數控車削內孔

李平惠

摘 要：內孔加工是車削加工的一部分，內孔的數控車削加工可以更進一步提高零件的加工精度及表面質量，本文對數控車削內孔時需要注意的一些問題結合平時的工作經驗進行了闡述和總結。

關鍵詞：內孔; 數控車削; 孔用刀具; 編程; G90; G71

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）02-195-002

一、內孔加工技術要求

很多機器零件如齒輪、軸套、帶輪等，不僅有外圓柱面，而且有內圓柱面。一般情況下，對內圓柱面的加工通常采用鉆孔、擴孔、車孔和鉸孔等方法，鉆孔、擴孔是粗加工及半精加工的過程，當對孔的尺寸精度、位置精度和表面粗糙度有較高的要求時， 常采用車孔和鉸孔，但是鉸孔時對鉸刀的要求和其加工成本都較高，所以對孔的車削加工是內圓柱面常用的加工方法。

根據不同的需要和結合加工的圖紙要求，傳統的加工無法達到足夠的精度要求。一些加工精度比較高的內圓柱面就需要數控車床來加工完成。數控車削加工不僅使內孔獲得了高的尺寸精度、位置精度和表面粗糙度，又解決了復雜形狀內腔測量不便的問題，因而越來越被廣泛應用。

1.內孔加工一般都要求具有較高的尺寸精度、較小的表面粗糙度和較高的幾何精度，在車削安裝套類零件時關鍵的是要保證位置精度要求。

2.內孔加工刀具回旋空間小，刀具進退刀方向與車外輪廓時有較大區別，編程時進退刀尺寸必要時需仔細計算。

3.內孔加工刀具由于受到孔徑和孔深的限制刀桿細而長，剛性差，容易在加工中出現振動等現象，所以切削用量選擇，特別是進給量和背吃刀量的選擇較外輪廓時稍小。

4.內孔切削時切削液不易進入切削區域，切屑不易排出，切削溫度可能會較高，鏜深孔時可以采用工藝性退刀，以促進切屑排出。

5.內孔切削時切削區域不易觀察，加工精度不易控制，大批量生產時測量次數需安排多一些。

二、內孔車削工藝與編程特點

在車削工藝上內孔加工要比外圓車削困難得多，具體體現在以下幾個方面：

1.內孔一般不會太復雜，加工工藝常采用鉆——粗鏜——精鏜，孔徑較少時可采用手動方式或MDI方式“鉆——鉸”加工。

2.一般內孔采用G01或G71指令編程加工。

3.切削內孔時，進刀采用先進-Z方向，先進-X方向，退刀時先退少量+X方向，后退+Z方向，為防止干涉，退+X方向時退刀尺寸必要時需計算。

4.中空工件的剛性一般較差，裝夾時應選好定位基準，控制好夾緊力的大小，以防止工件變形，保證加工精度。

5.工件精度較高時，按粗精加工交替進行內外輪廓切削，以保證形位精度。

6.換刀點的確定要考慮鏜刀刀桿的方向和長度，以免換刀時刀具與工件、尾座（可能有鉆頭）發生干涉。

三、裝刀與對刀

1.內孔車刀種類

根據內孔工藝要求的不同，加工方法較多，車削加工中常用的孔用刀具有中心鉆、鉸刀、內孔車刀等。下面主要介紹內孔車刀。根據加工情況的不同，內孔車刀分為通孔車刀和盲孔車刀兩種。

（1）通孔車刀。為了減小徑向切削抗力，防止車孔時振動， 通孔車刀在刃磨時主偏角應取得大些，一般在60°-75°之間，副偏角一般為15°-30°。為防止內孔車刀后刀面和孔壁的摩擦又不使后角磨得太大，一般磨成兩個后角。為了便于排屑，刃傾角取正值（前排屑）。

（2）盲孔車刀。盲孔車刀用來車削盲孔或臺階孔，它的主偏角大于90°，一般為92°-95°;后角的要求和通孔車刀一樣，不同之處是盲孔車刀刀尖在刀桿的最前端，車平底孔的車刀刀尖到刀桿外端的距離應小于孔半徑，否則無法車平孔的底面。為了便于排屑，刃傾角λ取負值（后排屑）。

（3）機夾可轉為內孔車刀。數控車床所采用的可轉位車刀，與通用車床相比一般無本質的區別，其基本結構、功能特點是相同的。但數控車床的加工工序是自動完成的，因此對可轉位車刀的要求又高于通用車床所使用的刀具。

2.內孔車刀的安裝

（1）內孔車刀刀尖應與工件中心等高或稍高。（2）內孔車刀刀柄伸出刀架不宜過長。（3）內孔車刀刀柄基本平行于工件軸線。（4）盲孔車刀裝夾時，主刀刃應與孔底平成3°-5°，在車平面時要求橫向有足夠的退刀余量。

3.刀位點和對刀

刀位點是指在加工程序編制中用以表示刀具特征的點。內孔車刀的刀尖是刀位點。在執行加工程序前，需調整每把刀的刀位點，使其盡量與某一理想基準點重合，這一過程稱為對刀。對刀的好與差，將直接影響到加工零件的尺寸精度。

四、車孔的關鍵技術

1.增加內孔車刀的剛性。（1）盡量增加刀桿的截面積。（2）盡可能縮短刀柄的伸出長度。（3）選用不同的刀桿材料。（4）精車內孔時，應保持刀刃鋒利，否則容易產生讓刀現象，把孔車成錐形。

2.控制切屑的排出方向。孔加工時，切屑如果不能順利排出，則可能劃傷已加工表面，嚴重時切屑會堵塞內孔使刀具損傷。解決排屑問題的辦法主要是控制切屑流出方向。（1）精車通孔時可使切屑流向待加工表面（前排屑），應采用正刃傾角的內孔車刀;加工盲孔時，應采用負的刃傾角（后排屑），使切屑從孔口排出。

3.充分加注切削液。切削液有潤滑、冷卻、清洗、防銹等作用，孔加工（尤其是加工塑性材料）時應充分加注切削液，以減少工件的熱變形，提高零件的表面質量。

4.孔加工時由于加工空間狹小，刀具剛性不足，所以刀具一般要比較鋒利，且切削用量比外圓加工時要選得小些。

五、內孔車削的數控編程

1.G90單一固定循環指令加工內孔。在FANUC0I數控車床系統中，G90指令為單一固定循環中的內、外圓粗車循環，G90指令加工內圓時應特別注意的是其循環起點的設置：車削內圓時G90循環起點的X坐標應小于切削內圓的直徑值，否則系統就會按外圓加工的形式進行加工。

指令格式為：

G00? X__ Z__;（定位到循環起點）

G90? X（U）__ Z（W）__? F__;

說明：

1）X（U）、Z（W）：循環切削終點坐標，其中X、Z為絕對坐標值，U、W為終點相對循環起點的增量坐標;

2）F：切削速度;

3）G90循環起點應制定在工件被加工面之外，特別注意循環起點的X坐標應小于切削內圓的直徑，但不能過小，否則退刀時刀體的另一側面會與內圓表面發生碰撞。

4）該循環指令的走刀軌跡為一矩形，當進行內孔的循環車削加工時，從循環起點開始，X軸快速定位至循環終點的X坐標，然后Z軸以設定的F值進行車削加工至循環終點的Z坐標處，再X軸以進給速度退刀至循環起點的X坐標處，最后Z軸快速返回循環起點，第一次的粗車循環結束。如此進行分層粗車加工，例：

.........

G00 X15 Z5;

G90 X18 Z-25 F150;

X22;

X26;

X29.5;

G01 X29 Z0;

G01 X30 W-1;

G01 Z-25 F100;

G00 X20;

G00 Z5;

.........

2.內、外圓粗車復合循環指令G71加工內孔。單一固定循環僅適用于一些輪廓簡單的內、外圓柱面零件的程序編制，當加工輪廓復雜時，可以用G71復合循環指令進行編程。

在FANUC 0I數控車床系統中，G71粗車復合循環除了用于外圓加工，同樣可用于加工內圓輪廓。

指令格式為：

G00 X__ Z__;（循環起點）

G71 U__ R__;

G71 P__ Q__ U__ W__ F__ S__ T__。

說明：

（1）G71指令中加工內圓輪廓各參數的含義與加工外圓時相同，需注意的是內圓加工時第二個G71程序段中的精加工余量U應取負值。例：

........

G00 X15 Z5;

G71 U2.5 R1;

G71 P10 Q20 U-0.5 W0.2 F150;

N10 .......

.........

N20 .......

（2）內圓加工時，G71指令循環起點X坐標值一定要小于毛坯孔的X直徑。

（3）循環起點位置設定要適當，其X坐標值不宜過小，以免退刀時刀具與孔壁的另一側發生碰撞，一般小于毛坯孔直徑0.5～1mm即可。

3.以上兩種指令代碼均可進行內孔的數控車削編程及加工，但前者僅在車削一些簡單輪廓的內圓柱面時編程比較簡單，而后者雖可對一些形狀相對復雜的內腔進行編程加工，但也有其局限的地方：G71指令僅可對單調遞增或單調遞減的零件輪廓進行編程及加工，而對于凹形輪廓則不能進行程序的編制。

六、教學總結

以上是數控車削加工內孔時應注意的一些問題，總之，要保證零件的加工精度，在進行加工時不僅要合理選用刀具、夾具、切削用量，還要準確掌握當前所操作機床的工作狀態，更要選擇合適的數控編程指令。