數控銑床關于孔加工的研究分析

高波 薛浩 田曉光

摘要：孔存在于各種機械零件中，所以孔的加工也是一種很常見的加工方式。目前最常見的孔加工就是在數控銑床或者加工中心上完成的。根據孔的形式、孔的深度、零件的材質、刀具的材質等不同條件，孔加工用的G代碼也各有不同，本文主要是針對不同的孔加工方式進行分析，希望通過研究能夠對孔加工有更清楚的認識。

關鍵詞：數控;銑床;孔加工;G代碼

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0003-02

1 孔加工的動作分解

每個孔的加工過程基本動作都是相同的：快速移動、工進鉆孔、退出，然后重新定位到孔的上方重復上述動作。編程時，同樣的程序段需要編寫若干次，十分麻煩。使用固定循環功能，可以大大簡化程序的編制，這就是我們所說的孔加工循環G代碼。每個G代碼的加工過程我們可以大致的把孔加工分解為六個動作。

（1）初始位置高度孔的X、Y位置快速定位：在對孔加工之前，先在一定的高度將道具移到孔的正上方準備孔的加工，這個過程即為初始平面的快速定位，在初始平面可以進行刀具的更換以及工件的裝夾。（2）Z軸快速移動定位到安全高度：在刀具快速定位到孔的正上方之后，刀具要下行對孔進行加工，為了提高效率，這個過程要快速進行。由于移動速度較快，若鉆頭與工件直接接觸會導致刀具損壞。因此，在工件的上方3～5mm處設定一個安全平面（R平面）。這個過程就是刀具快速移動到安全高度。（3）鉆孔過程動作：刀具在達安全高度之后，刀具的移動速度由快進轉換成工進，然后在這個平面內開始鉆孔，最終刀具走到孔的底部（Z點）。（4）孔底動作：在孔底的動作包括暫停、主軸準停、刀具移位等，孔有通孔和不通孔（盲孔）之分。很多時候為了孔的表面或孔底表面質量，需要將鉆頭在孔底暫停一段時間。而在鏜孔時，主軸有一個定向的橫向偏置，這就是主軸準停、刀具移位。（5）Z軸退回到安全高度：當完成孔的加工之后，刀具從孔中推出，首先退到安全平面，準備下一個孔的加工。（6）快速返回到初始平面或設定高度：當所有孔加工完畢需要抬刀的時候，則將刀具再從安全平面快速返回到初始平面或者事先設定好的高度。

2 孔加工固定循環的指令格式

任何一種孔的加工都包括上述的六個動作，他們的G代碼循環格式也有很多相似之處。這樣我們把孔加工循環格式總結出一個通用的格式：

G90（G91） G98（G99） G73～G89 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_ L_

下面我們來解釋這個程序段的含義：

G90（G91）——編程坐標格式。在編程之前，首先指定編程坐標格式，G90是指用絕對坐標編程，G90方式下，R與Z一律取其終點坐標值。在缺省狀態下也是這種指令格式，G91指增量坐標編程，G91方式下R是自初始點到R點間的距離，Z是自R點到Z點的距離。

G98（G99）——孔加工結束，刀具返回的位置。在孔加工結束，刀具要返回到一定高度，G98指刀具返回到初始點所在平面，G99指刀具返回到 R點所在平面。

G73～G89——對應的不同形式孔加工的G代碼。

X、Y——孔X，Y的坐標值，增量坐標和絕對坐標都可以。

Z——G90時，Z值表示原點到Z點的距離，G91時，Z值表示R點到Z點的距離。

R——G90時，R值表示原點到R點的距離，G91時，R值表示R點到初始平面的距離。

Q——在G73或G83指令中，指定每次進給的深度;在G76或G87指令中，指刀具橫向的偏置量。

P——刀具在孔底的暫停時間。

F——切削進給速度。

L——固定循環次數，不指定時只進行一次。

G73～G89、Z、R、P、Q都是模態代碼。

3 G代碼分類解析

3.1 淺孔的加工（G81、G82）

淺孔的加工相對簡單，效率高，因為淺孔加工過程排出鐵屑較少，鐵屑不會填滿鉆頭的容屑槽。因此，不需要在加工過程中退刀，可一次加工完成。

G81——鉆削固定循環指令 格式：G81 X_ Y_ Z_ R_ F_

主軸正轉，進入孔加工，到達孔底之后無動作，直接返回。

G82——鉆削固定循環指令 格式：G82 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_

G82與G81的主要區別是，在孔底增加了進給暫停動作，進給停止，主軸繼續轉動，使孔的表面更光滑。

舉例：零件如圖1所示，φ6孔已加工，使用G82指令編寫锪孔加工程序。

編制锪孔程序如下：

O0001 程序號

G91 G28 Z0; 返回軸參考點

M06 T01; 換01號刀具（φ10锪孔鉆）

G90 G54 G43 G00 Z100.0? H01; 絕對坐標，第一工件坐標系，建立01號刀具長度補償，Z向快速定位至Z100

M03 S600; 主軸正轉，轉速600r/min

M08; 切削液開

G99 G82 X0 Y14.0 Z-5.0 R3.0 P1000 F20; 锪孔1，孔位（0，14），加工孔深至Z-5，R平面確定在Z3的位置，孔底暫停1s，刀具返回R平面，進給速度20mm/min

G98 Y-14.0; 锪孔2，返回初始平面

G80; 取消固定循環

G00 Z150; 快速抬刀至Z150

M30; 程序結束并返回起點

3.2 深孔的加工（G73、G83）

深孔加工時鐵屑很難排出，冷卻液也很難進入孔內，導致散熱和潤滑效果差。在鉆頭鉆削的時候注意邊鉆邊退，鐵屑才能在容屑槽內順暢排除。G73和G83兩個固定循環指令主要是針對深孔的加工，可以滿足邊鉆邊退的要求，很容易使鐵屑排出。下面將分別介紹這兩個指令。

G73——高速深孔鉆削固定循環指令 格式：G73 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_

與G81的主要區別是，深孔加工時需要間歇性進給，這樣有利于鐵屑的排出。每次背吃刀量為Q，退刀距離為d。

G83——深孔鉆削固定循環指令 格式：G83 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_

與G73的主要區別是，該指令的退刀量不是d，而是返回到R平面，這樣有利于刀具的散熱和鐵屑的排出。

3.3 鏜孔的加工（G76、G85）

鏜孔，是在有孔的基礎上對孔進一步加工。鏜孔的主要目的是為了提高孔的精度、表面粗糙度、擴大孔的直徑，為偏離中心的孔找正。鏜孔常見的指令包括G85和G76。

G85——鏜削固定循環指令 格式：G85 X_ Y_ Z_ R_ F_

主軸正轉，刀具以進給速度向下運動鏜孔，到達孔底位置后，立即以進給速度退出（沒有孔底動作）。

G76——精鏜固定循環指令 格式：G76 X_ Y_ Z_ R_ P_ Q_ F_

與G85的區別是：G76在孔底有三個動作，即進給暫停、主軸定向停止、刀具沿刀尖所指的反方向偏移Q值，然后快速退出。

3.4 內螺紋攻絲加工（G74、G84）

攻絲加工是利用絲錐進行螺紋加工的一種加工方式，常用的絲錐包括直絲錐和螺旋絲錐。攻絲時應注意一個問題：應嚴格控制進給速度F（mm/min）和主軸轉速S（mm/r）之間的關系才能保證螺紋的導程F。具體計算公式為：

G84——攻螺紋固定循環指令 G84 X_ Y_ Z_ R_ F_

攻螺紋進給時主軸正轉，退出時主軸反轉。因為是螺紋的加工，所以在加工完畢退刀時也應該以進給速度推出。

G74——左旋攻螺紋固定循環指令 G74 X_ Y_ Z_ R_ F_

與G84的區別是：進給時為反轉，退出時為正轉。

舉例：零件如圖2所示，螺紋底孔已加工，使用G74/G84指令編寫M12（右旋）和M12LH左旋螺紋（螺距P=1.75）的加工程序。

編制攻絲程序如下：

O0002 程序號

G91 G28 Z0;返回軸參考點

M06 T01;換01號刀具（右旋螺紋絲錐）

G90 G54 G43 G00 Z100.0? H01; 絕對坐標，第一工件坐標系，建立01號刀具長度補償，Z向快速定位至Z100

M03 S100;主軸正轉，轉速100r/min

M08;切削液開

G98 G84 X-25.0 Y0 Z-15.0 R3.0 F175;加工右旋螺紋M12

G80;取消固定循環

M06 T02 換02號刀具（左旋螺紋絲錐）

G90 G54 G43 G00 Z100.0 H02;絕對坐標，第一工件坐標系，建立01號刀具長度補償，Z向快速定位至Z100

M04 S100;主軸反轉，轉速100r/min

M08;切削液開

G98 G74 X25.0 Y0 Z-15.0 R3.0 F175;加工左旋螺紋M12LH

G80;取消固定循環

G00 Z150;快速抬刀至Z150

M30;程序結束并返回起點

4 循環指令的比較

通過對以上循環指令分析得出以下結論：淺孔加工不需要退刀動作，加工效率較高，深孔加工每次都要進行退刀，效率較低。G73指令每次退刀量是d，而G83指令則每次返回R點平面，這樣對深孔鉆削時的排屑有利，但是鉆削效率較低。G74主要是針對右旋螺紋加工，G84主要是針對左旋螺紋。

參考文獻

[1] 唐健.數控技術與編程技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2] 任國興.數控銑床華中系統編程與操作實訓[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

[3] 陳海舟.數控銑削加工宏程序及應用實例（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2007.