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(diǎn) 一般規(guī)定孔深L與孔徑D之比大于5時(shí)，即L/D>5時(shí)，稱(chēng)為深孔；L/D≤5時(shí)，稱(chēng)為淺孔。深孔加工是處于封閉或半封閉狀態(tài)下進(jìn)行的，特點(diǎn)如下：由于深孔加工時(shí)操作者不能直接觀察刀具的切削情況，目前只能憑經(jīng)驗(yàn)、聽(tīng)聲音、看切屑、觸摸振動(dòng)等外觀現(xiàn)象來(lái)判斷過(guò)程是否正常；同時(shí)切削熱不易散出，而一般切削過(guò)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(guò)熱、擴(kuò)散遲，切削路程長(zhǎng)，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(zhǎng)徑比較大，鉆桿細(xì)而長(zhǎng)，易振動(dòng)，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(wèn)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(gè)重要問(wèn)題。對(duì)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(duì)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(dá)到常見(jiàn)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(chē)削進(jìn)行精加工。

深孔加工的斷屑與排屑是一個(gè)重要的問(wèn)題，因?yàn)樯羁准庸で邢鳠岵灰着派ⅲ行疾灰着懦觯仨殞?shí)行強(qiáng)制冷卻、強(qiáng)制排屑。目前普遍采用的方法是用高壓將切削液通過(guò)鉆桿的外部或內(nèi)部送到切削區(qū)，將切屑冷卻、潤(rùn)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(jìn)行的保障，與刀具斷屑臺(tái)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(tái)尺寸相匹配.若加工時(shí)發(fā)現(xiàn)不斷屑時(shí)，應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，增大進(jìn)給量，可以實(shí)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(shí)現(xiàn)斷屑。

在毛坯變?yōu)槌善返倪^(guò)程中，在某加工表面上切除的金屬層的總厚度稱(chēng)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?yàn)樯系拦ば虻男挝徽`差比較大，同時(shí)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(diǎn)的坐標(biāo)值（R點(diǎn)高出工件頂面2～5mm）；Q為每一次的加工深度；F為進(jìn)給速度（mm/min）；G98為鉆孔完畢返回初始平面；G99為鉆孔完時(shí)返回參考平面（即R點(diǎn)所在平面）。如果Z、K、Q移動(dòng)量為零時(shí)，該指令不執(zhí)行。

（2）深孔加工的動(dòng)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(dòng)作是通過(guò)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(guò)程。

圖1 G73指令動(dòng)作循環(huán)圖

圖2 G83指令動(dòng)作循環(huán)圖

從圖1和圖2可以看出，執(zhí)行G73指令時(shí)，即每次向下進(jìn)給后刀具并不快速返回至R點(diǎn)平面，而只是回退一個(gè)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(jìn)給后刀具都快速返回至R點(diǎn)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(huì)造成表面的損傷，可避免鉆頭的過(guò)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(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）用G73和G83指令編程存在的問(wèn)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(jìn)行深孔切削編程時(shí)存在如下問(wèn)題：

G73和G83指令在鉆孔時(shí)孔底動(dòng)作均為快速返回，無(wú)暫停的動(dòng)作。在實(shí)際加工中，當(dāng)鉆頭退出時(shí)，切屑在切削液沖刷下會(huì)落入孔中。當(dāng)鉆頭再次進(jìn)入后，它將撞擊位于孔底部的切屑。切屑在刀具的作用下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，被切斷或熔化。同時(shí)對(duì)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(kāi)始時(shí)合適，待到接近孔底時(shí)卻不一定合適，如果按孔底加工情況來(lái)設(shè)定鉆深，則勢(shì)必嚴(yán)重影響加工效率。所以，有必要對(duì)深孔鉆削的動(dòng)作進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，宜采用可變鉆深，開(kāi)始時(shí)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(jí)數(shù)（加法運(yùn)算）實(shí)現(xiàn)，即每次減少一個(gè)定值；也可以等比級(jí)數(shù)（乘法運(yùn)算）實(shí)現(xiàn)，即每次減少的比例相等。但不管用哪種，對(duì)最小鉆深都應(yīng)有一個(gè)限制，當(dāng)達(dá)到此值時(shí)，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(jí)數(shù)來(lái)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(lèi)推，直到Q=最小鉆深#1（見(jiàn)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(tái)階深孔的加工空運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題。而解決這些問(wèn)題的方法之一是修改存儲(chǔ)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(jìn)行自動(dòng)編程，即使采用G01、G00等簡(jiǎn)單指令產(chǎn)生程序，也必須進(jìn)行大量的手工修改才可避免上述問(wèn)題，編程效率較低，且易出錯(cuò)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，筆者以FANUC系統(tǒng)為例，編制了一個(gè)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(wèn)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(lèi)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(jìn)的斷屑方式，如圖3所示。

宏程序（G73式）：

以下為類(lèi)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(jìn)給一個(gè)鉆深后，都快速返回到R點(diǎn)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(xiàng) ①調(diào)用該子程序的主程序中，應(yīng)先起動(dòng)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(duì)坐標(biāo)。③若加工通孔，則孔底坐標(biāo)尺寸應(yīng)確保孔貫穿。④應(yīng)預(yù)先設(shè)置刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值。⑤可用于加工臺(tái)階類(lèi)深孔。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上兩個(gè)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?cè)趧?dòng)作方式及加工參數(shù)方面的實(shí)質(zhì)差別其實(shí)非常小。但利用FANUC宏程序編寫(xiě)鉆深可變式深孔鉆加工程序，既可進(jìn)行普通深孔和臺(tái)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(shí)際加工要求，從而有效地提高了刀具壽命和勞動(dòng)生產(chǎn)率。