1、第一节第一节 孔加工固定循环孔加工固定循环 钻削加工是用钻头在工件上加工孔的一种方法。数控铣床钻孔时，工件固定不动，刀具做旋转运动（主运动）的同时沿轴向移动（进给运动）。要编制其加工程序，首先，编程人员应了解孔类零件刀具的选择与使用方法；其次，根据孔的形状和加工特点选择合适的固定循环指令；最后，按照数控系统所规定的加工程序格式进行编程。一、孔的技术要求一、孔的技术要求 孔在机械加工中，所占的比例很大，几乎所有的机械产品都有孔，例如，轴类零件、盘类零件、壳体类零件和箱体类零件等。孔按形状可以分为圆柱形孔、圆锥孔、螺纹孔等。其中圆柱孔又可以分为通孔、台阶孔和盲孔。但是，由于钻削的精度较低，表面较粗
2、糙，一般加工精度在IT10以下，表面粗糙度Ra值大于12.5m，生产效率也比较低。因此，钻孔主要用于粗加工，例如，精度和粗糙度要求不高的螺钉孔、油孔和螺纹底孔等。但精度和粗糙度要求较高的孔，也要以钻孔作为预加工工序。表面粗糙度要求较高的中小直径孔，在钻削后，常采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。图61 孔类零件a）轴类零件 b）盘类零件 c）壳体类零件 d）箱体类零件b）a）c）d）二、钻孔刀具二、钻孔刀具 麻花钻是应用最广的孔加工刀具，通常用高速钢或硬质合金材料制成，整体式结构。柄部有直柄和锥柄两种，如下图所示。直柄主要用于小直径麻花钻，锥柄用于直径较大的麻花钻。图62 直柄、锥柄麻花钻三
3、、孔的加工方法三、孔的加工方法 孔的加工方法比较多，有钻削、扩削、铰削和镗削等。大直径孔还可采用圆弧插补方式进行铣削加工。四、切削用量的选择四、切削用量的选择 钻削用量主要指的是钻头的切削用量，其切削参数包括钻孔切削深度p、进给量f、切削速度vc。1 1切削深度切削深度 p p 切削深度即为钻削时的钻头半径。2 2进给量进给量f f 钻削的进给量有三种表示方式。（1）每齿进给量fz 指钻头每转一个刀齿，钻头与工件间的相对轴向位移量，单位为mm/z。（2）每转进给量fr 指钻头或工件每转一转，它们之间的轴向位移量，单位为mm/r。（3）进给速度vf 指在单位时间内钻头相对于工件的轴向位移量，单位
4、为mm/min或mm/s。每齿进给量fz、每转进给量fr和进给速度vf之间的关系是：式中 n表示主轴转速；Z刀具齿数。高速钢和硬质合金钻头的每转进给量，可参考下表进行确定。表表61钻削进给量钻削进给量工件材料钻头直径（mm）钻削进给量f（mm/r）高速钢钻头硬质合金钻头钢360.050.100.100.176100.100.160.130.2010140.160.200.150.2214200.200.320.160.28铸铁360.150.256100.200.3010140.250.5014200.250.503 3切削速度切削速度vcvc 采用高速钢麻花钻对钢铁材料进行钻孔时，切削速度常
5、取1040m/min，用硬质合金钻头钻孔时速度可提高1倍。表62列出了钻孔时的切削速度，供选择时参考。表表62钻削时的切削速度钻削时的切削速度工件材料切削速度（m/min）高速钢钻头硬质合金钻头钢203060110不锈钢15203560铸铁20256090 在选择切削速度vc时，钻头直径较小取大值，钻头直径较大取小值；工件材料较硬取小值，工件材料较软取大值。五、基本编程指令五、基本编程指令1 1孔加工固定循环指令孔加工固定循环指令在FANUC 0i系统中，固定循环指令参见表63。格式：G73G89 X Y Z R Q P F L ；式中 X、Y 指定孔在XY平面内的定位；Z孔底平面的位置；RR
6、平面所在的位置；Q每次进给深度；P刀具在孔底的暂停时间；F切削进给速度；L固定循环次数。对于以上孔加工循环的通用格式，并不是每一种孔加工循环的编程都要用到以上格式的所有代码。以上格式中，除L代码外，其他所有代码都是模态代码，只有在循环取消时才被清除，因此，这些指令一经指定，在后面的重复加工中不必重新指定。取消孔加工循环采用代码G80。另外，如在孔加工循环中出现G00、G01、G02、G03代码，则孔加工方式也会自动取消。2 2固定循环动作的组成固定循环动作的组成 对工件进行孔加工时，根据刀具的运动位置所处的平面可以分为初始平面、R平面、工件平面和孔底平面，如图63所示。图63 循环平面 （1）
7、初始平面 初始平面是为安全下刀而规定的一个平面。初始平面可以设定在任意一个安全高度上。当使用同一把刀具加工多个孔时，刀具在初始平面内的任意移动将不会与夹具、工件凸台等发生干涉。（2）R平面 R平面又叫R参考平面。该平面是刀具下刀时，自快进转为工进的高度平面，距工件表面的距离主要考虑工件表面的尺寸变化，一般情况下取25mm。（3）孔底平面 加工不通孔时，孔底平面就是孔底的Z轴高度。而加工通孔时，除要考虑孔底平面的位置外，还要考虑刀具的超越量，以保证所有孔深都加工到要求的尺寸。3 3G98G98与与G99G99方式方式 当刀具加工到孔底平面后，刀具从孔底平面以两种方式返回，即返回初始平面或到R平面
8、，分别用指令G98与G99来决定，如图64所示。图64 G98与G99方式a）G98方式 b）G99方式 （1）G98方式 G98表示返回到初始平面，一般采用固定循环加工孔系时不用返回到初始平面，只有在全部孔加工完成后或孔之间存在凸台或夹具等干涉件时，才回到初始平面。格式格式：G98 G73G89 X Y Z R Q F L ；系统执行以上指令后，刀具在钻入到孔底后将返回到初始平面。轨迹如图64a所示。（2）G99方式 G99表示返回到R平面，在没有凸台等干涉情况下，加工孔系时，为了节省孔系的加工时间，刀具一般返回R平面。格式：格式：G99 G73G89 X Y Z R Q F L；系统执行以
9、上指令后，刀具在钻入到孔底后将返回到R平面。轨迹如图64b所示。4 4钻孔循环指令（钻孔循环指令（G81G81、G82G82）（1）钻孔循环（G81）格式：G81指令用于正常钻孔，切削进给执行到孔底，然后刀具从孔底快速移动退回。G81孔加工动作如左图所示。_;_819998LFRZYXGGG图65 G81动作图（2）钻孔循环（G82）格式：_;_829998LFPRZYXGGGG82指令除了在孔底暂停外，其他动作与G81相同。暂停的时间由地址P指定，单位为秒。G82指令主要用于加工盲孔，以减小孔底面的粗糙度。如果Z的移动量为零，该指令不执行。5 5高速深孔钻（高速深孔钻（G73G73、G83G
10、83）（1）高速深孔加工循环（G73）格式：格式：G73指令用于深孔钻削，Z轴方向的间断进给有利于深孔加工过程中断屑与排屑，减少退刀量可以进行高效率的加工。指令Q为每一次进给的加工深度；G73孔加工动作如图66所示，图中k为每一次退刀距离，此值由系统确定，无需用户指定。_;_739998LFPQRZYXGGG图66 G73动作图 图67 G83动作图注意：注意：Z、Q移动量为零时，该指令不执行。移动量为零时，该指令不执行。（2）深孔加工循环（G83）格式：格式：G83与G73指令略有不同的是每次刀具间歇进给后回退至R平面，这种退刀方式排屑更彻底。指令Q为每一次进给的加工深度。G83孔加工动作如
11、图67所示，图中k表示刀具间断进给时，由快进转为工进的那一点距前一次切削进给下降点之间的距离。_L_F_P_Q_R_Z_Y_X83G99G98G（3）G90与G91方式 固定循环中R值与Z值数据的指定与G90、G91方式的选择有关，而Q值与G90、G91方式无关。1）G90方式。G90方式中，R值与Z值是指相对于工件坐标系的Z向坐标值，如图68a所示，此时R一般为正值，而Z一般为负值。G90 G99 G73 X_ Y_ Z-15 R 5 Q 5 P_ F_ L_；2）G91方式。G91方式中，R值是指从初始点到R点的增量值，而Z值是指从R点到孔底平面的增量值。如图68b所示，R值与Z值（G87
12、例外）均为负值。G91 G99 G73 X_Y_ Z-20 R-15 Q 5 P_F_ L_；图68 G90与G91方式六、钻孔加工实例六、钻孔加工实例 下面以下图所示为例，编写钻孔加工程序。已知毛坯尺寸为60mm50mm30mm。图69 钻孔加工1 1工艺分析工艺分析 图69中，加工的部位是四个台阶孔，盲孔直径为16mm，通孔直径为10mm，没有尺寸公差和表面粗糙度要求。四个台阶孔的位置有一定的公差要求，想要保证位置精度尺寸，必须从工艺上进行控制，本例采用的加工步骤是加工定位孔、钻孔、扩孔。编程时，定位孔采用中心钻加工使用G81编程；钻孔采用钻头加工使用G73编程；扩孔采用钻头加工使用G82
13、编程。加工路线如图610所示。图610 钻孔加工刀具路径各基点的坐标见表64。表表64 各基点坐标值各基点坐标值基点基点XY1-1512.52-15-12.5315-12.541512.52 2确定切削用量确定切削用量 已知刀具加工材料为碳钢，刀具材料为高速钢，刀具齿数为2。（1）中心钻（3mm）主轴转速n=1100r/min。进给速度vf=55mm/min。（2）钻头（10mm）主轴转速n=320r/min。进给速度vf=32mm/min。（3）钻头（16mm）主轴转速n=200r/min。进给速度vf=20mm/min。3 3装夹装夹 采用平口钳配合平行垫铁装夹工件，垫铁应注意摆放位置，避免钻孔时钻头钻入垫铁。4 4填写数控加工工艺卡填写数控加工工艺卡 数控加工工艺卡见表65。5 5程序编制程序编制 加工程序见表66。1 G91方式编程时，“R”点的坐标是相对于初始平面，“Z”点的坐标是相对于“R”点的坐标，因此均为负值。2使用G98编程时，刀具在完成一个孔的加工后返回到初始平面；G99编程时，刀具完成一个孔的加工后返回到R平面。3当连续加工一些间距较小的孔，或者初始平面到R平面距离较小的孔时，往往刀具已经定位于下一个孔的加工位置，而主轴还没有达到正常的转速。为此，需在各孔的加工动作之间加入暂停指令G04，以获得时间使主轴达到正常转速。
