課題4：孔加工理論：1.掌握孔加工的工藝知識；2.掌握孔加工的編程指令。技能：1.能編制孔加工的加工程序；2.能熟練使用數(shù)控銑床仿真軟件；3.能完成孔加工仿真加工。1.孔加工工藝知識；2.孔加工的編程指令用?？准庸ぞ幊虒I(yè)課（理實一體）講授法、引導文教學法、案例教學法、示范法、練習法多媒體、網(wǎng)絡(luò)或投影儀4/24楊豐回顧：平面選擇指令、圓弧編程指令1.講解：半徑補償指令格式2.講解：半徑補償編程舉例3.練習：完成課題的仿真加工4.小結(jié)課題4：孔加工4.1任務(wù)：端蓋零件上沉頭螺釘孔和銷孔的加工端蓋零件如圖4-1所示，底平面、兩側(cè)面和40H8型腔已在前面工序加工完成。本工序加工端蓋的4個沉頭螺釘孔和2個銷孔，試編寫其加工程序。零件材料為HT150，加工數(shù)量為5000個/年。4.1 端蓋零件圖4.2 孔加工的工藝知識1.孔加工的方法孔加工在金屬切削中占有很大的比重，應(yīng)用廣泛。在數(shù)控銑床上加工孔的方法很多，根據(jù)孔的尺寸精度、位置精度及表面粗糙度等要求，一般有點孔、鉆孔、擴孔，锪孔、鉸孔、鏜孔及銑孔等方法。2.孔加工的刀具1）鉆孔刀具及其選擇鉆孔刀具較多，有普通麻花鉆、可轉(zhuǎn)位淺孔鉆、噴吸鉆及扁鉆等。應(yīng)根據(jù)工件材料、加工尺寸及加工質(zhì)量要求等合理選用。在數(shù)控鏜銑床上鉆孔，普通麻花鉆應(yīng)用最廣泛，尤其是加工30mm以下的孔時，以麻花鉆為主，如圖6-2所示。圖6-2 普通麻花鉆在數(shù)控鏜銑床上鉆孔，因無鉆模導向，受兩種切削刃上切削力不對稱的影響，容易引起鉆孔偏斜。為保證孔的位置精度，在鉆孔前最好先用中心鉆鉆一中心孔，或用一剛性較好的短鉆頭鉆一窩。中心鉆主要用于孔的定位，由于切削部分的直徑較小，所以中心鉆鉆孔時，應(yīng)選取較高的轉(zhuǎn)速。對深徑比大于5而小于100的深孔由于加工中散熱差，排屑困難，鉆桿剛性差，易使刀具損壞和引起孔的軸線偏斜，影響加工精度和生產(chǎn)率，故應(yīng)選用深孔刀具加工。2）擴孔刀具及其選擇擴孔多采用擴孔鉆，也有用立銑刀或鏜刀擴孔。擴孔鉆可用來擴大孔徑，提高孔加工精度。用擴孔鉆擴孔精度可達IT11IT10，表面粗糙度值可達Ra6.33.2um。擴孔鉆與麻花鉆相似，但齒數(shù)較多，一般為34個齒。擴孔鉆加工余量小，主切削刃較短，無需延伸到中心，無橫刃，加之齒數(shù)較多，可選擇較大的切削用量。圖6-3所示為整體式擴孔鉆和套式擴孔鉆。a) b)圖6-3 擴孔鉆a)整體式擴孔鉆 b)套式擴孔鉆3）鉸孔刀具及其選擇鉸孔加工精度一般可達IT9IT8級，孔的表面粗糙度值可達Ra1.60.8um，可用于孔的精加工，也可用于磨孔或研孔前的預(yù)加工。鉸孔只能提高孔的尺寸精度、形狀精度和減小表面粗糙度值，而不能提高孔的位置精度。因此，對于精度要求高的孔，在鉸削前應(yīng)先進行減少和消除位置誤差的預(yù)加工，才能保證鉸孔質(zhì)量。圖6-3所示為直柄機用鉸刀和套式機用鉸刀。a) b)圖6-4 鉸刀a)直柄機用鉸刀 b)套式機用鉸刀4）鏜孔加工刀具及其選擇鏜孔是數(shù)控鏜銑床上的主要加工內(nèi)容之一，它能精確的保證孔系的尺寸精度和形位精度，并糾正上道工序的誤差。在數(shù)控鏜銑床上進行鏜孔加工通常是采用懸臂方式，因此要求鏜刀有足夠的剛性和較好的精度。鏜孔加工精度一般可達IT7IT6，表面粗糙度值可達Ra6.30.8um。為適應(yīng)不同的切削條件，鏜刀有多種類型。按鏜刀的切削刃數(shù)量可分為單刃鏜刀(圖6-5a)和雙刃鏜刀(圖6-5b)。a) b)圖6-5 鏜刀a)單刃鏜刀 b)雙刃鏜刀在精鏜孔中，目前較多地選用精鏜微調(diào)鏜刀，如圖6-6所示。這種鏜刀的徑向尺寸可以在一定范圍內(nèi)進行微調(diào)，且調(diào)節(jié)方便，精度高。圖6-6 微調(diào)鏜刀3.孔加工的切削參數(shù)及加工余量1）孔加工的切削參數(shù)4.攻螺紋的加工工藝1）底孔直徑的確定攻螺紋之前要先打底孔，底孔直徑的確定方法如下：對鋼和塑性大的材料D孔D-P對鑄鐵和塑性小的材料D孔D-（1.051.1）P式中：D孔螺紋底孔直徑，mm； D螺紋大徑，mm； P螺距，mm。2）盲孔螺紋底孔深度盲孔螺紋底孔深度的計算方法如下：盲孔螺紋底孔深度=螺紋孔深度+0.7d式中：d鉆頭的直徑，mm。3）攻螺紋刀具絲錐是數(shù)控機床加工內(nèi)螺紋的一種常用刀具，其基本結(jié)構(gòu)是一個軸向開槽的外螺紋。一般絲錐的容屑槽制成直的，也有的做成螺旋形，螺旋形容易排屑。加工右旋通孔螺紋時，選用左旋絲錐；加工右旋不通孔螺紋時，選用右旋絲錐，如圖6-7所示。圖6-7 絲錐5.孔加工路線安排1）孔加工導入量與超越量孔加工導入量（圖6-8中Z）是指在孔加工過程中，刀具自快進轉(zhuǎn)為工進時，刀尖點位置與孔上表面間的距離?？准庸肓靠蓞⒄毡?-7選取?？准庸こ搅浚▓D6-8中的Z），當鉆通孔時，超越量通常取ZP（13）mm，ZP為鉆尖高度（通常取0.3倍鉆頭直徑）；鉸通孔時，超越量通常取35mm；鏜通孔時，超越量通常取13mm；攻螺紋時，超越量通常取58mm。圖6-8 孔加工導入量與超越量表6-7 孔加工導入量表面狀態(tài)加工方法已加工表面毛坯表面鉆孔2358擴孔3558鏜孔3558鉸孔3558銑削3558攻螺紋5105102）相互位置精度高的孔系的加工路線對于位置精度要求較高的孔系加工，特別要注意孔的加工順序的安排，避免將坐標軸的反向間隙帶入，影響位置精度?！纠?-1】鏜削圖6-9a）所示零件上的4個孔。若按圖6-9b）所示進給路線加工，由于孔4與孔1、孔2、孔3的定位方向相反，Y向反向間隙會使定位誤差增加，從而影響孔4與其它孔的位置精度。按圖6-9c）所示進給路線，加工完孔3后往上移動一段距離至P點，然后再折回來在孔4處進行定位加工，這樣方向一致，就可避免反向間隙的引入，提高了孔4的定位精度。a) b) c)圖6-9孔加工進給路線【例8-1】使用G02對圖8-3所示的的螺旋線編程，起點在（0，30，10），螺旋線終點（30，0，0），假設(shè)刀具最初在螺旋線起點。圖8-3 螺旋線插補用G90方式編程如下：G90 G17 G02 X30 Y0 Z0 R30 F200；用G91方式編程如下：G91 G17 G02 X30 Y-30 Z-10 R30 F200；4.3鉆孔、锪孔及鉸孔固定循環(huán)指令1.孔加工固定循環(huán) 孔加工固定循環(huán)動作如圖6-6所示，固定循環(huán)通常由6個動作順序組成：動作1（AB段）：XY平面快速定位；動作2（BR段）：Z向快速進給到R點； 動作3（RZ段）：Z軸切削進給，進行孔加工；動作4（Z點）：孔底部的動作；動作5（ZR段）：Z軸退刀；動作6（RB段）：Z軸快速回到起始位置。 6-7 固定循環(huán)平面6-6 固定循環(huán)動作 固定循環(huán)的平面a初始平面 初始平面是為安全下刀而規(guī)定的一個平面，如圖6-7所示。初始平面可以設(shè)定在任意一個安全高度上。當使用同一把刀具加工多個孔時，刀具在初始平面內(nèi)的任意移動將不會與夾具、工件凸臺等發(fā)生干涉。bR點平面 R點平面又叫R參考平面。這個平面是刀具下刀時，自快進轉(zhuǎn)為工進的高度平面，距工件表面的距離主要考慮工件表面的尺寸變化，一般情況下取25mm（圖6-7）。c孔底平面 加工不通孔時，孔底平面就是孔底的Z軸高度。而加工通孔時，除要考慮孔底平面的位置外，還要考慮刀具的超越量（圖6-7），以保證所有孔深都加工到尺寸。 固定循環(huán)編程格式 孔加工循環(huán)的通用編程格式如下：G73G89 X Y Z R Q P F K ；X Y ：孔在XY平面內(nèi)的位置；Z ：孔底平面的位置；R ：R點平面所在位置； Q ：G73和G83深孔加工指令中刀具每次加工深度或G76和G87精鏜孔指令中主軸準停后刀具沿準停反方向的讓刀量；P ：指定刀具在孔底的暫停時間，數(shù)字不加小數(shù)點，ms； F ：孔加工切削進給時的進給速度；K ：指定孔加工循環(huán)的次數(shù)，該參數(shù)僅在增量編程中使用。在實際編程時，并不是每一種孔加工循環(huán)的編程都要用到以上格式的所有代碼。如下例的鉆孔固定循環(huán)指令格式：【例】 G81 X50.0 Y30.0 Z-25.0 R5.0 F100；以上格式中，除K代碼外，其他所有代碼都是模態(tài)代碼，只有在循環(huán)取消時才被清除，因此這些指令一經(jīng)指定，在后面的重復加工中不必重新指定。如下例所示：【例】 G82 X50.0 Y30.0 Z-25.0 R5.0 P1000 F100； X80.0； G80；執(zhí)行以上指令時，將在（50.0，30.0）和（80.0，30.0）處加工出相同深度的孔。 孔加工循環(huán)由指令G80取消。另外， 遇到01組的G代碼（如G00、G01、G02、G03），則孔加工循環(huán)方式也會自動取消。 G98與G99方式當?shù)毒呒庸さ娇椎灼矫婧?，刀具從孔底平面以兩種方式返回(圖6-8)，即返回到R點平面和返回到初始平面，分別用指令G98與G99來決定。aG98方式 G98為系統(tǒng)默認返回方式，表示返回初始平面。當采用固定循環(huán)進行孔系加工時，通常不必返回到初始平面。當全部孔加工完成后或孔之間存在凸臺或夾具等干涉件時，則需返回初始平面。G98指令格式如下： G98 G81 X Y Z R F ； bG99方式 G99表示返回R點平面。在沒有凸臺等干涉情況下，加工孔系時，為了節(jié)省加工時間，刀具一般返回到R點平面。G99指令格式如下： G99 G81 X Y Z R F ； G90與G91方式 固定循環(huán)中R值與Z值數(shù)據(jù)的指定與G90與G91的方式選擇有關(guān)（Q值與G90與G91方式無關(guān)）。aG90方式 G90方式中，X、Y、Z和R的取值均指工件坐標系中絕對坐標值。bG91方式 G91方式中，R值是指R點平面相對初始平面的Z坐標值，而Z值是指孔底平面相對R點平面的Z坐標值。X、Y數(shù)據(jù)值也是相對前一個孔的X、Y方向的增量距離?！纠?如圖6-10所示，在一條直線上加工4個孔，其坐標分別為（50.0，20.0）、（100.0，20.0）、（200.0，20.0），孔深都為40mm，如編程序為：N30 G90 G99；N40 G81 X50.0 Y20.0 R3.0 Z-40 F200；N50 G91 X50 K3；N60 G90 G80 G00；由于相鄰孔X值的增量為50，在程序段N40中采用G91方式，并利用重復次數(shù)K的功能，便可顯著縮短CNC程序，提高編程效率。6-10 直線上的孔（2）鉆（擴）孔循環(huán)G81與锪孔循環(huán)G82 指令格式 G81 X Y Z R F ；G82 X Y Z R P F ； 指令動作 G81指令常用于普通鉆孔，其加工動作如圖6-11 所示，刀具在初始平面快速(G00方式)定位到指令中指定的X、Y坐標位置，再Z向快速定位到R點平面，然后執(zhí)行切削進給到孔底平面，刀具從孔底平面快速Z向退回到R點平面（G99方式）或初始平面（G98方式）。G82指令在孔底增加了進給后的暫停動作，以提高孔底表面粗糙度精度，如果指令中不指定暫停參數(shù)P，則該指令和G81指令完全相同。該指令常用于锪孔或臺階孔的加工。6-11 G81與G82指令動作圖6-12 G73與G83指令動作圖 （3）高速深孔鉆循環(huán)G73與深孔鉆循環(huán)G83所謂深孔，是指孔深與孔直徑之比大于5的孔。加工深孔時，加工中散熱差，排屑困難，鉆桿剛性差，易使刀具損壞和引起孔的軸線偏斜，從而影響加工精度和生產(chǎn)率。 指令格式 G73 X Y Z R Q F ； G83 X Y Z R Q F ； 指令動作 如圖6-12 所示，G73指令通過刀具Z軸方向的間歇進給實現(xiàn)斷屑動作。指令中的Q值是指每一次的加工深度(均為正值且為帶小數(shù)點的值)。圖中的d值由系統(tǒng)指定，通常不需要用戶修改。G83指令通過Z軸方向的間歇進給實現(xiàn)斷屑與排屑的動作。該指令與G73指令的不同之處在于：刀具間歇進給后快速回退到R點，再快速進給到Z向距上次切削孔底平面d處，從該點處，快進變成工進，工進距離為Q+d。G73指令與G83指令多用于深孔加工的編程。（4）鉸孔循環(huán)G85 指令格式 G85 X Y Z R F ； 指令動作 如圖6-13 所示，執(zhí)行G85固定循環(huán)時，刀具以切削進給方式加工到孔底，然后以切削進給方式返回到R平面或初始平面。該指令常用于鉸孔和擴孔加工，也可用于粗鏜孔加工。6-13 G85指令動作圖4.4 任務(wù)決策和執(zhí)行1.工藝分析根據(jù)圖樣需加工2×10H7孔，尺寸精度為7級，表面粗糙度Ra1.6m；2×9通孔和2×15沉孔，沉孔深5mm。2×10H7孔尺寸精度和表面質(zhì)量要求較高，可采用鉆孔、擴孔、方式完成；4×9通孔用9鉆頭直接鉆出即可；4×15沉孔鉆孔后再锪孔。工藝過程如下： 鉆中心孔 所有孔都首先打中心孔，以保證鉆孔時，不會產(chǎn)生斜歪現(xiàn)象。 鉆孔 用9鉆頭鉆出4×9孔和2×10H7孔的底孔。 擴孔 用9.8鉆頭擴2×10H7孔。 锪孔 用15锪鉆锪出4×15沉孔。 鉸孔 用10H7加工出2×10H7孔。2.刀具與工藝參數(shù)見表1-5、表1-6。表1-5 數(shù)控加工刀具卡單 位數(shù)控加工刀具卡片產(chǎn)品名稱零件圖號零件名稱程序編號序號刀具號刀具名稱刀 具補償值刀補號直徑長度半徑長度半徑長度1T01中心鉆3mm2T02麻花鉆9mm3T03麻花鉆9.8mm4T04锪鉆15mm5T05鉸刀10mm表1-6 數(shù)控加工工序卡單 位數(shù)控加工工序卡片產(chǎn)品名稱零件名稱材 料零件圖號工序號程序編號夾具名稱夾具編號設(shè)備名稱編制審核工步號工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格主軸轉(zhuǎn)速/（r/min）進給速度/（mm/min）背吃刀量/mm1鉆所有孔的中心孔T013mm中心鉆20008024×9孔和2×10H7孔的底孔T029mm麻花鉆6001003擴2×10H7孔T039.8mm麻花鉆8001004锪4×15沉孔T0415mm锪鉆5001005鉸2×10H7孔T0510mm鉸刀200503.裝夾方案由于該零件為中大批量生產(chǎn)，可利用專用夾具進行裝夾。由于底面和40H8內(nèi)腔已在前面工序加工完畢，本工序可以40H8內(nèi)腔和底面為定位面，側(cè)面加防轉(zhuǎn)銷限制六個自由度，用壓板夾緊。（4）程序編制在40H7內(nèi)孔中心建立工件坐標系，Z軸原點設(shè)在端蓋底面上。利用偏心式尋邊器找正X、Y軸零點，裝上中心鉆頭，完成Z軸的對刀。孔加工的安全平面設(shè)置在端蓋頂面以上50mm處（Z坐標為80mm）；R點平面設(shè)置在沉孔上表面5mm處（Z坐標為20mm）。程序如下：O0001；N10 G17 G21 G40 G54 G80 G90 G94 ； 程序初始化N20 G00 Z80.0 M07； 刀具定位到安全平面，啟動主軸N30 M03 S2000；N40 G98 G81 X28.28 Y28.28 R20.0 Z12.0 F100； 鉆出六個孔的中心孔N50 X0 Y40.0；N60 X-28.28 Y28.28；N70 Y-28.28；N80 X0 Y-40.0；N90 X28.28 Y-28.28；N100 G00 Z180.0 M09； 刀具抬到手工換刀高度N110 M05； N120 M00； 程序暫停，手工換T2刀，換轉(zhuǎn)速N130 M03 S600；N140 G00 Z80.0 M07； 刀具定位到安全平面N150 G98 G81 X28.28 Y28.28 R20.0 Z-5.0 F100； 鉆出六個9mm孔N160 X0 Y40.0；N170 X-28.28 Y28.28；N180 Y-28.28；N190 X0 Y-40.0；N200 X28.28 Y-28.28；N210 G00 Z180.0 M09； 刀具抬到手工換刀高度N220 M05；N230 M00； 程序暫停，手工換T3刀，換轉(zhuǎn)速N240 M03 S800；N250 G00 Z80.0 M07； 刀具定位到安全平面N260 G98 G81 X0 Y40.0 R20.0 Z-5.0 F100； 擴2×10H7mm孔至9.8mmN270 Y-40.0；N280 G00 Z180 M09； 刀具抬到手工換刀高度N290 M05；N300 M00； 程序暫停，手工換T4刀，換轉(zhuǎn)速N310 M03 S500；N320 G00 Z80.0 M07； 刀具定位到安全平面N330 G98 G82 X28.28 Y28.28 R20.0 Z10.0 P2000 F100；锪出四個15mm沉頭孔N340 X-28.28；N350 Y-28.28；N360 X28.28；N370 G00 Z180 M09； 刀具抬到手工換刀高度N380 M05；N390 M00； 程序暫停，手工換T5刀，換轉(zhuǎn)速N400 M03 S200；N410 G00 Z80.0 M07； 刀具定位到安全平面N420 G98 G85 X0 Y40.0 R20.0 Z-5.0 F50； 鉸2×10H7mm孔N430 Y-40.0；N440 M05； N450 M09 G00 Z200；N460 M30； 程序結(jié)束4.5 鞏固練習利用數(shù)控加工仿真軟件，完成如圖6-14所示零件上定位銷孔、螺栓孔的加工，并完成工序卡片的填寫。零件上下表面、80外輪廓等部位已在前面工序（步）完成，零件材料為45鋼。圖6-14 鉆、锪與鉸孔加工練習22