課題4：孔加工1[共22頁]

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1、 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。 孔加工編程 專業(yè)課（理實一體） 講授法、引導(dǎo)文教學(xué)法、案例教學(xué)法、示范法、練習(xí)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(bǔ)償指令格式 2.講解：半徑補(bǔ)償編程舉例 3.練習(xí)：完成課題的仿真加工 4.小結(jié) 課題4：

2、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φ40H8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(kuò)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

3、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(dǎo)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

4、深孔刀具加工。 2）擴(kuò)孔刀具及其選擇 擴(kuò)孔多采用擴(kuò)孔鉆，也有用立銑刀或鏜刀擴(kuò)孔。擴(kuò)孔鉆可用來擴(kuò)大孔徑，提高孔加工精度。用擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔精度可達(dá)IT11～I(xiàn)T10，表面粗糙度值可達(dá)Ra6.3～3.2um。擴(kuò)孔鉆與麻花鉆相似，但齒數(shù)較多，一般為3～4個齒。擴(kuò)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(kuò)孔鉆和套式擴(kuò)孔鉆。 a) b) 圖6-3 擴(kuò)孔鉆 a)整體式擴(kuò)孔鉆 b)套式擴(kuò)孔鉆 3）鉸孔刀具及其選擇 鉸孔加工精度一般可達(dá)IT9～I(xiàn)

5、T8級，孔的表面粗糙度值可達(dá)Ra1.6～0.8um，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(jìn)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(jī)用鉸刀和套式機(jī)用鉸刀。 a) b) 圖6-4 鉸刀 a)直柄機(jī)用鉸刀 b)套式機(jī)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

6、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(jìn)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(dá)IT7～I(xiàn)T6，表面粗糙度值可達(dá)Ra6.3～0.8um。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(jìn)行微調(diào)，且調(diào)節(jié)

7、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-（1.05～1.1）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(jī)床加工內(nèi)螺紋的一種常用刀具，

8、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(dǎo)入量與超越量 孔加工導(dǎo)入量（圖6-8中ΔZ）是指在孔加工過程中，刀具自快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時，刀尖點位置與孔上表面間的距離?？准庸?dǎo)入量可參照表6-7選取。 孔加工超越量（圖6-8中的ΔZ＇），當(dāng)鉆通孔時，超越量通常取ZP＋（1～3）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3～5mm；鏜通孔時，超越量通常取1～3mm；攻螺紋時，超越

9、量通常取5～8mm。 圖6-8 孔加工導(dǎo)入量與超越量 表6-7 孔加工導(dǎo)入量 表 面 狀 態(tài) 加 工 方 法 已加工表面 毛坯表面 鉆孔 2～3 5～8 擴(kuò)孔 3～5 5～8 鏜孔 3～5 5～8 鉸孔 3～5 5～8 銑削 3～5 5～8 攻螺紋 5～10 5～10 2）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(biāo)軸的反向間隙帶入，影響位置精度。 【例6-1】鏜削圖6-9a）所示零件上的4個孔。 若按圖6-9b）所示進(jìn)給路線加工，由于孔4與孔1、孔2、孔

10、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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(bǔ) 用G90方式編程如下：G90 G17 G02 X3

11、0 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) ① 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(jìn)給到R點； 動作3（RZ段）：Z軸切削進(jìn)給，進(jìn)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

12、 ② 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(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。 b．R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(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)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（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。 ③ 固定循環(huán)編程格式 孔加工

13、循環(huán)的通用編程格式如下： G73～G89 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(zhǔn)停后刀具沿準(zhǔn)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(jìn)給時的進(jìn)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

14、】 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(fù)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。 ④ G98與G

15、99方式 當(dāng)?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。 a．G98方式 G98為系統(tǒng)默認(rèn)返回方式，表示返回初始平面。當(dāng)采用固定循環(huán)進(jìn)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件時，則需返回初始平面。G98指令格式如下： G98 G81 X Y Z R F ； b．G99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

16、 Z R F ； ⑤ 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)）。 a．G90方式 G90方式中，X、Y、Z和R的取值均指工件坐標(biāo)系中絕對坐標(biāo)值。 b．G91方式 G91方式中，R值是指R點平面相對初始平面的Z坐標(biāo)值，而Z值是指孔底平面相對R點平面的Z坐標(biāo)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。 【例】 如圖6-10所示，在一條直線上加工4個孔，其坐標(biāo)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

17、…； 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(fù)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(kuò)）孔循環(huán)G81與锪孔循環(huán)G82 ① 指令格式 G81 X Y Z R F ； G82 X 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(biāo)位置

18、，再Z向快速定位到R點平面，然后執(zhí)行切削進(jìn)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(jìn)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

19、 （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。 ① 指令格式 G73 X Y Z R Q F ； G83 X Y Z R Q F ； ② 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(jìn)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(jìn)給實現(xiàn)斷屑與排屑的動作。該

20、指令與G73指令的不同之處在于：刀具間歇進(jìn)給后快速回退到R點，再快速進(jìn)給到Z向距上次切削孔底平面d處，從該點處，快進(jìn)變成工進(jìn)，工進(jìn)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 ① 指令格式 G85 X Y Z R F ； ② 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(jìn)給方式加工到孔底，然后以切削進(jìn)給方式返回到R平面或初始平面。該指令常用于鉸孔和擴(kuò)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

21、.工藝分析 根據(jù)圖樣需加工2×φ10H7孔，尺寸精度為7級，表面粗糙度Ra1.6μm；2×φ9通孔和2×φ15沉孔，沉孔深5mm。2×φ10H7孔尺寸精度和表面質(zhì)量要求較高，可采用鉆孔、擴(kuò)孔、方式完成；4×φ9通孔用φ9鉆頭直接鉆出即可；4×φ15沉孔鉆孔后再锪孔。工藝過程如下： ① 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。 ② 鉆孔 用φ9鉆頭鉆出4×φ9孔和2×φ10H7孔的底孔。 ③ 擴(kuò)孔 用φ9.8鉆頭擴(kuò)2×φ10H7孔。 ④ 锪孔 用φ15锪鉆锪出4&#

22、215;φ15沉孔。 ⑤ 鉸孔 用φ10H7加工出2×φ10H7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(bǔ)償值 刀補(bǔ)號 直徑 長度 半徑 長度 半徑 長度 1 T01 中心鉆 φ3mm 2 T02 麻花鉆 φ9mm 3 T03 麻花鉆 φ9.8mm 4 T04 锪鉆 φ15mm

23、5 T05 鉸刀 φ10mm 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(jìn)給速度 /（mm/min） 背吃刀量 /mm 1 鉆所有孔的中心孔 T01 φ3mm中心鉆 2000 80 2 4×φ9孔和2×φ10H7孔的底孔 T02 φ9mm麻花鉆 600

24、100 3 擴(kuò)2×φ10H7孔 T03 φ9.8mm麻花鉆 800 100 4 锪4×φ15沉孔 T04 φ15mm锪鉆 500 100 5 鉸2×φ10H7孔 T05 φ10mm鉸刀 200 50 3.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(jìn)行裝夾。由于底面和φ40H8內(nèi)腔已在前面工序加工完畢，本工序可以φ40H8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φ40H7內(nèi)孔中心建立工件坐標(biāo)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

25、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(biāo)為80mm）；R點平面設(shè)置在沉孔上表面5mm處（Z坐標(biāo)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

26、 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.

27、0 F100； 鉆出六個φ9mm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

28、 Y40.0 R20.0 Z-5.0 F100； 擴(kuò)2×φ10H7mm孔至φ9.8mm N270 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φ15mm

29、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×φ10H7mm孔 N430 Y-40.0； N440 M05； N450 M09 G00 Z200； N460 M30； 程序結(jié)束 4.5 鞏固練習(xí) 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、φ80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(xí) 22