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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(jī)械加工作業(yè)的三分之一。數(shù)控加工中經(jīng)常遇到孔的加工，如定位銷孔、螺紋底孔、挖槽加工預(yù)鉆孔等。立式加工中心和數(shù)控銑床進(jìn)行孔加工是最普通的加工方法。由于孔的形狀規(guī)格、精度與用途不同，加工方法各異。深孔加工受到排屑、潤(rùn)滑、鉆頭冷卻、工具振動(dòng)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(shù)。本文結(jié)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(zhǎng)期以來，操作人員利用鉆頭進(jìn)行高精度孔、螺紋孔等通孔及螺栓孔的加工。對(duì)模具加工來說，數(shù)控銑上進(jìn)行孔的加工相對(duì)于普通機(jī)床加工成本更大，尤其是深孔加工。普通數(shù)控銑床上加工相對(duì)于普通鉆床，加工效率更低，容易造成鉆頭折斷。但是，數(shù)控銑加工所得到的位置精度較高。由于可以減少裝夾次數(shù)，其可以節(jié)省大量的搬運(yùn)和鉆床校調(diào)時(shí)間。

孔加工程序的編制相對(duì)簡(jiǎn)單，在普通工件的加工中，使用手工編程比較快捷。對(duì)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(dòng)編程比較方便。

對(duì)于深孔加工，筆者建議首先使用數(shù)控銑床打?qū)蚩?，以此取得較高的定位精度。然后在普通鉆床上進(jìn)行鉆孔加工，尤其對(duì)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(chǔ)上，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

一、孔加工手工編程

1.指令格式

數(shù)控加工中，某些加工動(dòng)作已經(jīng)典型化。例如，鉆孔、鏜孔的動(dòng)作順序是孔位平面定位，快速進(jìn)給，工作進(jìn)給，快速退回等。這一系列動(dòng)作已經(jīng)預(yù)先編好程序，存儲(chǔ)在內(nèi)存中，可用包含G代碼的一個(gè)程序調(diào)用，從而簡(jiǎn)化了編程工作。這種包含典型動(dòng)作循環(huán)的G代碼稱為循環(huán)指令。

目前，多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)提供孔加工指令?？准庸ぶ噶畹囊话銜鴮懜袷綖椋篏90/G91 G98/G99 G___X___Y___Z___R___Q___ P___F___L___。

FANUC系統(tǒng)提供的G73和G83兩個(gè)指令（G73為高速深孔往復(fù)排屑鉆指令，G83為深孔往復(fù)排屑鉆指令，主要用來進(jìn)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(duì)值坐標(biāo)指定。

Z為孔底坐標(biāo)值，以增量或絕對(duì)值指定的R點(diǎn)到孔底的距離；進(jìn)給速度，在R點(diǎn)以上是以F代碼指定的速度，在R點(diǎn)到孔底是以孔加工方式，快速移動(dòng)的速度或以F代碼指定的速度（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，以增量值指定的從初始平面到R點(diǎn)的距離（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。初始平面指從鉆孔加工循環(huán)消除狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殂@孔加工循環(huán)時(shí)的Z軸絕對(duì)位置。

G99為鉆孔完時(shí)返回參考平面（即R點(diǎn)所在平面）。

2.深孔加工動(dòng)作

圖1 G73指令動(dòng)作過程

深孔加工動(dòng)作是通過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。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，但兩者在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)作過程。

圖2 G83指令動(dòng)作過程

從圖1和圖2可以看出，執(zhí)行G73指令時(shí)，每次進(jìn)給后令刀具退回一個(gè)d值（用參數(shù)設(shè)定）。G83指令每次進(jìn)給后退回至R點(diǎn)，即先從孔內(nèi)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(dá)切削區(qū)。深孔加工與退刀的結(jié)合可以破碎鉆屑，令其小得足以從鉆槽順利排出，并且不會(huì)造成表面損傷，同時(shí)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(dòng)來保證。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，可以先鉆進(jìn)一段，鉆頭快速退出工件進(jìn)行排屑和冷卻，再鉆進(jìn)，再進(jìn)行排屑和冷卻，直至深孔鉆削完成。

二、自動(dòng)編程方法（以Mastercam9為例）

1.鉆孔方式簡(jiǎn)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(zhuǎn)和進(jìn)給切削運(yùn)動(dòng)。相當(dāng)于G81 、G82指令。

（2）Peck Deill 往復(fù)步進(jìn)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(dāng)于G83指令。

（3）Chip Break 往復(fù)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(dāng)于G73往復(fù)斷屑式鉆削指令。

（4）Tap 攻絲，攻左或右螺紋。相當(dāng)于G74/G84攻左或右螺紋指令。

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

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

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

2.鉆孔參數(shù)設(shè)置

（1）高度參數(shù)

高度參數(shù)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(huì)與工件或夾具發(fā)生碰撞。參考高度為開始一個(gè)刀具路徑前刀具回縮的位置，就是每次鉆削退刀的一個(gè)步進(jìn)移動(dòng)的距離，此值通常是一個(gè)正值，只用于斷屑鉆削循環(huán)，參考高度應(yīng)高于下刀位置。下刀位置指當(dāng)?shù)毒咴谙碌段恢弥希瓤焖傧陆?，?dāng)下降到該位置后再以工進(jìn)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(gè)深度不包括鉆尖高度。操作人員鉆孔時(shí)應(yīng)注意計(jì)算所對(duì)應(yīng)不同直徑鉆頭適當(dāng)?shù)纳疃戎怠?/p>

（2）鉆孔參數(shù)

圖4 鉆孔參數(shù)設(shè)置對(duì)話框

根據(jù)孔加工方式的不同，可設(shè)置的參數(shù)個(gè)數(shù)不同，各參數(shù)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(shí)間。

Shift：設(shè)置退刀時(shí)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(jìn)行深孔加工手工程序?yàn)椋?/p>

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(jìn)行孔加工，以G98確定每一孔加工完后，回到初始平面。設(shè)定孔口表面的Z向坐標(biāo)為0，R平面的坐標(biāo)為30，每次切深量Q為5，系統(tǒng)設(shè)定排屑退刀量d為2。

（2）設(shè)置參數(shù)自動(dòng)編程產(chǎn)生的程序段如G98G83Z-50.R30. Q5.F50，比較對(duì)話框設(shè)定參數(shù)與所產(chǎn)生的程序段。

（3）程序?qū)Ρ扰c分析

①程序段中產(chǎn)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(shù)不起任何作用。

②G73和G83指令在鉆孔時(shí)孔底動(dòng)作均為快速返回，不會(huì)產(chǎn)生暫停的動(dòng)作，即Dwell設(shè)定值在此程序段中沒有得到體現(xiàn)。實(shí)際加工中，當(dāng)鉆頭退出時(shí)，鉆屑在冷卻液沖刷下會(huì)落入孔中。這種情況尤其會(huì)發(fā)生在對(duì)鋼料的加工中。當(dāng)鉆頭再次進(jìn)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(zhuǎn)，可能劃傷工件表面。因此，必要時(shí)操作人員應(yīng)暫停加工，清理吹凈鉆屑。

③由于沒有延時(shí)，操作人員需用手工對(duì)程序進(jìn)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(shí)插入G04 P2000程序段（延時(shí)2秒），使鉆頭在R點(diǎn)延時(shí)有足夠的時(shí)間，以充分冷卻鉆頭，保證鉆頭有足夠的耐用度。

四、結(jié)論

本文主要分析深孔加工的編程，著重說明通過合理設(shè)置鉆孔加工參數(shù)和適當(dāng)修改程序文件，可以使自動(dòng)編程產(chǎn)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(shí)際加工中，由于加工批量小，受測(cè)量?jī)x器、手段等限制，深孔加工在提高效率以及延長(zhǎng)刀具壽命等方面效果不明顯。實(shí)際批量加工中，操作人員除考慮編程以外，深孔加工時(shí)還應(yīng)考慮如刀具強(qiáng)度、冷卻及潤(rùn)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．?dāng)?shù)控機(jī)床銑削加工直接編程技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004

[2]魏 崢，牟 林．MasterCAM加工應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2005

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

ISSN2095-6711/Z01-2016-11-0207