掌握特征 灵活应用

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  作者简介:
  孙继胜(1962-),男,吉林吉林人,本科学历,高级讲师,从事职业教育研究工作。
  
  摘要:在数控铣削编程中孔加工循环的类型很多,选择恰当的孔加工循环方式,能有效地保证工件加工精度和表面质量。
  
  关键词:掌握特征;灵活应用;提高效率;保证质量;满足要求
  中图分类号:G712
  文献标识码:A
  文章编号:1812-2485(2010)05-020-04
  
  在数控铣削加工中,孔加工是其中常见的一类工作内容。在加工孔时,都包含一些基本动作,如孔心定位、下刀、切削、退刀、返回等。为了简化编程,对于典型加工中的几个固定连续动作,规定用一个G代码来指定,即可完成本来要用多个程序段指令完成的加工动作。此G指令所代表的即是孔加工循环类型的一种。由此可见,在铣削编程中使用孔加工循环可以减少编程时间,提高编程效率。同时各种孔加工循环的基本特征又不相同,实际应用中我们可以充分利用它的不同特征,来进行相应的孔加工,而不是拘泥于孔加工循环的名称,这样通过恰当地选择孔加工循环指令,能有效地保证工件加工精度和表面质量。为此我们要掌握各种孔加工循环的基本特征,在实际编程中灵活地加以应用。下面就有关孔加工循环的主要内容做一下探讨。
  1孔加工循环的基本动作
  在工件的实际加工中,我们应根据孔的加工精度要求,制定出孔加工时的相应动作。
  孔加工循环的基本动作包括:
  1.1X、Y向的孔心定位
  在加工孔时,孔心定位非常重要,因为这不仅关系到加工孔的位置,同时也影响到与其它孔的孔距尺寸关系和位置精度。因此,要正确地确定孔心位置。其常用方法有以下几种:
  1.1.1采用直角坐标系确定。
  对于坐标位置明确的孔心位置采用直角坐标系确定,这是一种最常见的孔心位置确定方法,一般都采用绝对方式,如果孔距精度要求高的,在加工第二个孔及以后孔时,应采用增量方式。
  1.1.2采用坐标系旋转指令G68来确定。当工件上的孔相对某一点(或轴线)呈一定角度分布时,我们知道孔心位置所在圆的半径和相对某一坐标轴之间的夹角。此时,如果采用直角坐标系来确定孔心位置,需要通过三角函数计算,相对比较麻烦,且易出错。此时可采用坐标系旋转指令G68来确定,非常方便,如盘类工件上孔的加工,就是采用此种方法来确定孔心位置的。
  1.1.3采用极坐标方式确定孔心位置。当工件上的孔在加工平面内相对某一点的连线上分布时,我们知道定位点与孔心的距离以及此线与坐标轴之间的夹角,此时可采用极坐标方式编程来确定孔心位置,此时,极半径为两点之间的距离,极角为此线与坐标轴之间的夹角。从而达到简化编程、提高效率的目的。
  1.2快速进给至R点平面
  此阶段的设置是一个过渡过程,目的是起到一个缓冲作用,防止刀具与工件发生碰撞。另外,如果在循环指令过程中建立刀具长度补偿,长度补偿将在到达R平面时生效。使实际的R点平面发生偏置。因此使用中要加以注意,应该在刀具下落到起始高度过程中建立刀具长度补偿,避免发生错误。
  1.3孔加工
  此阶段是孔加工的主要内容,不同的加工方式,指令不同,实际应用时应根据孔的加工要求选择正确的加工方式。
  1.4孔底动作
  此阶段是根据某些孔的加工性质、要求而增设的。主要内容有:
  1.4.1进给暂停:此时,主轴旋转,但刀具相对与工件的进给运动停止,主要目的是对孔底及孔壁进行光整加工,使其获得良好的表面质量。
  1.4.2主轴停:主要目的是为了改变主轴旋转方向及手动退刀。
  1.4.3让刀:对于精镗加工,当加工到孔底后,要求刀具相对加工后的孔壁脱开一定距离,防止刀具返回时刮伤已加工表面,影响孔加工精度。
  1.4.4主轴准停:目的是方便让刀,因让刀方向为定向(一般为某一坐标主轴的轴向),所以要求有准停功能。
  1.5返回到R点平面。此过程的设置是为了在多孔加工时缩短退刀时的空行程,提高加工效率。使用时用G99指令指出该种返回方式。
  1.6返回初始点位置高度。
  1.6.1当全部孔加工结束后,刀具快速返回到起始高度。准备换刀或进行其它工作内容。
  1.6.2在多孔加工时,如果工件上中间部分有凸台,当一个区域(如左侧)内的孔加工完成后要加工另外一个区域(如右侧)的孔时,抬刀量要大于凸台高度才能运动到另一区域,此时应返回到起始高度。此方式用G98指令指定。
  1.6.3在工件上不同高度有同一尺寸孔加工时,若先在低一层上加工,当其加工完成后,应返回到起始高度,再进行高一层上孔的加工。
  2常用孔加工循环的指令及工作特征
  2.1G81循环
  此循环为普通钻孔循环,其主要动作为:从R点开始连续切削到孔底后,快速退回。特点是空回速度快,效率高,缺点是孔壁精度低。主要应用于点钻普钻、扩孔及粗镗。
  2.2G82循环
  此循环也是普通钻孔循环,其主要动作为:从R点开始连续切削到孔底后,暂停一段时间,对孔底进行光整加工,然后快速退回。因其在孔底有暂停动作,适用于盲孔、小阶梯孔的加工,可应用于扩削、铰削、铣削及锪孔加工。
  3.3G73循环
  此循环为高速深孔钻削循环,其主要动作为:从R点开始切削Q距离后快速退回d距离(d值用系统参数设定),然后再切削进给(Q+d),后面依次进行。到达孔底的最后一刀是进刀若干个Q之后的剩余量,加工完成后快速退回。此循环表现为间断切削,有利于断屑、排屑。主要应用于小直径有色金属工件的加工。
  3.4G83循环
  此循环为普通深孔钻削循环,其动作特点与G73相似,不同点在于切削进给Q距离后快速退回到R点平面。然后快速进刀到距刚才加工孔底d距离,之后切削进给(Q+d)。由于退刀距离大,排屑散热效果好。主要应用于工件断屑条件差的场合。
  3.5G74循环
  此循环为攻左旋螺纹循环,其主要动作为:主轴快速下降到R点高度后,主轴反转,切入到孔底后,正转退出。
  3.6G84循环
  此循环为攻右旋螺纹循环,其动作与G74相似,只是主轴旋转方向相反。
  3.7G85循环
  此循环为普通粗镗孔循环,其动作主要为:刀具从R点以进给速度连续切削到孔底后,再以进给速度退出。由于是以进给速度退出,对孔壁的划伤较轻,所以可应用于较高精度的孔的钻削加工。
  3.8G86循环
  此循环也是粗镗孔循环,其主要动作为:镗到孔底后,主轴停止,然后快速退出。由于其退刀为直线退出,孔壁精度较高,所以适用于半精镗。此循环不适用于钻削,其 原因是退刀时易夹刀(切屑在钻头螺旋槽内配出不畅导致)。
  3.9
  G88循环
  此循环与G86相似,只不过是在孔底先暂停一段时间后再主轴停止,然后手动退出。因此可光整加工孔底。由于退刀为手动,操作不方便,故应用较少,可用于盲孔加工。
  3.10
  G89循环
  此循环与G85相似,只不过是在孔底先暂停一段时间后,再以进给速度退出。由于在孔底有暂停动作,可对孔底进行光整加工,主要应用于半精镗和盲孔加工。
  3.11G76循环
  此循环为精镗孔循环,其主要动作为:切削到孔底后,进给暂停,主轴准停后,然后刀具向刀尖相反方向让刀Q,再快速退出。
  3.12G87循环
  此循环为背镗孔循环,是孔加工循环中动作最复杂的,其主要动作为:刀具在孔心上方定位后,主轴准停在固定回转位置,然后向刀尖的相反方向位移Q值,用快速进给在孔底(R点)定位。再在此位置朝刀尖方向进给一个位移量Q,主轴正转,刀具向上沿Z轴的正方向加工到Z点。在此位置,主轴再次准停,刀具按原偏移量移出,并向孔的上方快速退出。返回到初始点后进给一个位移量,主轴正转。此循环主要应用于同轴度要求高,又不便二次装夹的里孔加工。
  3孔加工循环的应用
  实际加工中,根据孔的加工精度要求,选用恰当的孔加工循环方式,有助于提高孔的加工精度。下面就常见的孔的加工方法做一下探讨。
  3.1钻孔
  3.1.1钻中心孔:在实心工件上加工孔时,为了提高孔心的定位精度,防止钻头在钻削时产生偏斜,通常要先钻中心孔,钻中心孔可采用G81循环完成。因此G81循环也称之为点钻循环。
  3.1.2钻螺纹底孔:一般采用G81循环,如为了提高螺纹底孔精度应采用切削速度推出,此时可采用G85循环进行。
  3.1.3钻荒孔:钻脆性材料孔时,由于断屑性能较好,钻浅孔采用G81循环,钻深孔采用G83循环;若钻塑性较高的材料孔时,为了提高断屑性能,钻钱孔也可采用G83循环。
  3.1.4钻小直径深孔:由于使用钻头直径较小,容屑槽相对既浅又窄,排屑散热不变,为了保证足够的切削速度,及良好的排屑散热,应采用G73循环,进行高速、间断切削。
  3.1.5钻盲孔:对于盲孔,一般孔底精度要求较高,需要对孔底进行光整加工,此时可考虑采用G82循环或G89循环。G82与G89相比不同点在于G82是快速退出,而G89是以进给速度退出。
  3.2扩孔
  扩孔的目的是为较小孔的精加工做准备,因此应采用连续切削方式,加工通孔时可采用G81、G85、指令;加工盲孔时可采用G82、G89指令完成。
  3.3铰孔
  铰孔是对直径较小的孔的一种有效的精加工方法,铰通孔时,当加工到孔深后,应以进给速度退出,此时,可采用G85指令;铰盲孔时,当加工到孔底后,应有一个光整加工阶段。一般应使用G82或G89循环;对于铰制螺栓孔也可采用G81循环。
  3.4锪孔
  如果工件上的孔为沉头孔,由于孔的阶台处用于定位或装配,要求有较好的表面质量,因此工艺上应安排锪孔加工,可利用锪孔钻或立铣刀进行,此时应使用G82或G89指令。
  3.5铣孔
  在有些情况下,对一些中等直径尺寸,深度较浅的孔,可利用立铣刀充当扩孔钻用。此时可根据孔的精度来选择G81、G82、G85、或G89指令完成孔的加工。
  3.6镗孔
  3.6.1粗镗孔:对于工件与刀具刚性都好的情况下,粗镗孔时可施加较大的背吃刀量和进给速度,此时为了提高断屑性能,可采用G83循环,利用钻孔循环完成粗镗加工。其它情况下则一般使用G85循环。
  3.6.2半精镗:此加工是为精镗做准备,在去除半精加工余量的同时,要求孔的加工精度再高一些,此时可采用G86或G89指令完成,尤其是G86指令,退刀方式为直线退出,孔壁加工精度较高。
  3.6.3精镗孔:精镗孔时,当孔深加工完成后,在刀具退出之前,刀尖应与工件加工孔壁脱开,避免刀具退出时划伤孔壁,因此要求有让刀动作。所以采用G76循环,并且机床要具有准停功能。
  3.7攻丝
  在铣床上使用丝锥进行攻丝时,根据螺纹旋向采用正确的加工指令G84或G74。另外还根据刀杆的连接方式选用刚性攻丝或柔性攻丝两种方法。注意刚性攻丝时Z轴进给速度为螺纹的螺距,有的系统还需加上M29指令来指定刚性攻丝模式;柔性攻丝时其进给速度为螺距的90%。再者攻丝时为了提高断屑性能,还可采用间断性切削方式。
  4孔加工时需要注意的一些问题
  4.1切削液的选择:
  无论是哪一类型的孔加工,都会存在排屑散热问题,因此在加工时,都应使用切削液。切削液的作用有冷却、润滑、清洗、防锈。实际应用中应根据加工方式特点选择适当的切削液。如钻孔时,主要以冷却排屑为主,所以应选用流动性好、冷却特性强的切削液;攻螺纹时,为了保证螺纹的牙齿精度主要以润滑为主,所以应选用润滑能力较好的切削液。目前应用范围较广的切削液是乳化液,生产时可根据不同要求配比出浓度不同的乳化液。
  4.2钻孔时孔深尺寸和R平面的确定
  4.2.1孔深尺寸的确定:钻孔加工时,都是以钻头的钻尖为Z轴对刀点的,而图纸上标注孔的孔深一般不包含钻尖部分,因此在编程时要将钻尖部分考虑进去,即实际编程时的孔深要大于图纸上的尺寸,否则会出错。另外,对于通孔,考虑孔口加工质量,也要将实际钻孔深度加长些。
  4.2.2R平面的确定。孔加工时,为了缩短空行程,提高效率及有利于排屑散热,一般将R平面的位置设置在加工孔的上方5~10mm左右。
  4.2.3多孔加工时,孔的加工顺序。对于一般位置精度的多孔加工,为了提高生产效率,本着减少空行程成,就近加工的原则,安排孔的加工顺序;若孔的位置精度要求高,则以保证孔距精度为原则,按位置关系确定加工顺序。
  4.3工件材料性质的影响
  4.3.1加工脆性材料时:应考虑材料硬度对刀具寿命和切削用量的影响,此时应选择合适的切削用量,并应使用恰当的切削液,充分降低材料硬度的影响,保证工件的正常加工。
  4.3.2对于塑性大,收缩量大的材料,进行孔加工时,为了防止材料收缩造成孔径尺寸变小的现象,除进行强力冷却外,应安排二次加工即使用原刀具按原轨迹重走一刀,或采用粗精加工分开原则,修正由于塑性变形带来的缺陷;再者为了提高断屑和排屑性能性能尽可量采用间断切削方式。
  4.5加工方法的组合
  对于尺寸精度和表面质量要求高的孔,加工时应根据孔径尺寸安排好粗、精加工,必要时,还要安排半精加工或光整加工。此时,将采用几种孔加工方法的组合来完成。如精度高的小孔就可采用钻、铰的组合;中等孔采用钻、扩、铰的组合;较大孔可采用钻、粗镗、(半精镗)、精镗的组合等。在这种情况下,工序余量的确定尤为重要,因为它不但影响定尺寸刀具的选择,还影响着下道工序能否消除上道工序遗留下来的表面缺陷。为此,要正确地选择相应刀具(定尺寸刀具,如钻头、扩孔钻、铰刀等),确定合理的吃刀深度(考虑加工精度、刀杆刚性等因素)。
  通过以上几方面的分析可知掌握各种孔加工循环特征,灵活加以应用,即可提高编程效率,又能保证工件的加工精度。因此在铣削编程中要充分重视孔加工循环的应用。进一步去研究它,发挥它的优点为我们的教学和生产服务。
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