HEIDENHAIN钻孔循环实践研究

王超宇+曹著明

摘 要：近年来，海德汉（HEIDENHAIN）ITNC一直是公认的最适合钻、铣、螺纹、铿、加工的数控机床和加工中心的控制系统，简单的操作为人们提供了大量的便捷。本文通过研究数控操作系统ITNC530 的钻孔循环程序，对该系统一系列循环程序的钻孔工作原理及执行过程进行了深入研究，进而实现在加工过程中提高工作效率，大大缩短工件的加工时间。

关键词：钻孔；循环指令；实践；研究

0 引言

近年来，多轴数控加工技术应用的范围越来越广、其加工精度高、质量好、易操作等优点正逐步替代传统加工方法。做为一个优秀的数控机床操作系统，海德汉（HEIDENHAIN）公司成立开始就是以高精度技术为主导，为机床制造商提供高品质的操作系统。iTNC 530是海德汉数控机床操作系统中新一代的轮廓加工系统，它能在加工过程中实现高精度与高效率。

众所周知，加工的好坏不仅要看成品的精度，基础工艺更为重要。做为数控加工的基础——钻孔，这项工序可在电脑软件中编辑，也可亲手在机床操作面板上编辑，不过很明显，钻孔工艺较为简单，若要在电脑软件上编辑远不如直接在机床上编辑快。本文主要介绍海德汉（HEIDENHAIN）iTNC 530操作系统钻孔编程的参数指令、循环、工艺等，从中分析出现的问题及原因，为加工过程提供便捷，减少不必要的操作时间，从而提高效率。

1 钻孔循环指令--CYCL DEF 200

海德汉（HEIDENHAIN）iTNC530系统拥有非常全面的固定循环加工功能，可提供钻、铣、镗和攻丝等19种循环。不同的循环指令其参数及意义也各不相同。其中钻孔循环指令共有4种。本文介绍如图1所示的钻孔循环指令（CYCL DEF 200DRLLING），包括其参数含义和应用研究。

1.1 钻孔循环刀路流程

HEIDENHAIN数控系统中在执行CYCL DEF200钻孔循环时，首先刀具以最快进给速率F_MAX运行至参考平面；依照预设的进给率F钻削入第一个进刀深度；然后迅速返回至调整间隙（若设置在顶部暂停时间，则会停留），再次迅速移动至参考平面；接着刀具会按照预设的进给速率进行第二次钻削；重复此过程（次数随钻削总深度及切入深度变化）直至钻削入设定的深度为止；当钻削达到设定深度后，刀具迅速退回至安全高度。

由上述运动过程可知，海德汉ITNC530 操作系统的钻孔循环运动过程相较于其他数控系统的钻孔加工，它可以实现刀具在参考平面的延时，充分保证了刀具的冷却，无形中增加了刀具的寿命。

1.2 CYCL DEF 200主要参数

做为最基本的钻孔循环指令，CYCL DEF 200的参数命令较少，其含义也简单易懂，但却充分体现了钻削程序的核心，具体内容如下：Q200指安全高度，即参考平面距刀尖的距离；Q201指深度，即钻削的总深度；Q206指切入进给速率；Q202指切入深度，即每次进刀深度；Q210指在顶部的暂停时间；Q203指工件表面坐标，即参考面的坐标；Q204指第二个调整间隙，即每次进刀后退出的相较于参考平面的高度；Q211指在深度上的暂停时间。

1.3 CYCL DEF 200编程实例

钻孔循环手动编程用时短，可在短时间内完成工件的基础工序。其编程首先需要对毛坯的尺寸定义，然后将刀具放到指定的刀具库中，再完成循环程序参数的设定以及需钻削的指定坐标，即可完成编程。其编程过程如表1所示。

2 常用钻孔循环对比

常用的钻孔循环指令有CYCL DEF 200/203/205/240 CENTERING三种，分别是钻孔/万能钻/万能啄钻/定心钻，这些钻孔循环通用参数及含义如下：Q200：安全高度；Q201：深度；Q202：切入深度；Q203：工件表面坐标；Q204：第二个调整间隙；Q205：最小的接近深度；Q206切入进给速率；Q208：退出的进给率；Q210：在顶部的暂停时间；Q211：在深度上的暂停时间；Q212：缩减；Q213：推出前的暂停次数；Q253：预定位的进给率；Q256：断屑加工的回刀距离；Q257：断屑加工的进刀深度；Q258：上级的停止距离；Q259：下级的停止距离；Q343：扩深的起始点；Q344：选择深度/直径；Q379：直径。

3 钻孔循环实践研究

随着时代的不断发展，数控产业不断进步升级，机床达到一定的顶峰，我们可以用多轴数控机床加工出各式各样精美的工件。在每个宛如艺术品的工件背后，是无数的基础工艺叠加起来的，钻孔做为最基础的加工过程，它的重要性不容小觑。随着科学技术的飞速发展，社会对产品的多样化要求日益强烈，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。螺纹孔做为做基本的加工工序，无论技术如何发展，它仍是众多工件的基础。想要完成一个合格、精准的螺纹孔，就需要钻头与丝锥的搭配，才能完成。钻头丝锥参数对照如表2所示。

（1）切削参数

切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。同样，具体的切削参数，应随钻头的直径做出调整。

（2）工艺规范

为保持机床的精度和保证良好的加工效果，直径小于13的钻嘴采用手拧快速钻夹头装夹，严禁用对主轴敲打的方式装卸钻嘴；所有孔的钻削加工必须有导引孔、中心孔，其深度必须保证能够正确导引或定心；当加工的表面与主轴不相互垂直时，需要预加工局部小平面；在加工交叉孔或对接孔时，尽量采用短钻嘴，先加工深孔，后加工与之相接的浅孔；加工比较深的孔位时必须充分考虑加工过程中的变形。按照钻嘴的长径比（有效悬长/直径）分级选用适当长度的钻嘴加工。首先选用短钻嘴，逐步加长。钻嘴的长径比分级系列为： 10、25、40、60。级孔（沉头孔）的加工必须先加工小孔，后加工大孔。加工大孔时采用专用的沉头孔銑刀加工。endprint

（3）常见问题及原因

在加工完成后，查看工件时我们不免会发现种种问题，这些问题看似简单，但原因却有多种。例如：孔型不圆，它的原因可能由后角略大、主偏角不等、两主切刃不对称所致；孔壁粗糙，原因是由钻头切削刃不够锋利、进给率过大、后角过大、冷却或润滑未而彻底引起的；孔径过大，是因为钻头两片主削刃长短不等、顶角與钻头非同一轴线、钻头摆动等缘由；钻孔偏移，有很大可能是因洋冲冲眼不精准、工件装夹不牢固、移动孔距不精准；钻孔偏斜，原因是因钻头与工件加工部位表面不垂直，进率量不均匀导致。

4小结

数控机床功能不断丰富，采用了工艺集中化和复合化技术。机床在结构布局和材料方面有了新的发展，一切的目的都是为了提高生产率，提高精度，保证质量。加工的每项操作都不可掉以轻心，为保障这一切，我们需注意以下几点：钻孔前，需先将工件端面车平，中心处不允许有凸台，否则钻头不能自动定心，会导致钻头折断；当钻头将要穿透工件时，由于钻头横刃首先穿出，因此轴向阻力大减。所以这时进给速度必须减慢，否则钻头容易被工件卡死，造成锥柄在尾座套筒内打滑，损坏锥柄和锥孔；钻小孔或钻较深孔时，由于切屑不易排出，必须经常退出钻头排屑，否则容易因切屑堵塞而使钻头“咬死”或折断；钻小孔时，转速应选得快一些，否则钻削时抗力大，容易产生孔位偏斜和钻头折断；用塞规测量孔径时，应保持孔壁清洁，否则会影响塞规测量；用塞规检查孔径时，塞规不能倾斜，以防造成孔小的错觉，把孔径车大。相反，孔径小的时候，不能用塞规硬塞，更不能用力敲击。

本文介绍了基于HEIDENHAIN ITNC530数控系统的钻孔循环程序的详细论述，其它循环指令也可参照以上方法进行开发与操作。此项钻孔程序方便快捷，加工时可直接手动编辑，大幅提高了效率，减少了工件主体加工的步骤。

参考文献

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