孔加工及固定循环

6．3 孔加工及固定循环

6．3．1 孔加工概述

孔加工是最常见的零件结构加工之一，孔加工工艺内容广泛，包括钻削、扩孔、铰孔、锪孔、攻丝、镗孔等孔加工工艺方法。

在CNC铣床和加工中心上加工孔时，孔的形状和直径由刀具选择来控制，孔的位置和加工深度则由程序来控制。

圆柱孔在整个机器零件中起着支承、定位和保持装配精度的重要作用。因此，对圆柱孔有一定的技术要求。孔加工的主要技术要求有：

⑴ 尺寸精度：配合孔的尺寸精度要求控制在IT6～IT8，精度要求较低的孔一般控制在IT11。

⑵ 形状精度：孔的形状精度，主要是指圆度、圆柱度及孔轴心线的直线度，一般应控制在孔径公差以内。对于精度要求较高的孔，其形状精度应控制在孔径公差的1／2～1／3。

⑶ 位置精度：一般有各孔距间误差，各孔的轴心线对端面的垂直度允差和平行度允差等。

⑷ 表面粗糙度：孔的表面粗糙度要求一般在Ra12.5～0.4 μm之间。

加工一个精度要求不高的孔很简单，往往只需一把刀具一次切削即可完成；对精度要求高的孔则需要几把刀具多次加工才能完成；加工一系列不同位置的孔需要计划周密、组织良好的定位加工方法。对给定的孔或孔系加工，选择适当的工艺方法显得非常重要。

6．3．2 孔加工固定循环格式

1．孔加工固定循环的概念

钻孔、铰孔、攻丝以及镗削加工时，孔加工路线包括X、Y方向的点到点的点定位路线，Z轴向的切削运动。所有孔加工运动过程类似，其过程至少包括：

①在安全高度刀具X、Y向快速点定位于孔加工位置； ②Z轴方向快速接近工件运动到切削的起点； ③以切削进给率进给运动到指定深度；

④刀具完成所有Z方向运动离开工件返回到安全的高度位置。 一些孔的加工或有更多的动作细节。

孔加工运动可用G00、G01编程指令表达，但为避免每次孔加工编程时，编写G00、G01运动信息的重复，数控系统软件工程师把类似的孔加工步骤、顺序动作编写成预存储的微型程序，固化存储于计算机的内存里，该存储的微型程序就称为固定循环。

机床应用人员在编程时，可用系统规定的固定循环指令调用孔加工的全部动作。固定循环指令的使用方便孔加工编程，并减少程序段数。

2．孔加工固定循环通用格式

图6-3-1 孔加工的六个运动及 G90或G91时的坐标计算方法 孔加工固定循环通用格式：

【G90/G91】【G98/G99】【G73～G89】X～Y～Z～R～Q～P～F～K～； 其中 ：

X，Y—孔加工定位位置： R—R点平面所在位置； Z—孔底平面的位置；

Q—当有间隙进给时，刀具每次加工深度；在精镗或反镗孔循环中为退刀量； P—指定刀具在孔底的暂停时间，数字不加小数点，以ms作为时间单位； 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。

孔加工循环的通用格式表达了孔加工所有可能的运动，如图6-3-1(a)，这些动作应由孔加工循环格式中相应的指令字描述。

孔加工动作与孔加工固定循环通用格式中的指令字一一对应，见表6-3-1：

表6-3-1孔加工动作及固定循环格式中的指令字

(1) G17平面快速定位； (2) Z向快速进给到R点； (3) Z轴切削进给，进行孔加工； 给定孔中心定位位置——X，Y值 给定开始工进的起始位置——R值 给定工进的终止位置，孔底——Z值 给定孔进给加工时信息——F，Q值 (4) 孔底部的动作； (5) Z轴退刀到R点； (6) Z轴快速回到起始位置。 给定刀具在孔底的暂停时间——P值 给定返回R平面模式——G99 给定返回初始平面模式——G98 并不是每一种孔加工循环的编程都要用到孔加工循环的通用格式的所有代码。 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。取消孔加工循环采用代码G80。另外，如在孔加工循环中出现01组的G代码，则孔加工方式也会自动取消。

3．孔加工固定循环编程格式中的G指令：

⑴ 孔加工固定循环【G73～G89】

FANUC-0系统加工中心配备的固定循环功能，主要用于孔加工，包括钻孔、镗孔、攻螺纹等，调用固定循环的G指令有：G73、G74、G76、G81～G89，G80用于取消固定循环状态。指令各种不同类型的孔加工动作，见表6-3-2。

表6-3-2 孔加工固定循环及动作一览表

G代码 G73 G74 G76 G80 G81 G82 G83 G84 G85 G86 G87 G88 G89 加工动作 ( -Z方向) 间歇进给 切削进给 切削进给 切削进给 切削进给 间歇进给 切削进给 切削进给 切削进给 切削进给 切削进给 切削进给 孔底动作 暂停、主轴正转 主轴准停 暂停 暂停、主轴反转 主轴停 主轴正转 暂停、主轴停 暂停 退刀动作（+Z方向） 快速进给 切削进给 快速进给 快速进给 快速进给 快速进给 切削进给 切削进给 快速进给 快速进给 手动 切削进给 用途 高速深孔加工 攻左旋螺纹 精镗 取消固定循环 钻孔 钻、镗阶梯孔 深孔加工 攻右旋螺纹 镗孔 镗孔 反镗孔 镗孔 镗孔 ⑵ 数据形式 【G90/G91】

固定循环指令中地址R与地址Z的数据指定与G90或G91的方式选择有关。图6-3-1 (b)、 (c)所示为G90或G91时的坐标计算方法。

如图6-3-1 (b)，选择G90方式时，R与Z一律取相对Z向零点的绝对坐标值； 如图6-3-1 (c)，选择G9l方式时，则R是指自初始面到R面的距离，Z是指自R点所在面到孔底平面的Z向距离。

X、Y地址的数据指定与G90或G91的方式选择也有关。G91模式下的X、Y数据值是相对前一个孔的X、Y方向的增量距离。

⑶ 返回点平面指令【G98/G99】

由G98或G99决定刀具在返回时到达的平面，如图6-3-1 (a)。 如用G98时，则返回到初始平面，返回面高度由初始点的Z值指定。 如用G99时，则返回时到达R点平面，返回面高度由R值指定。

G98和G99代码只用于固定循环，它们的主要作用就是在孔之间运动时绕开障碍物。障碍物包括夹具、零件的突出部分、未加工区域以及附件等。

采用固定循环进行孔系加工时，一般不用返回到初始平面，只有在全部孔加工完成后，或孔之间存在凸台或夹具等干涉件时，才回到初始平面。

4．固定循环中的Z向高度位置及选用

在孔加工运动过程中，刀具运动涉及Z向坐标的三个高度位置：初始平面高度，R平面高度，钻削深度。孔加工工艺设计时，要对这三个高度位置进行适当选择。

⑴ 初始平面高度

初始平面是为安全点定位及安全下刀而规定的一个平面。安全平面的高度应能确保它高于所有的障碍物。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点定位移动应能保证刀具不会与夹具、工件凸台等发生干涉，特别防止快速运动中切削刀具与工件、夹具和机床的碰撞。

⑵ R平面高度

R平面为刀具切削进给运动的起点高度，即从R平面高度开始刀具处于切削状态。由R～指定Z轴的孔切削起点的坐标。

对于所有的循环都应该仔细地选择R平面的高度，通常选择在Z0平面上方 (1～5mm)处。考虑到批量生产时，同批工件的安装变换等原因可能引起Z0面高度变化的因素，如果有必要，对R点高度设置进行调整。

⑶ 孔切削深度

固定循环中必须包括切削深度，到达这一深度时刀具将停止进给。在循环程序段中以Z地址来表示深度，Z值表示切削深度的终点。

编程中，固定循环中的Z值一定要使用通过精确计算得出的Z向深度，Z向深度计算必须考虑的因素有：图样标注的孔的直径和深度；绝对或增量编程方法；切削刀具类型和刀尖长度；加工通孔时的工件材料厚度和加工盲孔时的全直径孔深要求；工件上方间隙量和加工通孔时在工件下方的间隙量等。

6．3．3 钻孔加工循环及应用

图6-3-2 G81与G82动作图 1．钻孔循环G8l与锪孔循环G82

⑴ 指令格式：

钻孔循环：G81 X～Y～Z～R～F～； 锪孔循环： G82 X～Y～Z～R～P～F～； ⑵ 孔加工动作图解及说明：

如图 6-3-2所示为G81、G82加工动作图解，指令应用说明如下：

G81指令用于正常的钻孔，切削进给执行到孔底，然后刀具从孔底快速移动退回。 G82动作类似于G81，只是在孔底增加了进给后的暂停动作。因此，在盲孔加工中，可减小孔底表面粗糙度值。该指令常用于引正孔加工、锪孔加工。

（a）示例工件图 （b）中心孔定距重复加工图 图6-3-3 固定循环G81、G82、G73、G83指令应用示例图 ⑶ 指令应用示例：

加工如图6-3-3所示工件四个孔，工件坐标系如图设定。试用固定循环G81或G82指令

编写孔加工程序。

孔加工设计如下：

① 引正孔：φ4中心孔钻打引正孔，用G82孔加工循环——T01 ② 钻孔：用φ10麻花钻头钻通孔，用G81孔加工循环——T02 ③ 钻孔：用φ16麻花钻头钻盲孔，用G82孔加工循环——T03 孔加工程序编制如下：

O6301：

(T01—φ4中心孔钻打引正孔) G21 G17 G40 G80 T01； T01 M06 S1200 M03； G90 G54 G00 X-30Y0； G43 Z50.0 H01 M08；

G99 G82 R5.0 Z-9.0 P100 F35； X-10； X10； X30；

G80 Z50.0 M09； G49 G28 M05； M01；

(T02—φ10麻花钻头钻通孔) T02 M06 S650 M03； G90 G54 G00 X-10 Y0； G43 Z50.0 H02 M08； G99 G81 R5.0 Z-55.0 F55； X10；

G80 Z50.0 M09； G49 G28 M05； M01；

(T03—用φ16麻花钻头钻盲孔) T03 M06 S300 M03； G90 G54 G00 X-30 Y0； G43 Z50.0 H03 M08； G99G82 R5 Z-29.0 P100 F40； X30；

G80 Z50.0 M09； G49 G28 M05； M30；

2．深孔钻削循环C73、G83

图6-3-4 G73与G83动作图 ⑴ 指令格式：

高速深孔钻循环：G73 X～Y～Z～R～Q～F～； 深孔钻循环：G83 X～Y～Z～R～Q～F～； ⑵ 孔加工动作图解及说明：

如图6-3-4所示为G73、G83加工动作图解，指令应用说明如下：

G73指令通过Z轴方向的间歇进给可以较容易地实现断屑与排屑。指令中的Q值是指每一次的加工深度，为正值。G73中钻头退刀距离很小，在5～10㎜之间。

G83指令同样通过Z轴方向的间歇进给来实现断屑与排屑的目的，但与G73指令不同的是，刀具间歇进给后快速回退到R点，再Z向快速进给到上次切削孔底平面上方距离为d的高度处，从该点处，快进变成工进，工进距离为Q+d。d值由机床系统指定，无须用户指定。Q值指定每次进给的实际切削深度，Q值越小所需的进给次数就越多，Q值越大则所需的进给次数就越少。

⑶ 指令应用示例：

例:加工如图6-3-3所示的φ10两个孔，试用G73或G83指令编制啄式深孔加工程序。 加工分析：用φ10麻花钻头钻削φ10深50的孔，深径比达到5︰1，用普通孔钻削循环G81加工难度较大，改用深孔啄式加工模式，通过间歇进给来实现断屑与排屑，并冷却，可改善加工条件，G73和G83编制通孔加工程序如下：

麻花钻头钻φ10通孔G73编程 ……

G99 G73 R5.0 Z-55.0 Q5 F80； X10； ……

麻花钻头钻φ10通孔G83编程 ……

G99 G83 R5.0 Z-55.0 Q5 F100 X10 ……

⑷ 断续切削特点及应用：

对于太深而不能使用一次进给运动加工的孔，通常使用深孔钻，深孔钻削的加工方法也可以用于改善标准钻的工艺技术。以下是深孔钻方法在孔加工中的一些可能的应用：

① 深孔的钻削；

② 用于较硬材料的短孔加工时断屑； ③ 清除堆积在钻头螺旋槽内的切屑； ④ 钻头切削刃的冷却和润滑；

3．固定循环的重复

L和K地址：在一些CNC控制器中用L或K地址来表示循环的重复次数。

用K时一般以增量方式（G91），以X、Y指令第一个孔位，然后可对等间距的相同孔进行重复钻削；若用G90时，则在相同的位置重复钻孔，显然这并没有什么意义。

例：如图6-3-3（b），要用T01——φ4中心孔钻在一条直线上打引四个引正孔，四个引正孔坐标分别为（X-30.0,Y0.0）、（X-10,Y0.0）、（X10,Y0.0）、（X30,Y0.0），孔深都为-9。用G82孔加工循环加工孔，程序可改进为：

(T01—φ4中心孔钻打引正孔) ……………………

G99 G82 X-30 Y0 R5.0 Z-9.0 P100 F35； N30 G91 X20 L3(K3)； G90 G80 Z50.0 M09； ……………………

由于相邻孔X值之间的增量为20，在程序段N30中采用增量模式，并利用重复次数L或K的功能，便可显著缩短CNC程序。在多孔加工模式中，采用这种方法是非常有效的。

4．固定循环的取消

G80取消所有的固定循环且可自动切换到G00快速运动模式，如，下面实例中固定循环的取消： N34 G80； N35 X100 Y-100；

程序段N35中并没有指定快速运动，它只是间接地表明这一点。这是一个标准的编程应

用。当然也可编写成：

N34 G80；

N35 G00 X100 Y-100；

上述两个程序的结果完全一样，第二种方法表达清晰一些。 或者写成：

N34 G80 G00 X100 Y-100；

01组准备功能G代码包括G00、G01、G02、G03和G32。它们是主要的运动指令，且可以取消任何有效的固定循环。

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