課題4：孔加工1[共22頁]

課題4：孔加工理論：1.掌握孔加工的工藝知識(shí)；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(shí)；2.孔加工的編程指令用。孔加工編程專業(yè)課（理實(shí)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：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(gè)沉頭螺釘孔和2個(gè)銷孔，試編寫其加工程序。零件材料為HT150，加工數(shù)量為5000個(gè)/年。4.1 端蓋零件圖4.2 孔加工的工藝知識(shí)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(diǎn)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(shí)，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(duì)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(shí)，應(yīng)選取較高的轉(zhuǎn)速。對(duì)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(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)IT11IT10，表面粗糙度值可達(dá)Ra6.33.2um。擴(kuò)孔鉆與麻花鉆相似，但齒數(shù)較多，一般為34個(gè)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)IT9IT8級(jí)，孔的表面粗糙度值可達(dá)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(duì)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)IT7IT6，表面粗糙度值可達(dá)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(jìn)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(duì)鋼和塑性大的材料D孔D-P對(duì)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(jì)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，其基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)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(shí)，選用左旋絲錐；加工右旋不通孔螺紋時(shí)，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Z）是指在孔加工過程中，刀具自快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，刀尖點(diǎn)位置與孔上表面間的距離?？准庸?dǎo)入量可參照表6-7選取?？准庸こ搅浚▓D6-8中的Z），當(dāng)鉆通孔時(shí)，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(shí)，超越量通常取35mm；鏜通孔時(shí)，超越量通常取13mm；攻螺紋時(shí)，超越量通常取58mm。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2358擴(kuò)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(duì)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?！纠?-1】鏜削圖6-9a）所示零件上的4個(gè)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3的定位方向相反，Y向反向間隙會(huì)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(dòng)一段距離至P點(diǎn)，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(duì)圖8-3所示的的螺旋線編程，起點(diǎn)在（0，30，10），螺旋線終點(diǎn)（30，0，0），假設(shè)刀具最初在螺旋線起點(diǎn)。圖8-3 螺旋線插補(bǔ)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(dòng)作如圖6-6所示，固定循環(huán)通常由6個(gè)動(dòng)作順序組成：動(dòng)作1（AB段）：XY平面快速定位；動(dòng)作2（BR段）：Z向快速進(jìn)給到R點(diǎn)； 動(dòng)作3（RZ段）：Z軸切削進(jìn)給，進(jìn)行孔加工；動(dòng)作4（Z點(diǎn)）：孔底部的動(dòng)作；動(dòng)作5（ZR段）：Z軸退刀；動(dòng)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(dòng)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(gè)平面，如圖6-7所示。初始平面可以設(shè)定在任意一個(gè)安全高度上。當(dāng)使用同一把刀具加工多個(gè)孔時(shí)，刀具在初始平面內(nèi)的任意移動(dòng)將不會(huì)與夾具、工件凸臺(tái)等發(fā)生干涉。bR點(diǎn)平面 R點(diǎn)平面又叫R參考平面。這個(gè)平面是刀具下刀時(shí)，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25mm（圖6-7）。c孔底平面 加工不通孔時(shí)，孔底平面就是孔底的Z軸高度。而加工通孔時(shí)，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(diǎn)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(shí)間，數(shù)字不加小數(shù)點(diǎn)，ms； F ：孔加工切削進(jìn)給時(shí)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(shí)際編程時(shí)，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(shí)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(shí)，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(huì)自動(dòng)取消。 G98與G99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(diǎn)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(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(shí)，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(tái)或夾具等干涉件時(shí)，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(diǎn)平面。在沒有凸臺(tái)等干涉情況下，加工孔系時(shí)，為了節(jié)省加工時(shí)間，刀具一般返回到R點(diǎn)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(biāo)系中絕對(duì)坐標(biāo)值。bG91方式 G91方式中，R值是指R點(diǎn)平面相對(duì)初始平面的Z坐標(biāo)值，而Z值是指孔底平面相對(duì)R點(diǎn)平面的Z坐標(biāo)值。X、Y數(shù)據(jù)值也是相對(duì)前一個(gè)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(gè)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?yàn)椋篘30 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(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 指令格式 G81 X Y Z R F ；G82 X Y Z R P F ； 指令動(dòng)作 G81指令常用于普通鉆孔，其加工動(dòng)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，再Z向快速定位到R點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)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(tái)階孔的加工。6-11 G81與G82指令動(dòng)作圖6-12 G73與G83指令動(dòng)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(shí)，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(dòng)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(shí)現(xiàn)斷屑動(dòng)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)斷屑與排屑的動(dòng)作。該指令與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(diǎn)，再快速進(jìn)給到Z向距上次切削孔底平面d處，從該點(diǎn)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 指令格式 G85 X Y Z R F ； 指令動(dòng)作 如圖6-13 所示，執(zhí)行G85固定循環(huán)時(shí)，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(dòng)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(jí)，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(kuò)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(shí)，不會(huì)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(kuò)孔 用9.8鉆頭擴(kuò)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(hào)零件名稱程序編號(hào)序號(hào)刀具號(hào)刀具名稱刀 具補(bǔ)償值刀補(bǔ)號(hào)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(hào)工序號(hào)程序編號(hào)夾具名稱夾具編號(hào)設(shè)備名稱編制審核工步號(hào)工步內(nèi)容刀具號(hào)刀具規(guī)格主軸轉(zhuǎn)速/（r/min）進(jìn)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(kuò)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(jìn)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(gè)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(biāo)系，Z軸原點(diǎn)設(shè)在端蓋底面上。利用偏心式尋邊器找正X、Y軸零點(diǎn)，裝上中心鉆頭，完成Z軸的對(duì)刀?？准庸さ陌踩矫嬖O(shè)置在端蓋頂面以上50mm處（Z坐標(biāo)為80mm）；R點(diǎn)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(dòng)主軸N30 M03 S2000；N40 G98 G81 X28.28 Y28.28 R20.0 Z12.0 F100； 鉆出六個(gè)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(gè)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(kuò)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(gè)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(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、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(xí)22