数控车削内孔

李平惠

摘 要：内孔加工是车削加工的一部分，内孔的数控车削加工可以更进一步提高零件的加工精度及表面质量，本文对数控车削内孔时需要注意的一些问题结合平时的工作经验进行了阐述和总结。

关键词：内孔; 数控车削; 孔用刀具; 编程; G90; G71

中圖分类号：TG659             文献标识码：A      文章编号：1006-3315（2021）02-195-002

一、内孔加工技术要求

很多机器零件如齿轮、轴套、带轮等，不仅有外圆柱面，而且有内圆柱面。一般情况下，对内圆柱面的加工通常采用钻孔、扩孔、车孔和铰孔等方法，钻孔、扩孔是粗加工及半精加工的过程，当对孔的尺寸精度、位置精度和表面粗糙度有较高的要求时， 常采用车孔和铰孔，但是铰孔时对铰刀的要求和其加工成本都较高，所以对孔的车削加工是内圆柱面常用的加工方法。

根据不同的需要和结合加工的图纸要求，传统的加工无法达到足够的精度要求。一些加工精度比较高的内圆柱面就需要数控车床来加工完成。数控车削加工不仅使内孔获得了高的尺寸精度、位置精度和表面粗糙度，又解决了复杂形状内腔测量不便的问题，因而越来越被广泛应用。

1.内孔加工一般都要求具有较高的尺寸精度、较小的表面粗糙度和较高的几何精度，在车削安装套类零件时关键的是要保证位置精度要求。

2.内孔加工刀具回旋空间小，刀具进退刀方向与车外轮廓时有较大区别，编程时进退刀尺寸必要时需仔细计算。

3.内孔加工刀具由于受到孔径和孔深的限制刀杆细而长，刚性差，容易在加工中出现振动等现象，所以切削用量选择，特别是进给量和背吃刀量的选择较外轮廓时稍小。

4.内孔切削时切削液不易进入切削区域，切屑不易排出，切削温度可能会较高，镗深孔时可以采用工艺性退刀，以促进切屑排出。

5.内孔切削时切削区域不易观察，加工精度不易控制，大批量生产时测量次数需安排多一些。

二、内孔车削工艺与编程特点

在车削工艺上内孔加工要比外圆车削困难得多，具体体现在以下几个方面：

1.内孔一般不会太复杂，加工工艺常采用钻——粗镗——精镗，孔径较少时可采用手动方式或MDI方式“钻——铰”加工。

2.一般内孔采用G01或G71指令编程加工。

3.切削内孔时，进刀采用先进-Z方向，先进-X方向，退刀时先退少量+X方向，后退+Z方向，为防止干涉，退+X方向时退刀尺寸必要时需计算。

4.中空工件的刚性一般较差，装夹时应选好定位基准，控制好夹紧力的大小，以防止工件变形，保证加工精度。

5.工件精度较高时，按粗精加工交替进行内外轮廓切削，以保证形位精度。

6.换刀点的确定要考虑镗刀刀杆的方向和长度，以免换刀时刀具与工件、尾座（可能有钻头）发生干涉。

三、装刀与对刀

1.内孔车刀种类

根据内孔工艺要求的不同，加工方法较多，车削加工中常用的孔用刀具有中心钻、铰刀、内孔车刀等。下面主要介绍内孔车刀。根据加工情况的不同，内孔车刀分为通孔车刀和盲孔车刀两种。

（1）通孔车刀。为了减小径向切削抗力，防止车孔时振动， 通孔车刀在刃磨时主偏角应取得大些，一般在60°-75°之间，副偏角一般为15°-30°。为防止内孔车刀后刀面和孔壁的摩擦又不使后角磨得太大，一般磨成两个后角。为了便于排屑，刃倾角取正值（前排屑）。

（2）盲孔车刀。盲孔车刀用来车削盲孔或台阶孔，它的主偏角大于90°，一般为92°-95°;后角的要求和通孔车刀一样，不同之处是盲孔车刀刀尖在刀杆的最前端，车平底孔的车刀刀尖到刀杆外端的距离应小于孔半径，否则无法车平孔的底面。为了便于排屑，刃倾角λ取负值（后排屑）。

（3）机夹可转为内孔车刀。数控车床所采用的可转位车刀，与通用车床相比一般无本质的区别，其基本结构、功能特点是相同的。但数控车床的加工工序是自动完成的，因此对可转位车刀的要求又高于通用车床所使用的刀具。

2.内孔车刀的安装

（1）内孔车刀刀尖应与工件中心等高或稍高。（2）内孔车刀刀柄伸出刀架不宜过长。（3）内孔车刀刀柄基本平行于工件轴线。（4）盲孔车刀装夹时，主刀刃应与孔底平成3°-5°，在车平面时要求横向有足够的退刀余量。

3.刀位点和对刀

刀位点是指在加工程序编制中用以表示刀具特征的点。内孔车刀的刀尖是刀位点。在执行加工程序前，需调整每把刀的刀位点，使其尽量与某一理想基准点重合，这一过程称为对刀。对刀的好与差，将直接影响到加工零件的尺寸精度。

四、车孔的关键技术

1.增加内孔车刀的刚性。（1）尽量增加刀杆的截面积。（2）尽可能缩短刀柄的伸出长度。（3）选用不同的刀杆材料。（4）精车内孔时，应保持刀刃锋利，否则容易产生让刀现象，把孔车成锥形。

2.控制切屑的排出方向。孔加工时，切屑如果不能顺利排出，则可能划伤已加工表面，严重时切屑会堵塞内孔使刀具损伤。解决排屑问题的办法主要是控制切屑流出方向。（1）精车通孔时可使切屑流向待加工表面（前排屑），应采用正刃倾角的内孔车刀;加工盲孔时，应采用负的刃倾角（后排屑），使切屑从孔口排出。

3.充分加注切削液。切削液有润滑、冷却、清洗、防锈等作用，孔加工（尤其是加工塑性材料）时应充分加注切削液，以减少工件的热变形，提高零件的表面质量。

4.孔加工时由于加工空间狭小，刀具刚性不足，所以刀具一般要比较锋利，且切削用量比外圆加工时要选得小些。

五、内孔车削的数控编程

1.G90单一固定循环指令加工内孔。在FANUC0I数控车床系统中，G90指令为单一固定循环中的内、外圆粗车循环，G90指令加工内圆时应特别注意的是其循环起点的设置：车削内圆时G90循环起点的X坐标应小于切削内圆的直径值，否则系统就会按外圆加工的形式进行加工。

指令格式为：

G00  X__ Z__;（定位到循环起点）

G90  X（U）__ Z（W）__  F__;

说明：

1）X（U）、Z（W）：循环切削终点坐标，其中X、Z为绝对坐标值，U、W为终点相对循环起点的增量坐标;

2）F：切削速度;

3）G90循环起点应制定在工件被加工面之外，特别注意循环起点的X坐标应小于切削内圆的直径，但不能过小，否则退刀时刀体的另一侧面会与内圆表面发生碰撞。

4）该循环指令的走刀轨迹为一矩形，当进行内孔的循环车削加工时，从循环起点开始，X轴快速定位至循环终点的X坐标，然后Z轴以设定的F值进行车削加工至循环终点的Z坐标处，再X轴以进给速度退刀至循环起点的X坐标处，最后Z轴快速返回循环起点，第一次的粗车循环结束。如此进行分层粗车加工，例：

.........

G00 X15 Z5;

G90 X18 Z-25 F150;

X22;

X26;

X29.5;

G01 X29 Z0;

G01 X30 W-1;

G01 Z-25 F100;

G00 X20;

G00 Z5;

.........

2.内、外圆粗车复合循环指令G71加工内孔。单一固定循环仅适用于一些轮廓简单的内、外圆柱面零件的程序编制，当加工轮廓复杂时，可以用G71复合循环指令进行编程。

在FANUC 0I数控车床系统中，G71粗车复合循环除了用于外圆加工，同样可用于加工内圆轮廓。

指令格式为：

G00 X__ Z__;（循环起点）

G71 U__ R__;

G71 P__ Q__ U__ W__ F__ S__ T__。

说明：

（1）G71指令中加工内圆轮廓各参数的含义与加工外圆时相同，需注意的是内圆加工时第二个G71程序段中的精加工余量U应取负值。例：

........

G00 X15 Z5;

G71 U2.5 R1;

G71 P10 Q20 U-0.5 W0.2 F150;

N10 .......

.........

N20 .......

（2）內圆加工时，G71指令循环起点X坐标值一定要小于毛坯孔的X直径。

（3）循环起点位置设定要适当，其X坐标值不宜过小，以免退刀时刀具与孔壁的另一侧发生碰撞，一般小于毛坯孔直径0.5～1mm即可。

3.以上两种指令代码均可进行内孔的数控车削编程及加工，但前者仅在车削一些简单轮廓的内圆柱面时编程比较简单，而后者虽可对一些形状相对复杂的内腔进行编程加工，但也有其局限的地方：G71指令仅可对单调递增或单调递减的零件轮廓进行编程及加工，而对于凹形轮廓则不能进行程序的编制。

六、教学总结

以上是数控车削加工内孔时应注意的一些问题，总之，要保证零件的加工精度，在进行加工时不仅要合理选用刀具、夹具、切削用量，还要准确掌握当前所操作机床的工作状态，更要选择合适的数控编程指令。