基于SINUMIRIK系统的递减式深孔加工研究

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)

1 深孔加工技术问题

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。

2 递减式深孔加工原理和设计流程

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

3 递减式深孔加工程序设计

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。

4 实验对比分析

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。

5 结论

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。

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