数控铣床关于孔加工的研究分析

高波 薛浩 田晓光

摘要：孔存在于各种机械零件中，所以孔的加工也是一种很常见的加工方式。目前最常见的孔加工就是在数控铣床或者加工中心上完成的。根据孔的形式、孔的深度、零件的材质、刀具的材质等不同条件，孔加工用的G代码也各有不同，本文主要是针对不同的孔加工方式进行分析，希望通过研究能够对孔加工有更清楚的认识。

关键词：数控;铣床;孔加工;G代码

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）04-0003-02

1 孔加工的动作分解

每个孔的加工过程基本动作都是相同的：快速移动、工进钻孔、退出，然后重新定位到孔的上方重复上述动作。编程时，同样的程序段需要编写若干次，十分麻烦。使用固定循环功能，可以大大简化程序的编制，这就是我们所说的孔加工循环G代码。每个G代码的加工过程我们可以大致的把孔加工分解为六个动作。

（1）初始位置高度孔的X、Y位置快速定位：在对孔加工之前，先在一定的高度将道具移到孔的正上方准备孔的加工，这个过程即为初始平面的快速定位，在初始平面可以进行刀具的更换以及工件的装夹。（2）Z轴快速移动定位到安全高度：在刀具快速定位到孔的正上方之后，刀具要下行对孔进行加工，为了提高效率，这个过程要快速进行。由于移动速度较快，若钻头与工件直接接触会导致刀具损坏。因此，在工件的上方3～5mm处设定一个安全平面（R平面）。这个过程就是刀具快速移动到安全高度。（3）钻孔过程动作：刀具在达安全高度之后，刀具的移动速度由快进转换成工进，然后在这个平面内开始钻孔，最终刀具走到孔的底部（Z点）。（4）孔底动作：在孔底的动作包括暂停、主轴准停、刀具移位等，孔有通孔和不通孔（盲孔）之分。很多时候为了孔的表面或孔底表面质量，需要将钻头在孔底暂停一段时间。而在镗孔时，主轴有一个定向的横向偏置，这就是主轴准停、刀具移位。（5）Z轴退回到安全高度：当完成孔的加工之后，刀具从孔中推出，首先退到安全平面，准备下一个孔的加工。（6）快速返回到初始平面或设定高度：当所有孔加工完毕需要抬刀的时候，则将刀具再从安全平面快速返回到初始平面或者事先设定好的高度。

2 孔加工固定循环的指令格式

任何一种孔的加工都包括上述的六个动作，他们的G代码循环格式也有很多相似之处。这样我们把孔加工循环格式总结出一个通用的格式：

G90（G91） G98（G99） G73～G89 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_ L_

下面我们来解释这个程序段的含义：

G90（G91）——编程坐标格式。在编程之前，首先指定编程坐标格式，G90是指用绝对坐标编程，G90方式下，R与Z一律取其终点坐标值。在缺省状态下也是这种指令格式，G91指增量坐标编程，G91方式下R是自初始点到R点间的距离，Z是自R点到Z点的距离。

G98（G99）——孔加工结束，刀具返回的位置。在孔加工结束，刀具要返回到一定高度，G98指刀具返回到初始点所在平面，G99指刀具返回到 R点所在平面。

G73～G89——对应的不同形式孔加工的G代码。

X、Y——孔X，Y的坐标值，增量坐标和绝对坐标都可以。

Z——G90时，Z值表示原点到Z点的距离，G91时，Z值表示R点到Z点的距离。

R——G90时，R值表示原点到R点的距离，G91时，R值表示R点到初始平面的距离。

Q——在G73或G83指令中，指定每次进给的深度;在G76或G87指令中，指刀具横向的偏置量。

P——刀具在孔底的暂停时间。

F——切削进给速度。

L——固定循环次数，不指定时只进行一次。

G73～G89、Z、R、P、Q都是模态代码。

3 G代码分类解析

3.1 浅孔的加工（G81、G82）

浅孔的加工相对简单，效率高，因为浅孔加工过程排出铁屑较少，铁屑不会填满钻头的容屑槽。因此，不需要在加工过程中退刀，可一次加工完成。

G81——钻削固定循环指令 格式：G81 X_ Y_ Z_ R_ F_

主轴正转，进入孔加工，到达孔底之后无动作，直接返回。

G82——鉆削固定循环指令 格式：G82 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_

G82与G81的主要区别是，在孔底增加了进给暂停动作，进给停止，主轴继续转动，使孔的表面更光滑。

举例：零件如图1所示，φ6孔已加工，使用G82指令编写锪孔加工程序。

编制锪孔程序如下：

O0001 程序号

G91 G28 Z0; 返回轴参考点

M06 T01; 换01号刀具（φ10锪孔钻）

G90 G54 G43 G00 Z100.0  H01; 绝对坐标，第一工件坐标系，建立01号刀具长度补偿，Z向快速定位至Z100

M03 S600; 主轴正转，转速600r/min

M08; 切削液开

G99 G82 X0 Y14.0 Z-5.0 R3.0 P1000 F20; 锪孔1，孔位（0，14），加工孔深至Z-5，R平面确定在Z3的位置，孔底暂停1s，刀具返回R平面，进给速度20mm/min

G98 Y-14.0; 锪孔2，返回初始平面

G80; 取消固定循环

G00 Z150; 快速抬刀至Z150

M30; 程序结束并返回起点

3.2 深孔的加工（G73、G83）

深孔加工时铁屑很难排出，冷却液也很难进入孔内，导致散热和润滑效果差。在钻头钻削的时候注意边钻边退，铁屑才能在容屑槽内顺畅排除。G73和G83两个固定循环指令主要是针对深孔的加工，可以满足边钻边退的要求，很容易使铁屑排出。下面将分别介绍这两个指令。

G73——高速深孔钻削固定循環指令 格式：G73 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_

与G81的主要区别是，深孔加工时需要间歇性进给，这样有利于铁屑的排出。每次背吃刀量为Q，退刀距离为d。

G83——深孔钻削固定循环指令 格式：G83 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_

与G73的主要区别是，该指令的退刀量不是d，而是返回到R平面，这样有利于刀具的散热和铁屑的排出。

3.3 镗孔的加工（G76、G85）

镗孔，是在有孔的基础上对孔进一步加工。镗孔的主要目的是为了提高孔的精度、表面粗糙度、扩大孔的直径，为偏离中心的孔找正。镗孔常见的指令包括G85和G76。

G85——镗削固定循环指令 格式：G85 X_ Y_ Z_ R_ F_

主轴正转，刀具以进给速度向下运动镗孔，到达孔底位置后，立即以进给速度退出（没有孔底动作）。

G76——精镗固定循环指令 格式：G76 X_ Y_ Z_ R_ P_ Q_ F_

与G85的区别是：G76在孔底有三个动作，即进给暂停、主轴定向停止、刀具沿刀尖所指的反方向偏移Q值，然后快速退出。

3.4 内螺纹攻丝加工（G74、G84）

攻丝加工是利用丝锥进行螺纹加工的一种加工方式，常用的丝锥包括直丝锥和螺旋丝锥。攻丝时应注意一个问题：应严格控制进给速度F（mm/min）和主轴转速S（mm/r）之间的关系才能保证螺纹的导程F。具体计算公式为：

G84——攻螺纹固定循环指令 G84 X_ Y_ Z_ R_ F_

攻螺纹进给时主轴正转，退出时主轴反转。因为是螺纹的加工，所以在加工完毕退刀时也应该以进给速度推出。

G74——左旋攻螺纹固定循环指令 G74 X_ Y_ Z_ R_ F_

与G84的区别是：进给时为反转，退出时为正转。

举例：零件如图2所示，螺纹底孔已加工，使用G74/G84指令编写M12（右旋）和M12LH左旋螺纹（螺距P=1.75）的加工程序。

编制攻丝程序如下：

O0002 程序号

G91 G28 Z0;返回轴参考点

M06 T01;换01号刀具（右旋螺纹丝锥）

G90 G54 G43 G00 Z100.0  H01; 绝对坐标，第一工件坐标系，建立01号刀具长度补偿，Z向快速定位至Z100

M03 S100;主轴正转，转速100r/min

M08;切削液开

G98 G84 X-25.0 Y0 Z-15.0 R3.0 F175;加工右旋螺纹M12

G80;取消固定循环

M06 T02 换02号刀具（左旋螺纹丝锥）

G90 G54 G43 G00 Z100.0 H02;绝对坐标，第一工件坐标系，建立01号刀具长度补偿，Z向快速定位至Z100

M04 S100;主轴反转，转速100r/min

M08;切削液开

G98 G74 X25.0 Y0 Z-15.0 R3.0 F175;加工左旋螺纹M12LH

G80;取消固定循环

G00 Z150;快速抬刀至Z150

M30;程序结束并返回起点

4 循环指令的比较

通过对以上循环指令分析得出以下结论：浅孔加工不需要退刀动作，加工效率较高，深孔加工每次都要进行退刀，效率较低。G73指令每次退刀量是d，而G83指令则每次返回R点平面，这样对深孔钻削时的排屑有利，但是钻削效率较低。G74主要是针对右旋螺纹加工，G84主要是针对左旋螺纹。

参考文献

[1] 唐健.数控技术与编程技术基础[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2] 任国兴.数控铣床华中系统编程与操作实训[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

[3] 陈海舟.数控铣削加工宏程序及应用实例（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2007.