浅谈MasterCAM中深孔加工程序的编制

海南省高级技校　　周经润

浅谈MasterCAM中深孔加工程序的编制

海南省高级技校周经润

孔加工是一种重要的加工方式，约占机械加工作业的三分之一。数控加工中经常遇到孔的加工，如定位销孔、螺纹底孔、挖槽加工预钻孔等。立式加工中心和数控铣床进行孔加工是最普通的加工方法。由于孔的形状规格、精度与用途不同，加工方法各异。深孔加工受到排屑、润滑、钻头冷却、工具振动等因素的影响，加工难度较大，因此需要操作人员综合考虑加工精度、加工效率、缩短加工周期等因素，合理选择切削用量，提高编程技术。本文结合MasterCAM软件，从编程方面讨论解决深孔加工的主要问题。

孔加工 编程 技巧

长期以来，操作人员利用钻头进行高精度孔、螺纹孔等通孔及螺栓孔的加工。对模具加工来说，数控铣上进行孔的加工相对于普通机床加工成本更大，尤其是深孔加工。普通数控铣床上加工相对于普通钻床，加工效率更低，容易造成钻头折断。但是，数控铣加工所得到的位置精度较高。由于可以减少装夹次数，其可以节省大量的搬运和钻床校调时间。

孔加工程序的编制相对简单，在普通工件的加工中，使用手工编程比较快捷。对有特殊要求的曲面异形孔，特别是定位精度要求比较高的工件，使用自动编程比较方便。

对于深孔加工，笔者建议首先使用数控铣床打导向孔，以此取得较高的定位精度。然后在普通钻床上进行钻孔加工，尤其对加工周期要求较紧的模具加工，可以在满足精度要求的基础上，获得更好的经济效益。

一、孔加工手工编程

1.指令格式

数控加工中，某些加工动作已经典型化。例如，钻孔、镗孔的动作顺序是孔位平面定位，快速进给，工作进给，快速退回等。这一系列动作已经预先编好程序，存储在内存中，可用包含G代码的一个程序调用，从而简化了编程工作。这种包含典型动作循环的G代码称为循环指令。

目前，多数数控系统提供孔加工指令。孔加工指令的一般书写格式为：G90/G91 G98/G99 G___X___Y___Z___R___Q___ P___F___L___。

FANUC系统提供的G73和G83两个指令（G73为高速深孔往复排屑钻指令，G83为深孔往复排屑钻指令，主要用来进行深孔加工），其指令格式为：

G73 X___Y___Z___R___Q___P___

G83 X___Y___Z___R___Q___F___

式中 X、Y为待加工孔的位置，可以用增量或绝对值坐标指定。

Z为孔底坐标值，以增量或绝对值指定的R点到孔底的距离；进给速度，在R点以上是以F代码指定的速度，在R点到孔底是以孔加工方式，快速移动的速度或以F代码指定的速度（若是通孔，则钻尖应超出工件底面）。

R为参考点的坐标值，以增量值指定的从初始平面到R点的距离（R点高出工件顶面2～5mm）。

Q为每一次的加工深度。

F为进给速度（mm / min）。

G98为钻孔完毕返回初始平面。初始平面指从钻孔加工循环消除状态转变为钻孔加工循环时的Z轴绝对位置。

G99为钻孔完时返回参考平面（即R点所在平面）。

2.深孔加工动作

图1 G73指令动作过程

深孔加工动作是通过Z轴方向的间断进给，即采用啄钻的方式实现断屑与排屑。虽然G73和G83指令均能实现深孔加工，而且指令格式也相同，但两者在Z向的进给动作是有区别的，图1和图2分别是G73和G83指令的动作过程。

图2 G83指令动作过程

从图1和图2可以看出，执行G73指令时，每次进给后令刀具退回一个d值（用参数设定）。G83指令每次进给后退回至R点，即先从孔内完全退出，然后再钻入孔中，这样可把切屑带出孔外，以免切屑将钻槽塞满而增加钻削阻力使切削液无法到达切削区。深孔加工与退刀的结合可以破碎钻屑，令其小得足以从钻槽顺利排出，并且不会造成表面损伤，同时可避免钻头的过早磨损。

加工深孔特别要考虑钻头的冷却和排屑问题。G73指令虽然速度快，能保证断屑，但排屑主要依靠钻屑在钻头螺旋槽中的流动来保证。因此深孔加工，特别是长径比较大的深孔，为保证顺利打断并排出切屑，应优先采用G83指令，可以先钻进一段，钻头快速退出工件进行排屑和冷却，再钻进，再进行排屑和冷却，直至深孔钻削完成。

二、自动编程方法（以Mastercam9为例）

1.钻孔方式简介

Mastercam9 为钻削加工方式提供了八种加工方式。（如图3）

图3 MasterCAM钻孔方式列表

（1）Drill/Counterbore 与Misc #2 ：一般钻削孔/镗孔，钻削深度小于三倍钻头直径的孔，一次性钻到指定深度，钻削过程中只有主轴旋转和进给切削运动。相当于G81 、G82指令。

（2）Peck Deill 往复步进式钻削，钻削深度大于三倍钻头直径的孔，钻削中全部退出孔断屑并排出铁屑。相当于G83指令。

（3）Chip Break 往复断屑式钻削，钻削深度大于三倍钻头直径的孔，钻头部分退出孔，断屑并排出铁屑。相当于G73往复断屑式钻削指令。

（4）Tap 攻丝，攻左或右螺纹。相当于G74/G84攻左或右螺纹指令。

（5）Bore#1（feed-out），用进给速率镗孔和进给速率退出方式镗孔，相当于G85指令。

（6）Bore#2（stop spindle,rapid out），用进给速率镗孔至孔底主轴停转，快速退刀的方式镗孔，相当于G86指令。

（7）Fine bore（shift），精镗孔，用进给速率镗孔至孔底，主轴停转并偏移一个指定距离防止划伤孔面并快速退刀。相当于G76 精镗孔指令。

2.钻孔参数设置

（1）高度参数

高度参数包括Clearance（安全高度）、Retract（参考高度）、Feedplane（下刀位置）、Top of stock（工件顶面）和Depth（切削深度）等。

安全高度指孔系加工完成后的提刀高度，在此高度上刀具可以在任何位置平移而不会与工件或夹具发生碰撞。参考高度为开始一个刀具路径前刀具回缩的位置，就是每次钻削退刀的一个步进移动的距离，此值通常是一个正值，只用于断屑钻削循环，参考高度应高于下刀位置。下刀位置指当刀具在下刀位置之上，先快速下降，当下降到该位置后再以工进速度慢速接近工件。工件顶面指工件上表面的高度值。切削深度指最后的加工深度，此值定义钻削加工的孔深，这个深度不包括钻尖高度。操作人员钻孔时应注意计算所对应不同直径钻头适当的深度值。

（2）钻孔参数

图4 钻孔参数设置对话框

根据孔加工方式的不同，可设置的参数个数不同，各参数的含义如下：

Lst Peck：第一次啄钻深度。

Subsequent Peck：以后每次的啄钻深度。

Peck Clearance：啄孔间隙。

Chip Break：退刀量。

Dwell：刀具暂停在孔底部的时间。

Shift：设置退刀时离开孔表面的距离。

三、程序编制与分析

以图5所示工件为例，加工5-ф8 mm深为50mm的孔（属于深孔加工）。

图5 工件

（1）利用G83进行深孔加工手工程序为：

N10 G54 G90 G1 Z60 F2000；

N20 M03 S600；

N30 G98 G83 X-40 Y40 Z-50 R30 Q5 F50；

N40 Y-40 Z-50 R30 Q5 F50；

N50 X40 Z-50 R30 Q5 F50；

N60 Y40 Z-50 R30 Q5 F50；

N70 G80 G00 Z60；

N80 M05；

N90 M30；

上述程序中，操作人员可以选择深孔钻加工方式进行孔加工，以G98确定每一孔加工完后，回到初始平面。设定孔口表面的Z向坐标为0，R平面的坐标为30，每次切深量Q为5，系统设定排屑退刀量d为2。

（2）设置参数自动编程产生的程序段如G98G83Z-50.R30. Q5.F50，比较对话框设定参数与所产生的程序段。

（3）程序对比与分析

①程序段中产生第一次啄钻深度值Q5，“以后每次啄钻深度值”和“啄钻间隙值”两参数不起任何作用。

②G73和G83指令在钻孔时孔底动作均为快速返回，不会产生暂停的动作，即Dwell设定值在此程序段中没有得到体现。实际加工中，当钻头退出时，钻屑在冷却液冲刷下会落入孔中。这种情况尤其会发生在对钢料的加工中。当钻头再次进入后，它将撞击位于孔底部的钻屑。钻屑在刀具的作用下开始旋转，可能划伤工件表面。因此，必要时操作人员应暂停加工，清理吹净钻屑。

③由于没有延时，操作人员需用手工对程序进行修改或者修改后置处理文件。一般只需要在钻至较深的位置返回时插入G04 P2000程序段（延时2秒），使钻头在R点延时有足够的时间，以充分冷却钻头，保证钻头有足够的耐用度。

四、结论

本文主要分析深孔加工的编程，着重说明通过合理设置钻孔加工参数和适当修改程序文件，可以使自动编程产生的程序满足深孔加工的断屑、保证刀具充分冷却等要求。实际加工中，由于加工批量小，受测量仪器、手段等限制，深孔加工在提高效率以及延长刀具寿命等方面效果不明显。实际批量加工中，操作人员除考虑编程以外，深孔加工时还应考虑如刀具强度、冷却及润滑、每次切削深度的均匀性、减少孔口尺寸和孔最深处尺寸的误差等因素。

[1]孙德茂编．数控机床铣削加工直接编程技术[M]．北京：机械工业出版社，2004

[2]魏 峥，牟 林．MasterCAM加工应用技术[M]．北京：清华大学出版社，2005

[3]王睿编．MasterCAM实用教程[M]．北京：人民邮电出版社，2005

ISSN2095-6711/Z01-2016-11-0207