通过对深孔加工指令G73和G83动作过程的分析.doc

通过对深孔加工指令G73和G83动作过程的分析，提出设置合理参数的方法，总结了特殊深孔加工的编程技巧，并给出了应用技巧方法处理的实例。
    在数控加工中常遇到孔的加工，如定位销孔、螺纹底孔、挖槽加工预钻孔等。采用立式加工中心和数控铣床进行孔加工是最普通的加工方法。但深孔加工，则较为困难，在深孔加工中除合理选择切削用量外，还需解决三个主要问题：排屑、冷却钻头和使加工周期最小化。下面从编程方面和大家讨论解决有关深孔加工的主要问题。
    一、深孔加工的编程指令及自动编程

    1. 深孔加工指令格式

    大多数的数控系统都提供了深孔加工指令，这里以FANUC系统为例来进行叙述。FANUC系统提供了G73和G83两个指令：G73为高速深孔往复排屑钻指令，G83为深孔往复排屑钻指令。其指令格式为：

    式中  X、Y——待加工孔的位置；
    Z——孔底坐标值（若是通孔，则钻尖应超出工件底面）；
    R——参考点的坐标值（R点高出工件顶面2～5mm）；
    Q——每一次的加工深度；
    F——进给速度（mm / min）；
    G98——钻孔完毕返回初始平面；
    G99——钻孔完时返回参考平面（即R点所在平面）。

    2.深孔加工的动作

    深孔加工动作是通过Z轴方向的间断进给，即采用啄钻的方式，实现断屑与排屑的。虽然G73和G83指令均能实现深孔加工，而且指令格式也相同，但二者在Z向的进给动作是有区别的，图1和图2分别是G73和G83指令的动作过程。

图1 G73指令动作过程

图2 G83指令动作过程

    从图1和图2可以看出，执行G73指令时，每次进给后令刀具退回一个d值（用参数设定）；而G83指令则每次进给后均退回至R点，即从孔内完全退出，然后再钻入孔中。深孔加工与退刀相结合可以破碎钻屑，令其小得足以从钻槽顺利排出，并且不会造成表面的损伤，可避免钻头的过早磨损。

    G73指令虽然能保证断屑，但排屑主要是依靠钻屑在钻头螺旋槽中的流动来保证的。因此深孔加工，特别是长径比较大的深孔，为保证顺利打断并排出切屑，应优先采用G83指令。

    3. 常规自动编程方法

    这里以MasterCAM V9为例，其钻孔参数设置对话框如图3所示。

图3 钻孔参数设置对话框

   （1）高度参数

    高度参数包括Clearance（安全高度）、Retract（参考高度）、Feedplane（下刀位置）、Top of stock（工件顶面）和Depth（切削深度）等。

    安全高度是指在此高度上刀具可以在任何位置平移而不会与工件或夹具发生碰撞；参考高度为开始一个刀具路径前刀具回缩的位置，参考高度应高于下刀位置；下刀位置是指当刀具在下刀位置之上先快速下降，当下降到该位置后再以慢速接近工件；工件顶面是指工件上表面的高度值；切削深度是指最后的加工深度。

   （2）钻孔参数

    根据孔加工方式的不同，可设置的参数个数也不同，各参数的含义如下：
    Lst Peck——第一次啄钻深度；
    Subsequent Peck——以后每次的啄钻深度；
    Peck Clearance——啄孔间隙；
    Chip Break——退刀量；
    Dwell——刀具暂停在孔底部的时间；
    Shift——设置退刀时离开孔表面的距离。

   （3）自动编程产生的程序段

    由图3对话框中设定参数值所产生的程序段为：

    N110G98G83Z-150.R2.Q5.F90

    比较对话框设定参数与所产生的程序段，可以看出：

    1）程序段中产生了第一次啄钻深度值Q5，“以后每次啄钻深度值”和“啄钻间隙值”两参数不起任何作用；
        2)G73和G83指令在钻孔时孔底动作均为快速返回，不会产生暂停的动作，即Dwell设定值在此程序段中没有得到体现。而在实际加工中，当钻头退出时，钻屑在冷却液冲刷下会落入孔中。这种情况尤其会发生在对钢料的加工中。当钻头再次进入后，它将撞击位于孔底部钻屑。钻屑在刀具的作用下开始旋转，将钻屑切断或熔化。因此，在必要时应暂停加工来清理吹净钻屑。

    3）若加工台阶深孔，如图4所示，其加工工艺一般是先加工直径为20的孔，然后再钻底部直径为10的孔。然而用G83指令加工底部直径为10mm的深孔时，将在直径20mm的长度上造成较大的时间浪费。

 图4 台阶孔

     二、编程技巧

    鉴于存在上述几个缺陷，我们将钻孔参数设置对话框中的Lst Peck参数设置成65，而Subsequent Peck的参数设置成5，Dwell设置成0（即不延时）。同时打开后置处理文件，将Usecanpeck项的Yes，改成NO，则产生如下程序：
    %O0000（文件名）
    (PROGRAM NAME - T1)（程序名）
    (DATE, Day-Month-Year - 26-04-04TIME, Hr:Min - 14:00)（编程时间）
    N100G21（公制单位）
    N102G0G17G40G49G80G90（XY平面，半径补偿取消，长度补偿取消，固定循环取消，绝对编程）
    ( 10. CENTER DRILL TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 10.)（刀具说明）
    N104T1M6（换刀）
    N106G0G90G54X0.Y0.S1145M03M08（调用工件坐标系，刀具移至X0Y0，启动主轴，开冷却泵）
    N108G43H1Z50.（长度正补偿，刀具运动至安全高度）
    N110Z2.（刀具运动至下刀位置）
    N112G1Z-63.F90（第一次啄钻，深度至为Z-63。这段可以删除）
    N114G0Z2.（快速退回至R点。此程序段可删除）
    N116Z-61.（快速运动至Z-61的位置，留有2mm的啄孔间隙）
    N118G1Z-68F90（钻至Z-68的深度，从Z-63钻至Z-68，每次啄钻5mm）
    N120G0Z2.（快速退回至下刀位置）
    N122Z-66.（快速运动至Z-66的位置，留有2mm的啄孔间隙）
    N124G1Z-73.（钻至Z-73的深度，从Z-68钻至Z-73，每次啄钻5mm）
    N126G0Z2.
    N121G04P2000（延时2秒。此程序段为手工插入）
    N128Z-71.
    N130G1Z-78.
    ……

    从上面程序中可以看出，第一次啄钻深度即达Z-68的位置，使整个加工过程的时间缩短。但因没有延时，故需用手工对程序进行修改。一般只需要在钻至较深的位置时插入G04 P2000程序段（延时2秒），使钻头在R点延时足够的时间，以充分冷却钻头，保证钻头有足够的耐用度。
    三、结论

    通过合理地设置钻孔加工参数和适当地修改后置处理文件，使自动编程产生的程序能满足深孔加工的断屑、保证刀具充分冷却等实际情况。