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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
