《數(shù)控銑床加工中心加工工藝與編程（第二版）》 課件 模塊三　固定循環(huán)編程與孔加工

模塊三固定循環(huán)編程與孔加工任務(wù)一鉆孔、锪孔、鉸孔加工任務(wù)二鏜孔與攻螺紋加工164任務(wù)一鉆孔、锪孔、鉸孔加工165知識點◎數(shù)控加工固定循環(huán)的基本概念?！蚩准庸す潭ㄑh(huán)的基本指令格式?！蜚@孔、锪孔、鉸孔循環(huán)的指令格式?！蚩准庸ぢ肪€的確定方法。技能點◎孔加工方法的選擇?！蚩准庸さ毒叩倪x擇?！蚩准庸す潭ㄑh(huán)程序的編制?！蚩椎臏y量與孔加工精度及誤差分析。166一、任務(wù)描述試在數(shù)控銑床上完成如圖所示工件定位銷孔、螺栓孔和方孔預(yù)鉆孔的加工（工件材料為45鋼，其余輪廓加工均已完成，工時定額3h）。167鉆孔、锪孔、鉸孔加工任務(wù)圖二、任務(wù)分析該任務(wù)主要涉及鉆孔、锪孔和鉸孔加工，因此在編程過程中，需掌握孔加工固定循環(huán)編程方法以及孔加工工藝等理論知識。在編寫孔加工固定循環(huán)指令時，要注意避免刀具以G00方式進刀與退刀過程中與夾具或工件發(fā)生干涉?？准庸み^程中，某些因素會導(dǎo)致孔加工精度降低。因此，在加工前應(yīng)了解引起孔加工精度降低的常見因素，并在加工過程中加以避免，以達到事半功倍的效果。168三、知識鏈接1．?dāng)?shù)控銑床/加工中心的固定循環(huán)在數(shù)控銑床/加工中心上進行孔加工時，通常采用系統(tǒng)配備的固定循環(huán)功能進行編程。通過使用固定循環(huán)指令，可以在一個程序段內(nèi)完成孔加工的全部動作（孔加工進給、孔底暫停、退刀等），從而大大減少編程的工作量。FANUC0i系統(tǒng)數(shù)控銑床/加工中心的固定循環(huán)指令見下表。169170孔加工固定循環(huán)指令（1）孔加工固定循環(huán)1）孔加工固定循環(huán)動作?？准庸す潭ㄑh(huán)動作如圖所示，通常有以下六個動作。①動作1：（圖中AB段）XY（G17）平面快速定位。②動作2：（BR段）Z向快速進給到R點。③動作3：（RZ段）Z軸切削進給，進行孔加工。④動作4：（Z點）孔底部的動作。⑤動作5：（ZR段）Z軸退刀。⑥動作6：（RB段）Z軸快速回到起始位置。171孔加工固定循環(huán)動作2）孔加工固定循環(huán)編程格式?？准庸す潭ㄑh(huán)的通用編程格式如下：G73～G89X

Y

Z

R

Q

P

F

K

；參數(shù)說明如下：X

Y

：指定孔在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，以ms作為時間單位；F

：孔加工切削進給時的進給速度；K

：指定孔加工固定循環(huán)的次數(shù)，該參數(shù)僅在增量編程中使用。1723）孔加工固定循環(huán)平面①初始平面。初始平面如圖所示，它是為安全下刀而規(guī)定的一個平面。初始平面可以設(shè)定在任意一個安全高度上。當(dāng)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。173孔加工固定循環(huán)平面②R點平面。R點平面又稱為R參考平面。這個平面是刀具下刀時由快速進給（簡稱快進）轉(zhuǎn)為切削進給（簡稱工進）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2～5mm，如上圖所示。③孔底平面。加工不通孔時，孔底平面就是孔底的Z軸高度平面。而加工通孔時，除要考慮孔底平面的位置外，還要考慮刀具超越量，以保證所有孔深都加工到尺寸要求。174（2）G98和G99指令方式1）G98指令方式。G98指令為系統(tǒng)默認返回方式，表示返回初始平面，如圖所示。當(dāng)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(dāng)全部孔加工完成后或孔之間存在凸臺或夾具等干涉時，則需返回初始平面。2）G99指令方式。G99指令表示返回R點平面，如圖所示。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。175G98和G99指令方式（3）G90和G91指令方式固定循環(huán)中R值和Z值數(shù)據(jù)的指定與G90和G91指令方式選擇有關(guān)，而Q值與G90和G91指令方式無關(guān)。1）G90指令方式。G90指令方式中，X、Y、Z和R值的取值均指工件坐標系中絕對坐標值，如圖所示。此時，R值一般為正值，而Z值一般為負值。2）G91指令方式。G91指令方式中，R值是指從初始平面到R點平面的增量值，而Z值是指從R點平面到孔底平面的增量值，如圖所示。此時，R值和Z值（G87例外）均為負值。176177G90和G91指令方式2．固定循環(huán)指令Ⅰ（1）鉆孔循環(huán)指令G81與锪孔循環(huán)指令G821）指令格式：G81X

Y

Z

R

F

；

G82X

Y

Z

R

P

F

；2）指令動作。G81指令常用于普通鉆孔，其加工動作如圖所示。178G81與G82指令編程實例（2）高速深孔鉆循環(huán)指令G73與深孔鉆循環(huán)指令G831）指令格式：G73X

Y

Z

R

Q

F

；

G83X

Y

Z

R

Q

F

；2）指令動作。如圖所示，G73指令通過刀具Z軸方向的間歇進給實現(xiàn)斷屑動作。179G73與G83指令動作（3）鉸孔循環(huán)指令G851）指令格式：G85X

Y

Z

R

F

；2）指令動作。如圖所示，執(zhí)行G85指令時，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點平面。該指令常用于鉸孔和擴孔加工，也可用于粗鏜孔加工。180G85指令動作3．?dāng)?shù)控加工方法的選擇（1）確定加工方法的原則確定加工方法的原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度要求。由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法有多種，因而在實際選擇時，要根據(jù)零件的形狀、尺寸、批量、毛坯材料及毛坯熱處理等情況合理選用。此外，還應(yīng)考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的要求以及工廠的生產(chǎn)設(shè)備等實際情況。常用加工方法的經(jīng)濟加工精度及表面粗糙度可查閱相關(guān)工藝手冊。181（2）孔加工方法的選擇在數(shù)控銑床及加工中心上，常用孔加工的方法有鉆孔、擴孔、鉸孔、粗鏜或精鏜孔及攻螺紋等。通常情況下，在數(shù)控銑床及加工中心上能較方便地加工出IT7～IT9級精度的孔，對于這些孔的推薦加工方法見下表。182孔的推薦加工方法對上表說明如下：1）在加工直徑小于30mm且沒有預(yù)鉆孔的毛坯孔時，為了保證鉆孔加工的定位精度，可選擇在鉆孔前先將孔口端面銑平或采用鉆中心孔的加工方法。2）對于表中的擴孔及粗鏜加工，也可采用立銑刀銑孔的加工方法。3）在加工螺紋孔時，先加工出螺紋底孔。對于規(guī)格在M6以下的螺紋孔，通常不在加工中心上加工；對于規(guī)格為M6～M20的螺紋孔，通常采用攻螺紋的加工方法；對于規(guī)格在M20以上的螺紋孔，可采用螺紋鏜刀鏜削加工。1834．孔加工路線及鉸孔余量的確定（1）孔加工導(dǎo)入量孔加工導(dǎo)入量（ΔZ）如圖所示。它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之間的距離?？准庸?dǎo)入量的具體值由工件表面的尺寸變化量確定，一般情況下取2～10mm。當(dāng)孔上表面為已加工表面時，導(dǎo)入量取較小值（2～5mm）。（2）孔加工超越量加工不通孔時，超越量（ΔZ′）如圖所示。184孔加工導(dǎo)入量與超越量（3）相互位置精度高的孔系加工路線的選擇對于相互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而影響位置精度。185孔系加工路線5．鉆頭與鉸刀（1）鉆頭加工中心常用的鉆頭如圖所示，有中心鉆、標準麻花鉆、擴孔鉆和锪鉆等。麻花鉆由工作部分和柄部組成。工作部分包括切削部分和導(dǎo)向部分，而柄部有莫氏錐柄和圓柱柄兩種。刀具材料常采用高速鋼和硬質(zhì)合金。186加工中心常用的鉆頭a）中心鉆b）標準麻花鉆c）擴孔鉆d）锪鉆1）中心鉆。中心鉆主要用于孔的定位，由于切削部分的直徑較小，所以用中心鉆鉆孔時應(yīng)選取較高的轉(zhuǎn)速。2）標準麻花鉆。標準麻花鉆的切削部分由兩個主切削刃、兩個副切削刃、一個橫刃和兩條螺旋槽組成。在加工中心上鉆孔，因無夾具鉆模導(dǎo)向，受兩切削刃上切削力不對稱的影響，容易引起鉆孔偏斜，故要求標準麻花鉆的兩切削刃有較高的刃磨精度（兩刃長度一致，頂角對稱于標準麻花鉆軸線），或先用中心鉆確定中心，再用標準麻花鉆鉆孔。1873）擴孔鉆。標準擴孔鉆一般有3～4條主切削刃，切削部分的材料為高速鋼或硬質(zhì)合金，結(jié)構(gòu)形式有直柄式、錐柄式和套式等。在小批量生產(chǎn)時，常用麻花鉆改制或直接用標準麻花鉆代替。4）锪鉆。锪鉆主要用于加工錐形沉孔或平底沉孔。锪孔加工的主要問題是所锪端面或錐面產(chǎn)生振痕。因此，在锪孔過程中要特別注意刀具參數(shù)和切削用量的正確選用。188（2）鉸刀數(shù)控銑床及加工中心采用的鉸刀有通用標準鉸刀、機夾硬質(zhì)合金刀片單刃鉸刀和浮動鉸刀等。鉸孔的加工精度可達IT6～IT9級，表面粗糙度可達Ra0.8～1.6μm。189標準機用鉸刀任務(wù)二鏜孔與攻螺紋加工190知識點◎鏜孔與攻螺紋加工固定循環(huán)編程的方法?！蜱M孔與攻螺紋的加工工藝。◎鏜孔與螺紋孔加工用刀具。◎鏜孔與攻螺紋加工的測量及誤差分析方法。技能點◎控制鏜孔尺寸?！蚓幹屏慵M孔的加工程序。191一、任務(wù)描述試在數(shù)控銑床上完成圖所示工件中孔的加工（工件材料為45鋼，外輪廓加工均已完成，工時定額3h）。192鏜孔與攻螺紋任務(wù)圖二、任務(wù)分析完成該任務(wù)時，主要使用鏜孔指令和攻螺紋指令進行編程，這些指令與前一任務(wù)的指令格式有類似之處，不同之處在于鏜孔和攻螺紋的加工工藝及測量方法不同。在鏜孔加工過程中，保證孔徑尺寸是通過對鏜刀頭的調(diào)整來實現(xiàn)的，特別是粗鏜刀刀頭的尺寸調(diào)整，完全靠手感來保證。在實習(xí)中一定要加強該方面基本功的訓(xùn)練，以鏜出合格的孔徑尺寸。193三、知識鏈接1．鏜孔加工的關(guān)鍵技術(shù)鏜孔加工的關(guān)鍵技術(shù)是解決鏜刀桿的剛度問題和排屑問題。（1）剛度問題的解決方案1）選擇截面積大的鏜刀桿。鏜刀桿的截面積通常為內(nèi)孔截面積的1/4。為了增加鏜刀桿的剛度，應(yīng)根據(jù)所加工孔的直徑和預(yù)鉆孔的直徑，盡可能選擇截面積大的鏜刀桿。通常情況下，孔徑為φ30～φ120mm時，鏜刀桿直徑一般為孔徑的7/10～8/10；孔徑小于φ30mm時，鏜刀桿直徑取孔徑的8/10～9/10。1942）鏜刀桿的伸出長度盡可能短。鏜刀桿伸得太長，會降低鏜刀桿剛度，容易引起振動。為了增加鏜刀桿的剛度，選擇鏜刀桿長度時，只需選擇鏜刀桿伸出長度略大于孔深即可。3）選擇合適的切削角度。為了減小切削過程中受徑向力作用而產(chǎn)生的振動，鏜刀的主偏角一般應(yīng)選得較大。鏜鑄鐵孔或精鏜時，一般取κr=90°；粗鏜鋼件孔時，取κr=60°～75°，以提高刀具的使用壽命。195（2）排屑問題的解決方案排屑問題主要通過控制切屑流出方向來解決。精鏜孔時，要求切屑流向待加工表面（即前排屑），此時選擇正刃傾角的鏜刀。加工不通孔時，通常向鏜刀桿方向排屑，此時選擇負刃傾角的鏜刀。1962．攻螺紋的加工工藝（1）普通螺紋簡介普通螺紋是我國應(yīng)用最為廣泛的一種三角形螺紋，牙型角為60°。普通螺紋分粗牙普通螺紋和細牙普通螺紋。粗牙普通螺紋螺距是標準螺距，其代號用字母“M”及公稱直徑表示，如M16、M12等。細牙普通螺紋代號用字母“M”及公稱直徑×螺距表示，如M24×1.5、M27×2等。普通螺紋有左旋螺紋和右旋螺紋之分，左旋螺紋應(yīng)在螺紋標記的末尾處加注“LH”字樣，如M20×1.5LH等，未注明的是右旋螺紋。197（2）底孔直徑的確定攻螺紋時，絲錐在切削金屬的同時還伴隨較強的擠壓作用。因此，金屬材料產(chǎn)生塑性變形形成凸起擠向牙尖，使攻出的螺紋的小徑小于底孔直徑。攻螺紋前的底孔直徑應(yīng)稍大于螺紋小徑，否則攻螺紋時因擠壓作用使螺紋牙頂與絲錐牙底之間沒有足夠的容屑空間，從而將絲錐箍住，甚至折斷絲錐。這種現(xiàn)象在攻塑性較大的材料時將更為嚴重。但底孔直徑也不宜過大，否則會使螺紋牙型高度不夠而降低強度。198（3）不通孔螺紋底孔深度的確定攻不通孔螺紋時，由于絲錐切削部分有錐角，端部不能切出完整的牙型，所以鉆孔深度要大于螺紋的有效深度，如圖所示。一般取H

鉆=h

有效+0.7D式中H

鉆——底孔深度，mm；

h

有效——螺紋有效深度，mm；

D——螺紋大徑，mm。199不通孔螺紋底孔深度（4）螺紋軸向起點和終點尺寸的確定在數(shù)控機床上攻螺紋時，沿螺距方向的Z向進給應(yīng)與機床主軸的旋轉(zhuǎn)保持嚴格的速比關(guān)系。但在實際攻螺紋開始時伺服系統(tǒng)有一個加速的過程，攻螺紋結(jié)束前也相應(yīng)有一個減速的過程，在這兩段時間內(nèi)，螺距得不到有效保證。為了避免出現(xiàn)這種情況，在安排工藝時要盡可能考慮合理的導(dǎo)入量δ1和導(dǎo)出量δ2（即“超越量”），如圖所示。200攻螺紋軸向起點與終點3．固定循環(huán)指令Ⅱ（1）粗鏜孔循環(huán)指令G86、G88和G891）指令格式：G86X

Y

Z

R

P

F

；

G88X

Y

Z

R

P

F

；

G89X

Y

Z

R

P

F

；2）指令動作。如圖所示，執(zhí)行G86循環(huán)指令時，刀具以切削進給方式加工到孔底，然后主軸停轉(zhuǎn)，刀具快速退到R點平面后，主軸正轉(zhuǎn)。采用這種方式退刀時，刀具在退回過程中容易在工件表面劃出條痕。因此，該指令常用于精度及表面粗糙度要求不高的鏜孔加工。201202粗鏜孔循環(huán)指令動作G89指令動作與前節(jié)介紹的G85指令動作類似，不同的是G89指令在孔底增加了暫停，因此該指令常用于階梯孔的加工。G88循環(huán)指令較為特殊，刀具以切削進給方式加工到孔底，然后刀具在孔底暫停后主軸停轉(zhuǎn)，這時可通過手動方式從孔中安全退出刀具。這種加工方式雖能提高孔的加工精度，但加工效率較低。因此，該指令常在單件加工中采用。203（2）精鏜孔循環(huán)指令G76與反鏜孔循環(huán)指令G871）指令格式：G76X

Y

Z

R

Q

P

F

；

G87X

Y

Z

R

Q

F

；2）指令動作。如圖所示，執(zhí)行G76循環(huán)指令時，刀具以切削進給方式加工到孔底，實現(xiàn)主軸準停，刀具向刀尖相反方向移動Q值，使刀具脫離工件表面，保證刀具不劃傷工件表面，然后快速退刀至R點平面或初始平面，主軸正轉(zhuǎn)。G76指令主要用于精鏜孔加工。204205精鏜孔循環(huán)指令動作執(zhí)行G87循環(huán)指令時，刀具在G17平面內(nèi)快速定位后，主軸準停，刀具向刀尖相反方向偏移Q值，然后快速移動到孔底（R點），在這個位置刀具按原偏移量反向移動相同的Q值，主軸正轉(zhuǎn)并以切削進給方式加工到Z平面，主軸再次準停，并沿刀尖相反方向偏移Q值，快速提刀至初始平面并按原偏移量返回到G17平面的定位點，主軸開始正轉(zhuǎn)，循環(huán)結(jié)束。由于執(zhí)行G87循環(huán)指令時，刀尖無須在孔中經(jīng)工件已加工表面退出，故加工表面質(zhì)量較好，所以該循環(huán)指令常用于精密孔的鏜削加工。注意：G87循環(huán)指令不能用G99指令進行編程。206（3）剛性攻右旋螺紋指令G84與攻左旋螺紋指令G741）指令格式：G84X

Y

Z

R

P

F

；

G74X

Y

Z

R

P

F

；注意：指令中的F是指螺紋的導(dǎo)程，單線螺紋則為螺紋的螺距。2）指令動作。如圖所示，G74指令為左旋螺紋攻螺紋循環(huán)指令，用于加工左旋螺紋。執(zhí)行該循環(huán)指令時，主軸反轉(zhuǎn)，在G17平面快速定位后快速移動到R點，執(zhí)行攻螺紋指令到達孔底后，主軸正轉(zhuǎn)退回到R點，主軸恢復(fù)反轉(zhuǎn)，完成攻螺紋動作。207208G74指令與G84指令動作G84指令動作與G74指令類似，只是G84指令用于加工右旋螺紋。執(zhí)行該循環(huán)指令時，主軸正轉(zhuǎn)，在G17平面快速定位后快速移動到R點，執(zhí)行攻螺紋指令到達孔底后，主軸反轉(zhuǎn)退回到R點，主軸恢復(fù)正轉(zhuǎn)，完成攻螺紋動作。在指定G74指令前，應(yīng)先進行換刀并使主軸反轉(zhuǎn)。另外，在用G74指令或G84指令攻螺紋期間，進給速度倍率、進給量保持均被忽略。2093）剛性攻螺紋指令方式。剛性攻螺紋指令方式有以下三種。①在攻螺紋指令程序段之前指定“M29S

；”。②在包含攻螺紋指令的程序段中指定“M29S

；”。③將系統(tǒng)參數(shù)“NO.5200#0”設(shè)為1。注意：如果在M29和G84/G74之間指定S和軸移動指令，將產(chǎn)生系統(tǒng)報警；而如果在G84/G74中僅指定M29指令，也會產(chǎn)生系統(tǒng)報警。因此，本任務(wù)及以后任務(wù)中采用第三種方式指定剛性攻螺紋方式。210（4）深孔攻螺紋斷屑與排屑循環(huán)1）指令格式：G84X

Y

Z

R

P

Q

F

；

G74X

Y

Z

R

P

Q

F

；2）指令動作。如圖所示，深孔攻螺紋的斷屑與排屑動作與深孔鉆動作類似，不同之處在于刀具在R點平面以下的動作均為切削加工動作。深孔攻螺紋斷屑與排屑動作的選擇是通過修改系統(tǒng)攻螺紋參數(shù)來實現(xiàn)的。211深孔攻螺紋斷屑與排屑循環(huán)動作（5）固定循環(huán)指令編程的注意事項1）為了提高加工效率，在使用固定循環(huán)前，應(yīng)先使主軸旋轉(zhuǎn)。2）由于固定循環(huán)指令是模態(tài)指令，因此在固定循環(huán)指令有效期間，如果X、Y、Z、R地址字中的任意一個被改變，就要進行一次孔加工。3）固定循環(huán)程序段中，如在不需要指令的固定循環(huán)下指定了孔加工數(shù)據(jù)Q、P，它們只作為模態(tài)數(shù)據(jù)進行存儲，而無實際動作產(chǎn)生。4）使用主軸自動啟動的固定循環(huán)指令（G74、G84、G86）時，如果孔的XY平面定位距離較短，或從起點平面到R點平