數(shù)控車削內(nèi)孔

李平惠

摘 要：內(nèi)孔加工是車削加工的一部分，內(nèi)孔的數(shù)控車削加工可以更進(jìn)一步提高零件的加工精度及表面質(zhì)量，本文對(duì)數(shù)控車削內(nèi)孔時(shí)需要注意的一些問(wèn)題結(jié)合平時(shí)的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了闡述和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：內(nèi)孔; 數(shù)控車削; 孔用刀具; 編程; G90; G71

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1006-3315（2021）02-195-002

一、內(nèi)孔加工技術(shù)要求

很多機(jī)器零件如齒輪、軸套、帶輪等，不僅有外圓柱面，而且有內(nèi)圓柱面。一般情況下，對(duì)內(nèi)圓柱面的加工通常采用鉆孔、擴(kuò)孔、車孔和鉸孔等方法，鉆孔、擴(kuò)孔是粗加工及半精加工的過(guò)程，當(dāng)對(duì)孔的尺寸精度、位置精度和表面粗糙度有較高的要求時(shí)， 常采用車孔和鉸孔，但是鉸孔時(shí)對(duì)鉸刀的要求和其加工成本都較高，所以對(duì)孔的車削加工是內(nèi)圓柱面常用的加工方法。

根據(jù)不同的需要和結(jié)合加工的圖紙要求，傳統(tǒng)的加工無(wú)法達(dá)到足夠的精度要求。一些加工精度比較高的內(nèi)圓柱面就需要數(shù)控車床來(lái)加工完成。數(shù)控車削加工不僅使內(nèi)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(fù)雜形狀內(nèi)腔測(cè)量不便的問(wèn)題，因而越來(lái)越被廣泛應(yīng)用。

1.內(nèi)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(shí)關(guān)鍵的是要保證位置精度要求。

2.內(nèi)孔加工刀具回旋空間小，刀具進(jìn)退刀方向與車外輪廓時(shí)有較大區(qū)別，編程時(shí)進(jìn)退刀尺寸必要時(shí)需仔細(xì)計(jì)算。

3.內(nèi)孔加工刀具由于受到孔徑和孔深的限制刀桿細(xì)而長(zhǎng)，剛性差，容易在加工中出現(xiàn)振動(dòng)等現(xiàn)象，所以切削用量選擇，特別是進(jìn)給量和背吃刀量的選擇較外輪廓時(shí)稍小。

4.內(nèi)孔切削時(shí)切削液不易進(jìn)入切削區(qū)域，切屑不易排出，切削溫度可能會(huì)較高，鏜深孔時(shí)可以采用工藝性退刀，以促進(jìn)切屑排出。

5.內(nèi)孔切削時(shí)切削區(qū)域不易觀察，加工精度不易控制，大批量生產(chǎn)時(shí)測(cè)量次數(shù)需安排多一些。

二、內(nèi)孔車削工藝與編程特點(diǎn)

在車削工藝上內(nèi)孔加工要比外圓車削困難得多，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.內(nèi)孔一般不會(huì)太復(fù)雜，加工工藝常采用鉆——粗鏜——精鏜，孔徑較少時(shí)可采用手動(dòng)方式或MDI方式“鉆——鉸”加工。

2.一般內(nèi)孔采用G01或G71指令編程加工。

3.切削內(nèi)孔時(shí)，進(jìn)刀采用先進(jìn)-Z方向，先進(jìn)-X方向，退刀時(shí)先退少量+X方向，后退+Z方向，為防止干涉，退+X方向時(shí)退刀尺寸必要時(shí)需計(jì)算。

4.中空工件的剛性一般較差，裝夾時(shí)應(yīng)選好定位基準(zhǔn)，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(shí)，按粗精加工交替進(jìn)行內(nèi)外輪廓切削，以保證形位精度。

6.換刀點(diǎn)的確定要考慮鏜刀刀桿的方向和長(zhǎng)度，以免換刀時(shí)刀具與工件、尾座（可能有鉆頭）發(fā)生干涉。

三、裝刀與對(duì)刀

1.內(nèi)孔車刀種類

根據(jù)內(nèi)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(nèi)孔車刀等。下面主要介紹內(nèi)孔車刀。根據(jù)加工情況的不同，內(nèi)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(shí)振動(dòng)， 通孔車刀在刃磨時(shí)主偏角應(yīng)取得大些，一般在60°-75°之間，副偏角一般為15°-30°。為防止內(nèi)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(gè)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(lái)車削盲孔或臺(tái)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(yīng)小于孔半徑，否則無(wú)法車平孔的底面。為了便于排屑，刃傾角λ取負(fù)值（后排屑）。

（3）機(jī)夾可轉(zhuǎn)為內(nèi)孔車刀。數(shù)控車床所采用的可轉(zhuǎn)位車刀，與通用車床相比一般無(wú)本質(zhì)的區(qū)別，其基本結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)是相同的。但數(shù)控車床的加工工序是自動(dòng)完成的，因此對(duì)可轉(zhuǎn)位車刀的要求又高于通用車床所使用的刀具。

2.內(nèi)孔車刀的安裝

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

3.刀位點(diǎn)和對(duì)刀

刀位點(diǎn)是指在加工程序編制中用以表示刀具特征的點(diǎn)。內(nèi)孔車刀的刀尖是刀位點(diǎn)。在執(zhí)行加工程序前，需調(diào)整每把刀的刀位點(diǎn)，使其盡量與某一理想基準(zhǔn)點(diǎn)重合，這一過(guò)程稱為對(duì)刀。對(duì)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(guān)鍵技術(shù)

1.增加內(nèi)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(zhǎng)度。（3）選用不同的刀桿材料。（4）精車內(nèi)孔時(shí)，應(yīng)保持刀刃鋒利，否則容易產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，把孔車成錐形。

2.控制切屑的排出方向。孔加工時(shí)，切屑如果不能順利排出，則可能劃傷已加工表面，嚴(yán)重時(shí)切屑會(huì)堵塞內(nèi)孔使刀具損傷。解決排屑問(wèn)題的辦法主要是控制切屑流出方向。（1）精車通孔時(shí)可使切屑流向待加工表面（前排屑），應(yīng)采用正刃傾角的內(nèi)孔車刀;加工盲孔時(shí)，應(yīng)采用負(fù)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(rùn)滑、冷卻、清洗、防銹等作用，孔加工（尤其是加工塑性材料）時(shí)應(yīng)充分加注切削液，以減少工件的熱變形，提高零件的表面質(zhì)量。

4.孔加工時(shí)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(shí)要選得小些。

五、內(nèi)孔車削的數(shù)控編程

1.G90單一固定循環(huán)指令加工內(nèi)孔。在FANUC0I數(shù)控車床系統(tǒng)中，G90指令為單一固定循環(huán)中的內(nèi)、外圓粗車循環(huán)，G90指令加工內(nèi)圓時(shí)應(yīng)特別注意的是其循環(huán)起點(diǎn)的設(shè)置：車削內(nèi)圓時(shí)G90循環(huán)起點(diǎn)的X坐標(biāo)應(yīng)小于切削內(nèi)圓的直徑值，否則系統(tǒng)就會(huì)按外圓加工的形式進(jìn)行加工。

指令格式為：

G00? X__ Z__;（定位到循環(huán)起點(diǎn)）

G90? X（U）__ Z（W）__? F__;

說(shuō)明：

1）X（U）、Z（W）：循環(huán)切削終點(diǎn)坐標(biāo)，其中X、Z為絕對(duì)坐標(biāo)值，U、W為終點(diǎn)相對(duì)循環(huán)起點(diǎn)的增量坐標(biāo);

2）F：切削速度;

3）G90循環(huán)起點(diǎn)應(yīng)制定在工件被加工面之外，特別注意循環(huán)起點(diǎn)的X坐標(biāo)應(yīng)小于切削內(nèi)圓的直徑，但不能過(guò)小，否則退刀時(shí)刀體的另一側(cè)面會(huì)與內(nèi)圓表面發(fā)生碰撞。

4）該循環(huán)指令的走刀軌跡為一矩形，當(dāng)進(jìn)行內(nèi)孔的循環(huán)車削加工時(shí)，從循環(huán)起點(diǎn)開(kāi)始，X軸快速定位至循環(huán)終點(diǎn)的X坐標(biāo)，然后Z軸以設(shè)定的F值進(jìn)行車削加工至循環(huán)終點(diǎn)的Z坐標(biāo)處，再X軸以進(jìn)給速度退刀至循環(huán)起點(diǎn)的X坐標(biāo)處，最后Z軸快速返回循環(huán)起點(diǎn)，第一次的粗車循環(huán)結(jié)束。如此進(jìn)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(nèi)、外圓粗車復(fù)合循環(huán)指令G71加工內(nèi)孔。單一固定循環(huán)僅適用于一些輪廓簡(jiǎn)單的內(nèi)、外圓柱面零件的程序編制，當(dāng)加工輪廓復(fù)雜時(shí)，可以用G71復(fù)合循環(huán)指令進(jìn)行編程。

在FANUC 0I數(shù)控車床系統(tǒng)中，G71粗車復(fù)合循環(huán)除了用于外圓加工，同樣可用于加工內(nèi)圓輪廓。

指令格式為：

G00 X__ Z__;（循環(huán)起點(diǎn)）

G71 U__ R__;

G71 P__ Q__ U__ W__ F__ S__ T__。

說(shuō)明：

（1）G71指令中加工內(nèi)圓輪廓各參數(shù)的含義與加工外圓時(shí)相同，需注意的是內(nèi)圓加工時(shí)第二個(gè)G71程序段中的精加工余量U應(yīng)取負(fù)值。例：

........

G00 X15 Z5;

G71 U2.5 R1;

G71 P10 Q20 U-0.5 W0.2 F150;

N10 .......

.........

N20 .......

（2）內(nèi)圓加工時(shí)，G71指令循環(huán)起點(diǎn)X坐標(biāo)值一定要小于毛坯孔的X直徑。

（3）循環(huán)起點(diǎn)位置設(shè)定要適當(dāng)，其X坐標(biāo)值不宜過(guò)小，以免退刀時(shí)刀具與孔壁的另一側(cè)發(fā)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(jìn)行內(nèi)孔的數(shù)控車削編程及加工，但前者僅在車削一些簡(jiǎn)單輪廓的內(nèi)圓柱面時(shí)編程比較簡(jiǎn)單，而后者雖可對(duì)一些形狀相對(duì)復(fù)雜的內(nèi)腔進(jìn)行編程加工，但也有其局限的地方：G71指令僅可對(duì)單調(diào)遞增或單調(diào)遞減的零件輪廓進(jìn)行編程及加工，而對(duì)于凹形輪廓?jiǎng)t不能進(jìn)行程序的編制。

六、教學(xué)總結(jié)

以上是數(shù)控車削加工內(nèi)孔時(shí)應(yīng)注意的一些問(wèn)題，總之，要保證零件的加工精度，在進(jìn)行加工時(shí)不僅要合理選用刀具、夾具、切削用量，還要準(zhǔn)確掌握當(dāng)前所操作機(jī)床的工作狀態(tài)，更要選擇合適的數(shù)控編程指令。