淺談MasterCAM中深孔加工程序的編制

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淺談MasterCAM中深孔加工程序的編制

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孔加工是一種重要的加工方式，約占機械加工作業的三分之一。數控加工中經常遇到孔的加工，如定位銷孔、螺紋底孔、挖槽加工預鉆孔等。立式加工中心和數控銑床進行孔加工是最普通的加工方法。由于孔的形狀規格、精度與用途不同，加工方法各異。深孔加工受到排屑、潤滑、鉆頭冷卻、工具振動等因素的影響，加工難度較大，因此需要操作人員綜合考慮加工精度、加工效率、縮短加工周期等因素，合理選擇切削用量，提高編程技術。本文結合MasterCAM軟件，從編程方面討論解決深孔加工的主要問題。

孔加工 編程 技巧

長期以來，操作人員利用鉆頭進行高精度孔、螺紋孔等通孔及螺栓孔的加工。對模具加工來說，數控銑上進行孔的加工相對于普通機床加工成本更大，尤其是深孔加工。普通數控銑床上加工相對于普通鉆床，加工效率更低，容易造成鉆頭折斷。但是，數控銑加工所得到的位置精度較高。由于可以減少裝夾次數，其可以節省大量的搬運和鉆床校調時間。

孔加工程序的編制相對簡單，在普通工件的加工中，使用手工編程比較快捷。對有特殊要求的曲面異形孔，特別是定位精度要求比較高的工件，使用自動編程比較方便。

對于深孔加工，筆者建議首先使用數控銑床打導向孔，以此取得較高的定位精度。然后在普通鉆床上進行鉆孔加工，尤其對加工周期要求較緊的模具加工，可以在滿足精度要求的基礎上，獲得更好的經濟效益。

一、孔加工手工編程

1.指令格式

數控加工中，某些加工動作已經典型化。例如，鉆孔、鏜孔的動作順序是孔位平面定位，快速進給，工作進給，快速退回等。這一系列動作已經預先編好程序，存儲在內存中，可用包含G代碼的一個程序調用，從而簡化了編程工作。這種包含典型動作循環的G代碼稱為循環指令。

目前，多數數控系統提供孔加工指令。孔加工指令的一般書寫格式為：G90/G91 G98/G99 G___X___Y___Z___R___Q___ P___F___L___。

FANUC系統提供的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，主要用來進行深孔加工），其指令格式為：

G73 X___Y___Z___R___Q___P___

G83 X___Y___Z___R___Q___F___

式中 X、Y為待加工孔的位置，可以用增量或絕對值坐標指定。

Z為孔底坐標值，以增量或絕對值指定的R點到孔底的距離；進給速度，在R點以上是以F代碼指定的速度，在R點到孔底是以孔加工方式，快速移動的速度或以F代碼指定的速度（若是通孔，則鉆尖應超出工件底面）。

R為參考點的坐標值，以增量值指定的從初始平面到R點的距離（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。初始平面指從鉆孔加工循環消除狀態轉變為鉆孔加工循環時的Z軸絕對位置。

G99為鉆孔完時返回參考平面（即R點所在平面）。

2.深孔加工動作

圖1 G73指令動作過程

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斷屑與排屑。雖然G73和G83指令均能實現深孔加工，而且指令格式也相同，但兩者在Z向的進給動作是有區別的，圖1和圖2分別是G73和G83指令的動作過程。

圖2 G83指令動作過程

從圖1和圖2可以看出，執行G73指令時，每次進給后令刀具退回一個d值（用參數設定）。G83指令每次進給后退回至R點，即先從孔內完全退出，然后再鉆入孔中，這樣可把切屑帶出孔外，以免切屑將鉆槽塞滿而增加鉆削阻力使切削液無法到達切削區。深孔加工與退刀的結合可以破碎鉆屑，令其小得足以從鉆槽順利排出，并且不會造成表面損傷，同時可避免鉆頭的過早磨損。

加工深孔特別要考慮鉆頭的冷卻和排屑問題。G73指令雖然速度快，能保證斷屑，但排屑主要依靠鉆屑在鉆頭螺旋槽中的流動來保證。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，應優先采用G83指令，可以先鉆進一段，鉆頭快速退出工件進行排屑和冷卻，再鉆進，再進行排屑和冷卻，直至深孔鉆削完成。

二、自動編程方法（以Mastercam9為例）

1.鉆孔方式簡介

Mastercam9 為鉆削加工方式提供了八種加工方式。（如圖3）

圖3 MasterCAM鉆孔方式列表

（1）Drill/Counterbore 與Misc #2 ：一般鉆削孔/鏜孔，鉆削深度小于三倍鉆頭直徑的孔，一次性鉆到指定深度，鉆削過程中只有主軸旋轉和進給切削運動。相當于G81 、G82指令。

（2）Peck Deill 往復步進式鉆削，鉆削深度大于三倍鉆頭直徑的孔，鉆削中全部退出孔斷屑并排出鐵屑。相當于G83指令。

（3）Chip Break 往復斷屑式鉆削，鉆削深度大于三倍鉆頭直徑的孔，鉆頭部分退出孔，斷屑并排出鐵屑。相當于G73往復斷屑式鉆削指令。

（4）Tap 攻絲，攻左或右螺紋。相當于G74/G84攻左或右螺紋指令。

（5）Bore#1（feed-out），用進給速率鏜孔和進給速率退出方式鏜孔，相當于G85指令。

（6）Bore#2（stop spindle,rapid out），用進給速率鏜孔至孔底主軸停轉，快速退刀的方式鏜孔，相當于G86指令。

（7）Fine bore（shift），精鏜孔，用進給速率鏜孔至孔底，主軸停轉并偏移一個指定距離防止劃傷孔面并快速退刀。相當于G76 精鏜孔指令。

2.鉆孔參數設置

（1）高度參數

高度參數包括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。

安全高度指孔系加工完成后的提刀高度，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生碰撞。參考高度為開始一個刀具路徑前刀具回縮的位置，就是每次鉆削退刀的一個步進移動的距離，此值通常是一個正值，只用于斷屑鉆削循環，參考高度應高于下刀位置。下刀位置指當刀具在下刀位置之上，先快速下降，當下降到該位置后再以工進速度慢速接近工件。工件頂面指工件上表面的高度值。切削深度指最后的加工深度，此值定義鉆削加工的孔深，這個深度不包括鉆尖高度。操作人員鉆孔時應注意計算所對應不同直徑鉆頭適當的深度值。

（2）鉆孔參數

圖4 鉆孔參數設置對話框

根據孔加工方式的不同，可設置的參數個數不同，各參數的含義如下：

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。

三、程序編制與分析

以圖5所示工件為例，加工5-ф8 mm深為50mm的孔（屬于深孔加工）。

圖5 工件

（1）利用G83進行深孔加工手工程序為：

N10 G54 G90 G1 Z60 F2000；

N20 M03 S600；

N30 G98 G83 X-40 Y40 Z-50 R30 Q5 F50；

N40 Y-40 Z-50 R30 Q5 F50；

N50 X40 Z-50 R30 Q5 F50；

N60 Y40 Z-50 R30 Q5 F50；

N70 G80 G00 Z60；

N80 M05；

N90 M30；

上述程序中，操作人員可以選擇深孔鉆加工方式進行孔加工，以G98確定每一孔加工完后，回到初始平面。設定孔口表面的Z向坐標為0，R平面的坐標為30，每次切深量Q為5，系統設定排屑退刀量d為2。

（2）設置參數自動編程產生的程序段如G98G83Z-50.R30. Q5.F50，比較對話框設定參數與所產生的程序段。

（3）程序對比與分析

①程序段中產生第一次啄鉆深度值Q5，“以后每次啄鉆深度值”和“啄鉆間隙值”兩參數不起任何作用。

②G73和G83指令在鉆孔時孔底動作均為快速返回，不會產生暫停的動作，即Dwell設定值在此程序段中沒有得到體現。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的鉆屑。鉆屑在刀具的作用下開始旋轉，可能劃傷工件表面。因此，必要時操作人員應暫停加工，清理吹凈鉆屑。

③由于沒有延時，操作人員需用手工對程序進行修改或者修改后置處理文件。一般只需要在鉆至較深的位置返回時插入G04 P2000程序段（延時2秒），使鉆頭在R點延時有足夠的時間，以充分冷卻鉆頭，保證鉆頭有足夠的耐用度。

四、結論

本文主要分析深孔加工的編程，著重說明通過合理設置鉆孔加工參數和適當修改程序文件，可以使自動編程產生的程序滿足深孔加工的斷屑、保證刀具充分冷卻等要求。實際加工中，由于加工批量小，受測量儀器、手段等限制，深孔加工在提高效率以及延長刀具壽命等方面效果不明顯。實際批量加工中，操作人員除考慮編程以外，深孔加工時還應考慮如刀具強度、冷卻及潤滑、每次切削深度的均勻性、減少孔口尺寸和孔最深處尺寸的誤差等因素。

[1]孫德茂編．數控機床銑削加工直接編程技術[M]．北京：機械工業出版社，2004

[2]魏 崢，牟 林．MasterCAM加工應用技術[M]．北京：清華大學出版社，2005

[3]王睿編．MasterCAM實用教程[M]．北京：人民郵電出版社，2005

ISSN2095-6711/Z01-2016-11-0207