的比較

通過(guò)對(duì)以上循環(huán)指令分析得出以下結(jié)論：淺孔加工不需要退刀動(dòng)作，加工效率較高，深孔加工每次都要進(jìn)行退刀，效率較低。G73指令每次退刀量是d，而G83指令則每次返回R點(diǎn)平面，這樣對(duì)深孔鉆削時(shí)的排屑有利，但是鉆削效率較低。G74主要是針對(duì)右旋螺紋加工，G84主要是針對(duì)左旋螺紋。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐健.數(shù)控技術(shù)與編程技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2] 任國(guó)興.數(shù)控銑床華中系統(tǒng)編程與操作實(shí)訓(xùn)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.

[3] 陳海舟.數(shù)控銑削加工宏程序及應(yīng)用實(shí)例（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.