重庆科创职业学院数控铣床技能培训指导书第二章

重庆科创职业学院数控铣床技能培训指导书2.2孔加工训练孔加工在金属切削中占有很大的比重，应用广泛。在数控铣床上加工孔的方法很多，根据孔的尺寸精度、位置精度及表面粗糙度等要求，一般有点孔、钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔及铣孔等。生产实践证明，根据孔的技术要求必须合理的选择加工方法和加工步骤，现将孔的加工方法和一般所能达到的精度等级、粗糙度以及合理的加工顺序加以归纳，见表2-3。表2-3孔的加工方法与步骤的选择序号加工方案精度等级表面粗糙度Ra适用范围1钻11～1350～12.5加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工有色金属（但粗糙度较差），孔径＜15～20mm。2钻-铰93.2～1.63钻-粗铰-精铰7～81.6～0.84钻-扩116.3～3.2同上，但孔径＞15～20mm。5钻-扩-铰8～91.6～0.86钻-扩-粗铰-精铰70.8～0.47粗镗（扩孔）11～136.3～3.2除淬火钢外各种材料，毛坯有铸出孔或锻出孔。8粗镗(扩孔)-半精镗(精扩)8～93.2～1.69粗镗(扩)-半精镗(精扩)-精镗6～71.6～0.8一、孔的加工方法1.点孔点孔用于钻孔加工之前，由中心钻来完成，中心钻外形如图2-8a所示。由于麻花钻的横刃具有一定的长度，引钻时不易定心，加工时钻头旋转轴线不稳定，因此利用中心钻在平面上先预钻一个凹坑，便于钻头钻入时定心。由于中心钻的直径较小，加工时主轴转速应不得低于1000r/min。2.钻孔钻孔是用钻头在工件实体材料上加工孔的方法。麻花钻是钻孔最常用的刀具，一般用高速钢制造，外形如图2-8b所示。钻孔精度一般可达到IT10～11级，表面粗糙度Ra为50～12.5m，钻孔直径范围为0.1～100mm，钻孔深度变化范围也很大，广泛应用于孔的粗加（a）通孔镗刀（b）阶梯孔镗刀（c）盲孔镗刀图2-15单刃镗刀1-调节螺钉2-紧固螺钉图2-16微调镗刀1-刀体2-刀片3-调整螺母2-刀杆5-螺母6-拉紧螺钉7-导向键工，也可作为不重要孔的最终加工。3.扩孔扩孔是用扩孔钻（图2-8c所示）对工件上已有的孔进行扩大的加工，扩孔钻有3～4个主切削刃，没有横刃，它的刚性及导向性好。扩孔加工精度一般可达到IT9～10级，表面粗糙度Ra为6.3～3.2m。扩孔常用于已铸出、锻出或钻出孔的扩大，可作为要求不高孔的最终加工或铰孔、磨孔前的预加工。常用于直径在10～100mm范围内的孔加工。一般工件的扩孔使用麻花钻，对于精度要求较高或生产批量较大时应用扩孔钻，扩孔加工余量为0.4～0.5mm。4.锪孔锪孔是指用锪钻或锪刀刮平孔的端面或切出沉孔的加工方法，通常用于加工沉头螺钉的沉头孔、锥孔、小凸台面等，图2-8d为加工锥孔的锥度锪钻，锪孔时切削速度不宜过高，以免产生径向振纹或出现多棱形等质量问题。5.铰孔铰孔是利用铰刀（图2-8e所示）从工件孔壁上切除微量金属层，以提高其尺寸精度和表面粗糙度值的方法。铰孔精度等级可达到IT7～8级，表面粗糙度Ra为1.6～0.8m，适用于孔的半精加工及精加工。铰刀是定尺寸刀具，有6～12个切削刃，刚性和导向性比扩孔钻更好，适合加工中小直径孔。铰孔之前，工件应经过钻孔、扩孔等加工，铰孔的加工余量参考表2-4。表2-4铰孔余量（直径值）孔的直径＜φ8mmφ8～φ20mmφ21～φ32mmφ33～φ50mmφ51～φ70mm铰孔余量（mm）0.1～0.20.15～0.250.2～0.30.25～0.350.25～0.356.镗孔镗孔是利用镗刀（图2-8g所示）对工件上已有尺寸较大孔的加工，特别适合于加工分布在同一或不同表面上的孔距和位置精度要求较高的孔系。镗孔加工精度等级可达到IT7级，表面粗糙度为Ra1.6～0.8m，应用于高精度加工场合。镗孔时，要求镗刀和镗杆必须具有足够的刚性；镗刀夹紧牢固，装卸和调整方便；具有可靠的断屑和排屑措施，确保切屑顺利折断和排出，精镗孔的余量一般单边小于0.4mm。镗刀的种类很多，图2-15为单刃镗刀结构示意图，图2-16为微调镗刀结构示意图。7.铣孔在加工单件产品或模具上某些孔径不常出现的孔时，为节约定型刀具成本，利用铣刀进行铣削加工。铣孔也适合于加工尺寸较大孔，对于高精度机床，铣孔可以代替铰削或镗削。二、固定循环指令立式数控铣床及加工中心编制孔加工程序应采用固定循环指令，固定循环是数控系统为简化编程工作，将一系列典型的加工动作预先编好程序，存储在内存中。固定循环包括钻孔、镗孔、攻螺纹等指令，固定循环指令及其功能见表2-5。表2-5固定循环指令及其功能指令孔加工动作(-Z方向)孔底的动作退刀动作(+Z方向)用途华中FANUCSIEMENSG73间歇进给快速(G00)高速深孔往复排屑钻循环G74切削进给暂停→主轴正转切削进给(G01)反转攻左螺纹循环G76切削进给主轴定向停止→刀具移位快速(G00)精镗孔循环G80取消固定循环G81CYCLE81切削进给快速(G00)点孔、钻孔循环G82CYCLE82切削进给进给暂停数秒快速(G00)锪孔、镗阶梯孔循环G83CYCLE83间歇进给快速(G00)深孔往复排屑钻循环G84CYCLE84切削进给暂停→主轴反转切削进给(G01)正转攻右螺纹循环CYCLE840切削进给G85CYCLE85切削进给主轴正转切削进给(G01)精镗孔循环图2-17固定循环动作及图形符号图2-18绝对与增量表示G86CYCLE86切削进给主轴停止快速(G00)镗孔循环G87CYCLE87切削进给主轴正转快速(G00)反镗孔循环G88CYCLE88切削进给进给暂停→主轴停转手动进给镗孔循环G89CYCLE89切削进给进给暂停数秒切削进给(G01)镗孔循环固定循环通常由六个基本动作构成，如图2-17所示。动作1：X、Y轴快速定位至孔的加工位置。动作2：定位至R点。刀具从Z轴初始点（I）平面快速进给至点R平面，在多孔加工时，为了刀具移动的安全，应注意点R平面Z值的选取。动作3：孔加工。以切削进给方式执行孔加工的动作。动作4：在孔底的动作。包括进给暂停、主轴定向停止、刀具移位等动作。动作5：以一定的方式返回R平面。动作6：快速返回到初始点I平面。对于不同系统的固定循环程序段格式分别如下：（一）华中系统1.固定循环格式G90/G91G98/G99G73～G89XYZRQPIJKFL各指令及字母表示的意义如下：(1)G90/G91为绝对/增量方式，固定循环指令中地址X、Y、Z及R的数据指定与其有关。在采用绝对方式时，X、Y表示孔的位置坐标，Z、R统一取终点坐标值；在采用增量方式时，X、Y表示孔位相对于当前点的相对坐标，Z是指孔底坐标相对于R点的相对坐标，R是指R点相对初始点的相对坐标，如图2-18所示。图2-19返回点平面选择图2-20G81指令动作图(2)G98/G99表示孔切削进给结束后，刀具返回时到达的平面。G98指令返回到初始平面，G99指令返回到R点平面，图2-19所示。(3)G73～G89为固定循环指令，规定孔加工方式，加工时根据具体要求从表2-5中选择。(4)Q：表示每次加工的深度，Q值始终是增量值，用负值表示。（在G73与G83指令中使用）(5)P：刀具在孔底的暂停时间，单位为秒（S）。(6)I/J：刀具在轴反向位移增量(G76/G87)。(7)K：每次退刀距离，为正值，一般在2mm左右。(8)F：切削进给速度，也可表示螺纹导程(G74/G84)。(9)L:固定循环的次数。固定循环指令是模态指令，一旦指定就一直有效，直到用G80指令取消固定循环指令为止。因此，只要在开始时用了这些指令，在后面连续的加工中不必重新指定。若某孔加工数据发生了变化，仅需要修改变化了的数据即可。此外G00、G01、G02、G03指令也起取消固定循环指令的作用。2.常用固定循环指令说明(1)点孔、钻孔固定循环G81程序段格式：G98/G99G81XYZRFL该指令的具体动作如图2-20所示，沿着X和Y轴快速定位后，快速移动到R点，从R点至Z点执行钻孔切削进给加工，最后刀具快速退回至初始平面或R平面。(2)深孔往复排屑钻循环G83程序段格式：G98/G99G83XYZRQPKFL该指令的具体动作如图2-21所示，沿着X和Y轴快速定位后，快速移动到R点，从R点起切削进给Q深，快速退回R平面，快速进给至第一次Q深度上K点，切削进给至2Q深，快速退回R平面，一直反复执行至Z点深度，最后刀具快速退回至初始平面或R平面。(3)正转攻右螺纹循环G84程序段格式：G98/G99G84XYZRFL图2-23G85指令动作图该指令的具体动作如图2-22所示，沿着X和Y轴快速定位后，快速移动到R点，从R点至Z点进行攻丝加工，主轴反转并返回到R点平面或初始平面，主轴正转。程序中的F表示螺纹导程，其进给速度是根据主轴转速和螺纹导程自动计算，因此攻丝时进给倍率、进给保持均不起作用，直至完成该固定循环后才停止进给。(4)精镗孔循环G85程序段格式：G98/G99G85XYZRFL该指令的具体动作如图2-23所示，沿着X和Y轴快速定位后，快速移动到R点，从R点至Z点进行镗孔加工，到达孔底后以切削进给时的速度返回到R点平面或初始平面。（二）FANUC系统1.固定循环格式G90/G91G98/G99G73～G89XYZRQPFK各指令及字母的意义与华中系统大致相同，但也有如下几点区别：(1)Q：在G73、G83指令方式中，Q表示每次加工的深度；在G76、G87指令方式中，Q为刀具的偏移量。Q值始终是增量值，且用正值表示，与G91的选择有关。(2)P：刀具在孔底的暂停时间，单位为毫秒（ms）。(3)F：切削进给速度。在G74/G84螺纹循环时，需进行计算，其结果为主轴转速与螺纹导程的乘积。(4)K:固定循环的次数。2.常用固定循环指令说明(1)点孔、钻孔固定循环G81程序段格式：G98/G99G81XYZRFK，该指令的具体动作与华中系统相同。图2-21G83指令动作图图2-22G84指令动作图(2)深孔往复排屑钻循环G83程序段格式：G98/G99G83XYZRQPFK该指令的具体动作与华中系统相同，但每次退刀距离用d表示，该值由系统内部参数设定。(3)正转攻右螺纹循环G84程序段格式：G98/G99G84XYZRFK，该指令的具体动作与华中系统相同。(4)精镗孔循环G85程序段格式：G98/G99G85XYZRFK，该指令的具体动作与华中系统相同。（三）SIEMENS系统孔加工固定循环指令有CYCLE81～CYCLE89，对于每种指令有许多参数来设定孔加工的一系列动作，以下介绍常用的固定循指令。1.点孔、钻孔循环：CYCLE81（RTP,RFP,SDIS,DP,DPR）刀具按照编程的主轴转速和进给率钻孔直至到达输入的最后钻孔深度，各参数意义如下。RTP：返回平面。孔加工结束后，刀具返回的Z位置，该数值一般取在工件表面以上。RFP：参考平面。钻孔时的相对基准平面，一般取工件上表面的Z坐标值。SDIS：安全间隙。作用于参考平面，为相对于参考平面的距离，该数值输入时无符号。DP：最后钻孔深度。以Z点的实际坐标值输入。DPR：相对于参考平面的最后钻孔深度，无符号输入。通常参考平面（RFP）和返回平面（RTP）具有不同的值，循环中返回平面定义在参考平面之前，这说明从返回平面到最后钻孔深度的距离大于参考平面到最后钻孔深度的距离。如果参考平面和返回平面的值相同，系统将输出错误信息：“参考平面定义不正确”。如果循环指令参数中同时输入DR和DPR，最后钻孔深度则来自DPR。如果该值不同于由DP指定的绝对深度，在信息栏会出现“深度：符号相对值”。固定循环执行前应已到达孔的X、Y坐标位置，执行该循环时，形成的动作顺序是：刀具快速到达安全间隙之前的参考平面；按循环调用前所编程的进给率钻孔至最后的深度；刀具快速移动到返回平面。2.深孔钻孔循环：CYCLE83（RTP,RFP,SDIS,DP,DPR,FDEP,FDPR,DAM,DTB,DTS,FRF,VARI）刀具以编程的主轴转速和进给率开始钻孔直至定义的最后钻孔深度