卢万强,罗忠良,西庆坤
(1. 四川省装备制造业产业集群技术创新中心,四川德阳618000;2. 四川工程职业技术学院,四川德阳618000)
深孔加工过程控制困难,加工质量不易保证,除与加工刀具、加工机床和切削液等有关以外,在加工工艺上存在以下问题:切削用量不合适,断屑和排屑比较困难,切削热不易散发,导致切屑容易粘接,加速钻头磨损,甚至损坏钻头;孔径尺寸变化较大,孔壁表面粗糙度不易保证,严重影响加工质量和加工效率。因此在实际生产中,为了解决深孔钻中的冷却和排屑问题,常采用特殊的刀具(如枪钻、喷吸钻高压内排屑钻等)和特殊的机床及特种加工方法完成,既不方便,成本又高。而一般配置SINUMIRIK 840D数控系统的数控机床都提供了深孔钻削循环指令CYCLE83,专门用于解决深孔加工的问题,即采用啄钻的方式实现断屑、排屑和散热。其深孔钻削动作示意如图1。
图1 CYCLE83 循环动作
由图1 可知,采用CYCLE83 循环指令钻深孔时DAM 值的确定是关键,由于该指令采用的是固定钻深(除第一次钻削之外,其余每次钻深DAM 值保持不变,直到加工完成),如果按照切削开始的情况考虑DAM 值,在加工刚开始时是合适的,排屑也容易,但随着孔深增加,排屑和散热必然越加困难,加工环境会逐渐恶化,影响加工过程正常进行;而假设按照孔底的实际情况来设定DAM 值,又会严重影响加工效率。如果能根据孔深变化适时改变DAM 的取值,即实现变深式深孔钻,就能使整个钻削过程实现比较均匀的断屑、排屑和散热,使深孔加工始终处于良好的状态,从而解决深孔钻削加工的工艺技术问题。
递减式深孔钻的加工原理就是利用数控机床钻孔循环功能,在深孔钻削加工过程的开始阶段采用较大钻深,随着孔深增加,钻削环境逐渐恶化,根据具体条件逐渐减小每次钻削进给深度(也可以改变进给量),确保刀具充分冷却和顺利断屑、排屑。钻深的变化可以根据需要采用等差递减(每次减小一个定值)或者等比递减(每次减小一个相同的比值)来实现,力求使得钻削加工环境始终处于良好的状态;同时,为了保证基本的钻削加工效率,需要设定一个最小钻深,当单次钻深达到该值时,就不再继续递减。
利用SINUMIRIK840D 数控系统丰富的R 参数编程功能和程序分支、循环功能,对CYCLE83 进行某些改进,可以设计出递减式深孔加工程序流程图,如图2。
图2 递减式程序设计流程
根据以上流程,采用等差递减方式实现递减式深孔加工的SINUMIRIK840D 通用子程序结构如下:
ZKZCX.SPF LF
G00 Z=R8 LF
G01 Z=R1 F400 LF
DEF REAL RTP=R1 RFP=R9 SDIS=R1 DP=R3
FDEP=R3 DTB=R10 DTS =R11 FRF =R7 VARI=R12 LF
LOOP:IF DP >R6 GOTOF LOOP3 LF
LOOP1:CYCLE83 (RTP,RFP,SDIS,DP,DPR,FDEP,FDPR,DAM,DTB,DTS,FRF,VARI)LF
IF R3 <R5 GOTOB LOOP2 LF
R3 =R3-R4 LF
DP=FDEP=DP+R3 LF
SDIA=FDEP=DP+R2 LF
RFP=DP LF
GOTOB LOOP1 LF
LOOP2:DP=FDEP=DP+R5 LF
SDIA=FDEP=DP+R2 LF
RFP=DP LF
GOTO LOOP1 LF
LOOP3:G00 Z=R8 LF
M17 LF
主程序结构如下:
ZK.MPF LF
G53 G00 G90 Z0 D0 M5 LF
T1 D1 LF
G54 G00 X0 Y0 S800 M3 LF
R1 =___ LF 距孔加工表面的安全距离;
R2 =___ LF 每次进给之前的缓冲高度距离;
R3 =___ LF 第一次钻削深度;
R4 =___ LF 钻深每次递减值;
R5 =___ LF 最小钻削深度
R6 =___ LF 孔的最后钻削深度
R7 =___ LF 切削进给速度
R8 =___ LF 安全返回平面高度
R9 =___ LF 参考平面;
R10 =___ LF 孔底暂停时间;
R11 =___ LF 在起始点和排屑点的停留时间;
R12 =___ LF 加工方式,取值为1 表示排屑,取值为0 表示断屑;
G00 X_ Y_
ZKZCX
G00 X0Y0LF
G00 G53 Z0 D0 LF
M30
若将上述子程序中的R3 = R3- R4 程序段改为R3 =R3* (1-R4),此处的R4 为钻深每次递减的比例,则可以实现等比递减深孔加工;还可以通过修改R7 实现切削进给量的变化等。可见,该程序不仅弥补了CYCLE83 固定钻深的缺点,而且极大提高了深孔加工的灵活性、通用性,改善了深孔加工中的技术难题。
采用普通高速钢钻头,加工S500 (HB150 ~180),刀具直径为φ6 mm,孔深为150 mm 的通孔,线速度为vc=20 m/min,进给速度为f =0.12 mm/r。在配备SINUMERIK 840D 系统的数控机床上,分别使用CYCLE83 深孔啄钻指令和上述递减式深孔加工方式加工,在加工时间,刀具耐用度和孔的质量的比较见图3。
图3 实验数据对比
由图3 可知:采用两种不同的加工方式加工相同的深孔,在不改变其余相关参数的情况下,图(a)说明递减式深孔加工一个孔的时间明显少于CYCLE83 深孔加工所用的时间;图(b)表示采用递减式加工深孔能极大提高刀具的耐用度;图(c)表明递减式深孔加工的孔的质量在加工精度方面要优于CYCLE83 的加工精度。
以上的实验证明:只要根据零件的材质、加工机床以及使用的刀具等具体加工条件给参数R1 ~R12赋合适的数值,就可以利用上述R 参数子程序实现灵活多样的钻深可变式深孔加工,有效改善深孔加工中的断屑、排屑和散热问题,提高刀具耐用度和生产效率;同时,也可以通过切削用量的改变,提高深孔加工的质量,从而解决了深孔加工中工艺上的技术难题。
[1]贺鹏.深孔加工工艺[J].科技创新与应用,2013(24):17.
[2]彭海,魏俊武,刘战锋.超薄壁小直径精密深孔加工技术的研究[J].现代制造工程,2001(10):59-60.
[3]李阳.高效深孔加工技术研究[D].兰州:兰州理工大学,2012.
[4]徐良清.小直径深孔加工的探讨[J].现代制造技术与装备,2011(1):51-52.
[5]周广彪,曲国丽,洪爱军.镗床小直径深孔加工工艺方法研究[J].机械工程师,2010(7):134-135.
[6]张慧.轧机平衡块深孔加工的工艺研究[D].大连:大连理工大学,2009.
[7]郭平.FANUC 宏程序在深孔加工中的应用[J].机械工人:冷加工,2006(3):73.