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1、1课题 4:孔加工4.1 任务:端盖零件上沉头螺钉孔和销孔的加工端盖零件如图 4-1 所示,底平面、两侧面和 40H8 型腔已在前面工序加工完成。本工序加工端盖的 4 个沉头螺钉孔和 2 个销孔,试编写其加工程序。零件材料为HT150,加工数量为 5000 个/年。4.2 孔加工的工艺知识1.孔加工的方法孔加工在金属切削中占有很大的比重,应用广泛。在数控铣床上加工孔的方法很多,根据孔的尺寸精度、位置精度及表面粗糙度等要求,一般有点孔、钻孔、扩孔,锪孔、铰孔、镗孔及铣孔等方法。2.孔加工的刀具1)钻孔刀具及其选择钻孔刀具较多,有普通麻花钻、可转位浅孔钻、喷吸钻及扁钻等。应根据工件材料、加工尺寸及
2、加工质量要求等合理选用。在数控镗铣床上钻孔,普通麻花钻应用最广泛,尤其是加工30mm 以下的孔时,以麻花钻为主,如图 6-2 所示。图 6-2 普通麻花钻在数控镗铣床上钻孔,因无钻模导向,受两种切削刃上切削力不对称的影响,容易引起钻孔偏斜。为保证孔的位置精度,在钻孔前最好先用中心钻钻一中心孔,或用一刚性较好的短钻头钻一窝。中心钻主要用于孔的定位,由于切削部分的直径较小,所以中心钻钻孔时,应选取较高的转速。对深径比大于 5 而小于 100 的深孔由于加工中散热差,排屑困难,钻杆刚性差,易4.1 端盖零件图2使刀具损坏和引起孔的轴线偏斜,影响加工精度和生产率,故应选用深孔刀具加工。2)扩孔刀具及其
3、选择扩孔多采用扩孔钻,也有用立铣刀或镗刀扩孔。扩孔钻可用来扩大孔径,提高孔加工精度。用扩孔钻扩孔精度可达 IT11IT10,表面粗糙度值可达 Ra6.33.2um。扩孔钻与麻花钻相似,但齿数较多,一般为 34 个齿。扩孔钻加工余量小,主切削刃较短,无需延伸到中心,无横刃,加之齿数较多,可选择较大的切削用量。图 6-3 所示为整体式扩孔钻和套式扩孔钻。a) b)图 6-3 扩孔钻a)整体式扩孔钻 b)套式扩孔钻3)铰孔刀具及其选择铰孔加工精度一般可达 IT9IT8 级,孔的表面粗糙度值可达 Ra1.60.8um,可用于孔的精加工,也可用于磨孔或研孔前的预加工。铰孔只能提高孔的尺寸精度、形状精度和
4、减小表面粗糙度值,而不能提高孔的位置精度。因此,对于精度要求高的孔,在铰削前应先进行减少和消除位置误差的预加工,才能保证铰孔质量。图 6-3 所示为直柄机用铰刀和套式机用铰刀。a) b)图 6-4 铰刀a)直柄机用铰刀 b)套式机用铰刀4)镗孔加工刀具及其选择镗孔是数控镗铣床上的主要加工内容之一,它能精确的保证孔系的尺寸精度和形位精度,并纠正上道工序的误差。在数控镗铣床上进行镗孔加工通常是采用悬臂方式,因此要求镗刀有足够的刚性和较好的精度。镗孔加工精度一般可达 IT7IT6,表面粗糙度值可达 Ra6.30.8um。为适应不同的切削条件,镗刀有多种类型。按镗刀的切削刃数量可分为单刃镗刀(图 6-
5、5a)和双刃镗刀(图 6-5b)。3a) b)图 6-5 镗刀a)单刃镗刀 b)双刃镗刀在精镗孔中,目前较多地选用精镗微调镗刀,如图 6-6 所示。这种镗刀的径向尺寸可以在一定范围内进行微调,且调节方便,精度高。图 6-6 微调镗刀3.孔加工的切削参数及加工余量1)孔加工的切削参数4.攻螺纹的加工工艺1)底孔直径的确定攻螺纹之前要先打底孔,底孔直径的确定方法如下:对钢和塑性大的材料D 孔D-P对铸铁和塑性小的材料D 孔D-(1.051.1)P式中:D 孔螺纹底孔直径,mm;D螺纹大径,mm;P螺距,mm。2)盲孔螺纹底孔深度盲孔螺纹底孔深度的计算方法如下:4盲孔螺纹底孔深度=螺纹孔深度+0.7
6、d式中:d钻头的直径,mm。3)攻螺纹刀具丝锥是数控机床加工内螺纹的一种常用刀具,其基本结构是一个轴向开槽的外螺纹。一般丝锥的容屑槽制成直的,也有的做成螺旋形,螺旋形容易排屑。加工右旋通孔螺纹时,选用左旋丝锥;加工右旋不通孔螺纹时,选用右旋丝锥,如图 6-7 所示。图 6-7 丝锥5.孔加工路线安排1)孔加工导入量与超越量孔加工导入量(图 6-8 中 Z)是指在孔加工过程中,刀具自快进转为工进时,刀尖点位置与孔上表面间的距离。孔加工导入量可参照表 6-7 选取。孔加工超越量(图 6-8 中的 Z) ,当钻通孔时,超越量通常取 ZP(13)mm,ZP 为钻尖高度(通常取 0.3 倍钻头直径) ;
7、铰通孔时,超越量通常取 35mm;镗通孔时,超越量通常取 13mm;攻螺纹时,超越量通常取 58mm。图 6-8 孔加工导入量与超越量表 6-7 孔加工导入量已加工表面 毛坯表面钻孔 23 58扩孔 35 58镗孔 35 58铰孔 35 58铣削 35 58攻螺纹 510 5102)相互位置精度高的孔系的加工路线表 面 状态加 工 方 法5对于位置精度要求较高的孔系加工,特别要注意孔的加工顺序的安排,避免将坐标轴的反向间隙带入,影响位置精度。【例 6-1】镗削图 6-9a)所示零件上的 4 个孔。若按图 6-9b)所示进给路线加工,由于孔 4 与孔 1、孔 2、孔 3 的定位方向相反,Y 向反
8、向间隙会使定位误差增加,从而影响孔 4 与其它孔的位置精度。按图 6-9c)所示进给路线,加工完孔 3 后往上移动一段距离至 P 点,然后再折回来在孔 4 处进行定位加工,这样方向一致,就可避免反向间隙的引入,提高了孔 4 的定位精度。a) b) c)图 6-9 孔加工进给路线【例 8-1】使用 G02 对图 8-3 所示的的螺旋线编程,起点在(0,30,10) ,螺旋线终点(30,0,0) ,假设刀具最初在螺旋线起点。6图 8-3 螺旋线插补用 G90 方式编程如下:G90 G17 G02 X30 Y0 Z0 R30 F200;用 G91 方式编程如下:G91 G17 G02 X30 Y-3
9、0 Z-10 R30 F200;4.3 钻孔、锪孔及铰孔固定循环指令1.孔加工固定循环 孔加工固定循环动作如图 6-6 所示,固定循环通常由 6 个动作顺序组成:动作 1(AB 段):XY 平面快速定位;动作 2(BR 段):Z 向快速进给到 R 点; 动作 3(RZ 段):Z 轴切削进给,进行孔加工;动作 4(Z 点):孔底部的动作;动作 5(ZR 段):Z 轴退刀;动作 6(RB 段):Z 轴快速回到起始位置。 固定循环的平面a初始平面 初始平面是为安全下刀而规定的一个平面,如图 6-7 所示。初始平面可以设定在任意一个安全高度上。当使用同一把刀具加工多个孔时,刀具在初始平面内的任意移动将
10、不会与夹具、工件凸台等发生干涉。bR 点平面 R 点平面又叫 R 参考平面。这个平面是刀具下刀时,自快进转为工进的高度平面,距工件表面的距离主要考虑工件表面的尺寸变化,一般情况下取25mm(图 6-7) 。c孔底平面 加工不通孔时,孔底平面就是孔底的 Z 轴高度。而加工通孔时,除要考虑孔底平面的位置外,还要考虑刀具的超越量(图 6-7) ,以保证所有孔深都加工6-6 固定循环动作 6-7 固定循环平面7到尺寸。 固定循环编程格式 孔加工循环的通用编程格式如下:G73G89 X Y Z R Q P F K ;X Y :孔在 XY 平面内的位置;Z :孔底平面的位置;R :R 点平面所在位置; Q
11、 :G73 和 G83 深孔加工指令中刀具每次加工深度或 G76 和 G87 精镗孔指令中主轴准停后刀具沿准停反方向的让刀量;P :指定刀具在孔底的暂停时间,数字不加小数点,ms; F :孔加工切削进给时的进给速度;K :指定孔加工循环的次数,该参数仅在增量编程中使用。在实际编程时,并不是每一种孔加工循环的编程都要用到以上格式的所有代码。如下例的钻孔固定循环指令格式:【例】 G81 X50.0 Y30.0 Z-25.0 R5.0 F100;以上格式中,除 K 代码外,其他所有代码都是模态代码,只有在循环取消时才被清除,因此这些指令一经指定,在后面的重复加工中不必重新指定。如下例所示:【例】 G
12、82 X50.0 Y30.0 Z-25.0 R5.0 P1000 F100;X80.0;G80;执行以上指令时,将在(50.0,30.0)和(80.0,30.0)处加工出相同深度的孔。孔加工循环由指令 G80 取消。另外, 遇到 01 组的 G 代码(如G00、G01、G02、G03) ,则孔加工循环方式也会自动取消。 G98 与 G99 方式当刀具加工到孔底平面后,刀具从孔底平面以两种方式返回(图 6-8),即返回到 R点平面和返回到初始平面,分别用指令 G98 与 G99 来决定。aG98 方式 G98 为系统默认返回方式,表示返回初始平面。当采用固定循环进行孔系加工时,通常不必返回到初始
13、平面。当全部孔加工完成后或孔之间存在凸台或夹具等干涉件时,则需返回初始平面。G98 指令格式如下:G98 G81 X Y Z R F ; bG99 方式 G99 表示返回 R 点平面。在没有凸台等干涉情况下,加工孔系时,为了节省加工时间,刀具一般返回到 R 点平面。G99 指令格式如下:G99 G81 X Y Z R F ; G90 与 G91 方式 固定循环中 R 值与 Z 值数据的指定与 G90 与 G91 的方式选择有关(Q 值与 G90 与 G91 方式无关) 。aG90 方式 G90 方式中,X、Y、Z 和 R 的取值均指工件坐标系中绝对坐标值。bG91 方式 G91 方式中,R 值
14、是指 R 点平面相对初始平面的 Z 坐标值,而 Z 值是指孔底平面相对 R 点平面的 Z 坐标值。X、Y 数据值也是相对前一个孔的 X、Y 方向的增量距离。【例】 如图 6-10 所示,在一条直线上加工 4 个孔,其坐标分别为(50.0,20.0) 、(100.0,20.0) 、 (200.0,20.0) ,孔深都为 40mm,如编程序为:N30 G90 G99;N40 G81 X50.0 Y20.0 R3.0 Z-40 86-10 直线上的孔F200;N50 G91 X50 K3;N60 G90 G80 G00;由于相邻孔 X 值的增量为 50,在程序段 N40 中采用 G91 方式,并利用
15、重复次数 K的功能,便可显著缩短 CNC 程序,提高编程效率。(2)钻(扩)孔循环 G81 与锪孔循环 G82 指令格式 G81 X Y Z R F ;G82 X Y Z R P F ; 指令动作 G81 指令常用于普通钻孔,其加工动作如图 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 坐标位置,再 Z 向快速定位到 R 点平面,然后执行切削进给到孔底平面,刀具从孔底平面快速 Z 向退回到 R 点平面(G99 方式)或初始平面(G98 方式) 。G82 指令在孔底增加了进给后的暂停动作,以提高孔底表面粗糙度精度,如果指令中不指定暂停参数 P,则该指令和 G81 指令完全相同。该指令常用于锪孔或台阶孔的加工。(3)高速深孔钻循环 G73 与深孔钻循环 G83所谓深孔,是指孔深与孔直径之比大于 5 的孔。加工深孔时,加工中散热差,排屑困难,钻杆刚性差,易使刀具损坏和引起孔的轴线偏斜,从而影响加工精度和生产率。 指令格式 G73 X Y Z R Q F