使用宏程序优化数控铣的深钻孔加工

使用宏程序优化数控铣的深钻孔加工

摘要:深孔加工是机械加工领域中一项重要技术。在数控铣床上，可以使用数控系统提供的固定循环功能（如FANUC系统的G73、G83指令）进行深钻孔加工。但是，由于这些固定循环功能是固化在系统内部，指令格式和控制动作都不能改变，加工过程中存在许多不足之处，严重影响了加工的效率和安全性。本文将以FANUC 0i系统为例，利用数控系统提供的宏程序功能对深钻孔加工进行优化，有效地提高数控铣床在深钻孔加工中的质量、效率和安全性。

关键词:深孔加工 宏程序 优化

前言

深孔加工技术是机械加工领域中一项重要技术。人们通常把深度与直径之比 的孔称为深孔。由于孔比较深，加工时刀具冷却散热条件差，切削液不易注入切削区，使刀具温度升高，耐用度降低；同时，深孔加工过程中排屑比较困难，如果切屑不能及时外排造成堵塞，会引起刀具崩刃甚至折断。其中强制断屑是有效改善深孔加工的一种重要手段。

在数控铣床上加工深孔，可以使用数控系统提供的固定循环功能来实现强制断屑。以FANUC 0i系统为例，系统提供的G73、G83指令就是专门为深孔加工开发的。但笔者在使用过程中发现，这两个固定循环指令加工过程中存在许多空行程和安全隐患，严重影响了加工的效率和安全性。本文将探讨如何利用数控系统提供的宏程序功能对深钻孔加工进行优化，以提高数控铣床在深孔加工中的效率和安全性。

一、 理解G73、G83指令

FANUC 0i系统提供了两个深孔加工固定循环：一个是往复断屑式深孔加工固定循环G73，另一是往复断屑、排屑式深孔加工固定循环G83。

1、 往复断屑式深孔加工固定循环G73

使用往复断屑式深孔加工固定循环G73加工时，每个加工循环，刀具都是按设定的进给速度F向下进给钻孔，当进给到设定的Q深度后，刀具并不快速返回到R点平面，而只是回退一个微小的轴向距离（即退刀量δ）。通过刀具在Z轴方向的间断进给来实现断屑和排屑，其加工过程动作示意图如图1所示。这里的退刀量δ由数控系统的No.5114参数设定。

图1 G98模态下G73的加工过程动作示意图

2、 往复断屑、排屑式深孔加工固定循环G83

使用往复断屑、排屑式深孔加工固定循环G83加工时，每个加工循环，刀具按设定的进给速度F向下进给钻孔，当进给到设定的Q深度后，刀具快速返回到R点平面，从孔内完全退出，然后再钻入孔中。通过Z轴方向的间断进给来实现断屑和排屑，同时，由于刀具在每个加工循环都从孔内完全退出，使排屑功能得以增强，其加工过程的动作示意图如图1所示。这里的退刀量δ表示刀具间断进给每次下降时由快进转为工进的那一点至前一次切削进给下降点之间的距离，由No.5115参数设定。

图2G98模态下G83的加工过程动作示意图

二、 G73、G83的加工分析

利用G73固定循环指令进行深孔钻削编程，由图1可以看出，由于在每次循环中刀具向下进给切削一个Q的深度后，只回退一个微小的退刀距离δ。这样虽然可以有效地断屑，但排屑只是利用刀具的回转将切屑从螺旋槽向外排出，排屑效果不理想。加上每次循环的钻深Q都是固定不变的，如果按满足开始钻孔时的排屑条件来考虑将钻深Q设置大一些，加工效率较高，但越向孔深处，排屑必然越加困难，容易堵塞而影响加工质量和造成刀具崩刃或折断。如果按孔深处的排屑条件考虑将钻深Q设置小一些，这样虽然能满足孔深处的排屑要求，但加工过程中循环的次数、加工停顿时间和空行程增多，势必导致加工效率下降。

利用G83固定循环指令进行深孔钻削编程，由图2可以看出，虽然在每次循环中刀具向下进给切削一个Q的深度后，都完全从孔内退出到R点平面，排屑效果得到改善。但同样存在每次循环的钻深Q都是固定不变的情况，越向孔深处，排屑必然越加困难。如果按满足开始钻孔时的排屑条件来考虑将钻深Q设置大一些，加工效率较高，但越向孔深处，排屑必然越加困难，容易堵塞而影响加工质量和造成刀具崩刃或折断。如果按孔深处的排屑条件考虑将钻深Q设置小一些，这样虽然能满足孔深处的排屑要求，但加工过程中循环的次数、加工停顿时间和空行程增多，特别是空行程增多很多，严重影响了加工效率。

较理想的加工方案是：在孔深较浅时使用较大的钻深Q，随着钻孔深度的增加，逐渐减小钻深Q 。这样，可以确保在满足排屑要求的情况下尽可能地提高加工的质量、效率和安全性。

三、 使用宏程序优化深孔加工

通过前面的分析我们知道，G73、G83虽然是专门为深孔加工开发的指令，但仍存在许多不足之处。同时，这两个指令都是固化在数控系统中的，一般用户没法通过修改参数的方法来对其进行优化。经过长时间的研究和试验，笔者利用FANUC 0i数控系统提供的宏程序功能对深钻孔加工进行优化，使深孔加工的质

量、效率和安全性得到有效的提高。

由于G73和G83是面向两种不同的深孔加工情况，G73是偏向加工效率方面，G83采用激进和断屑、排屑，是偏向于加工质量和加工安全方面的，在实际生产中有各自的适用场合。故笔者也利用宏程序模仿这两种情况分别开发了不同的优化程序。

下面以图3所示塑料件注塑模下模的深孔加工为例来说明优化加工程序的编制。其下模如图4所示（其下模的设计不是本文要阐述的内容，这里就不展开介绍）。

图3 塑料件 图4 下模立体图

加工时，我们将加工坐标的原点（0，0，0）设在下模的右上角处，如图5所示。

图5 下模平面图 1、 主程序

程序段 注释

O0001 主程序的程序号。

S** M03 启动主轴，转速S可根据实际的加工条件设定，如S1000。

G54 G90 G00 X-52 Y-31.5 Z30 程序开始，定位于G54原点上方的一个安全高度。Z的值可根据实际情况设定，本例设置为30mm。

G65 P** Z-105 R1 Q25 F200 D0.5 S0.6 T0.2 调用宏程序，并对自定义变量赋值。P后面的数字为要调用的宏程序的程序号。

G00 X-52 Y-53.5 Z30 将刀具定位到另一个孔的中心的上方。

G65 P** Z-105 R1 Q25 F200 D0.5 S0.6 T0.2 调用宏程序钻第二个孔，并对自定义变量赋值。

M30 程序结束。

对主程序 “G65 P** Z-105 R1 Q25 F200 D0.5 S0.6 T0.2”程序段中的自定义

变量的赋值说明如下。

主程序中赋值语句 对应宏程序本体中的变量 说明

Z-105 #26 孔深的Z轴坐标值（非绝对值）。按设定的加工坐标，本例中孔深为-105mm。

R1 #18 R点平面的Z轴坐标值（非绝对值），在确保安全的情况下为了提高加工效率，本例取较小值：1mm。

Q25 #17 第1次循环时的钻孔深度（绝对值）。这个参数应根据实际加工条件（如工件材料、孔径、刀具、机床性能等）选择，本例取值25mm。

F200 #9 钻孔时的进给速度。这个值应根据实际的加工条件设定，本例取200mm/min。

D0.5 #7 每次进给前的缓冲高度（绝对值）。在确保安全的情况下为了提高加工效率，本例取较小值：0.5mm。

S0.6 #19 钻深每次递减的比例，即下一个循环的钻深为上一次循环的钻深的多少倍，经验值可取0.5～0.7倍，本例取0.6倍。