孔加工循环指令的编程与加工

5.2.10　孔加工循环指令的编程与加工

数控加工中的孔加工，其动作循环已经典型化。例如，钻孔、镗孔的循环通常由六个顺序动作组成，如图5-32所示。

图5-32　实线——切削进给；虚线——快速进给

动作1：孔中心定位。刀具快速进给到孔中心定位。

动作2：刀具快速进给到转换点R。R点一般离工件表面有一个距离，这个距离叫引入距离。在已加工表面上加工孔，引入距离为2～5mm；在毛坯面上加工孔，引入距离为5～10mm。

动作3：刀具慢速切削到孔底。根据孔的深度，可以一次加工到孔底，也可以分段加工到孔底，分段加工到孔底又称为间歇进给。

动作4：刀具在孔底的动作。根据孔的不同，刀具在孔底的动作也不同。有的不需要孔底动作；有的需要刀具在孔底短暂停留；有的需要主轴反转；有的需要主轴停止。

动作5：刀具返回到转换点R。刀具从孔中退出，可以是快速退出、慢速退出、手动退出等。

动作6：快速返回到初始平面。初始平面是开始执行孔加工时，刀位点所在的平面。

不同的孔加工动作可能不同，有的没有孔底动作，有的不退回到初始平面，但是这样一系列典型的加工动作已经预先编好程序，存储在内存中，可用包含G代码的一个程序段调用，从而简化编程工作。这种包含了典型动作循环的G代码称为循环指令。又称为固定循环指令。

固定循环指令的数据表达形式可以用绝对坐标G90和相对坐标G91表示。固定循环的程序格式如下：

G98G^**X　Y　Z　R　Q　P　I　J　K　F　L

G99G^**X　Y　Z　R　Q　P　I　J　K　F　L

G98指令的功能是使刀具退回时直接返回到初始平面。

G99指令的功能是使刀具退回时只返回到转换点R所在的平面如图5-33。

图5-33　固定循环的数据形式

程序格式中的第二个G代码为孔加工方式，即孔加工循环指令G73、G74、G76和G81～G89中的任一条指令。

程序格式中的X、Y为G17指定平面上的孔的中心点的坐标值（如果是G18，孔的中心点的坐标值则为X、Z；如果是G19，孔的中心点的坐标值则为Y、Z。）。

程序格式中的Z值是Z轴为钻孔轴时转换点R到孔底的距离（G91时）或孔底的坐标（G90时）。

程序格式中的R值为刀位点到R点的距离（G91时）或R点的坐标（G90时）。

程序格式中的Q值为刀具每次的进给深度（G73或G81时），是增量值，Q值小于零，Z轴才向下进给。

程序格式中的K值为刀具每次进给后的退刀量（G73或G81时），是增量值，K值大于零，Z轴才上升，刀具才抬起。

程序格式中的I值、J值为刀具向刀尖反方向的移动量（分别在X轴、Y轴的方向上）。

P值指定刀具在孔底的停留时间（单位为ms）。

F为切削进给速度。

L为固定循环中从动作1～动作6的重复次数。

该指令与参数为模态指令，一经指令，一直保持有效。当换位加工相同规格孔时，只需改变孔的中心点坐标值X、Y。

取消固定循环用指令G80，同时也取消R点和Z点。用指令G01、G02、G03也可以取消固定循环。

以下叙述中以Z轴为钻孔轴。固定循环指令介绍如下：

1.断屑式深孔加工循环指令G73

（1）指令格式

{G98/G99} G73X　Y　Z　R　Q　K　F　L

G73的循环动作如图5-34所示。

刀具每次的切削深度由Q值指定，Q值为负值，刀具进给；刀具每次的退刀量由K值指定，K值为正值，刀具退回。在数值上K值小于Q值。用G73指令时，刀具在Z轴方向间歇进给，便于断屑、排屑。

（2）编程举例

【例5-27】断屑式深孔加工循环编程。在图5-34中，设孔中心的坐标值为（30，40），孔深为30mm，R=20mm。孔径为14mm，选用φ14的钻头。其参考程序如下：

图5-34　断屑式深孔加工循环

M05

M30

2.攻左旋螺纹循环指令G74

（1）指令格式

{G98/G99} G74X　Y　Z　R　P　F　L

G74的循环动作如图5-35所示。

图5-35　攻左旋螺纹循环

攻左旋螺纹进给时，主轴反转，加工到孔底时，主轴暂停后由反转变为正转，然后按进给速度退回。在攻螺纹循环动作中，进给速度倍率无效。即使使用了进给暂停，刀具也必须在返回动作结束之后才停止。

（2）编程举例

【例5-28】攻左旋螺纹循环编程。在图5-35中，设孔中心的坐标值为（30，40），孔深为30mm，R=20mm。底孔直径为14mm，选用M16的丝锥。攻三遍丝。其参考程序如下：

3.精镗循环指令G76

（1）指令格式

{G98/G99} G76 X　Y　Z　R　Q　P　I　J　K　F　L

G76的循环动作如图5-36所示。

精镗时，主轴按进给速度加工到孔底定向停止后，向刀尖的反方向移动，然后快速退刀。这种带有让刀的退刀不会划伤已加工表面，保证了镗孔精度。主轴向刀尖的反方向的移动量用q值指定，q值只能为正值，位移方向由MDI决定，可为±X、±Y中的任一个。

（2）编程举例

【例5-29】精镗循环编程。在图5-36中，设孔中心的坐标值为（30，40），孔深为30mm，R=20mm。底孔直径为40mm，选用Φ14的镗刀，镗三遍，刀具在孔底的反方向移动为-I方向，移动距离为5mm。其参考程序如下：

图5-36　精镗循环

4.钻孔、点钻循环指令G81

（1）指令格式

{G98/G99} G81X　Y　Z　R　F

G81的循环动作如图5-37所示。

该指令用于钻浅孔，钻薄板上的孔。

（2）编程举例

图5-37　钻孔、点钻循环

【例5-30】钻孔循环编程。在图5-38中，设A孔中心的坐标值为（30，40），设B孔中心的坐标值为（30，80），设C孔中心的坐标值为（60，80），设D孔中心的坐标值为（60，40），孔深为5mm，R=3mm。孔径Φ10mm，选用Φ10的钻头加工，其参考程序如下：

图5-38　钻孔、点钻循环编程

5.带停顿的钻孔循环指令G82

（1）指令格式

{G98/G99} G82X　Y　Z　R　P　F

G82的循环动作如图5-39所示。

G82指令用于钻盲孔。钻盲孔时，可使钻头在孔底暂停，暂停时间由P指定。

图5-39　带停顿的钻孔循环

（2）编程举例

【例5-31】带停顿的钻孔循环编程。在图5-40中，设A孔中心的坐标值为（30，40），设B孔中心的坐标值为（30，80），设C孔中心的坐标值为（60，80），设D孔中心的坐标值为（60，40），孔深为5mm，R=3mm。孔径Φ10mm，选用Φ10的钻头加工，其参考程序如下：

图5-40　带停顿的钻孔循环编程

6.排屑式深孔加工循环指令G83

（1）指令格式

{G98/G99} G83 X　Y　Z　R　Q　P　K　F　L

G83的循环动作如图5-41所示。

用G83指令时，刀具每次的切削深度由q值指定，q值是负值，刀具进给；第一次刀具切入q值后，以快速退回到R平面；从第二次以后切入时，先以快速进给到距上次切入位置K值后，变为切削进给，再切入q值后，以快速退回到R平面，如此重复直到加工到孔底。G83指令每次切入后退回到R平面，就是排屑。G83指令实际上是将深孔加工转换为多次的浅孔加工。

（2）编程举例

【例5-32】排屑式深孔加工循环编程。在图5-41中，设孔中心的坐标值为（30，40），孔深为30mm，R=3mm。孔径为14mm，选用Φ14的钻头。其参考程序如下：

图5-41　排屑式深孔加工循环

7.攻右旋螺纹循环指令G84

（1）指令格式

{G98/G99} G84X　Y　Z　R　F　L

G84的循环动作如图5-42所示。

用G84攻右旋螺纹时，从R点到Z点，刀具正向进给，主轴正转，加工到孔底部时，主轴暂停后反转，刀具以进给速度反向退出。主轴退到R点平面后，再次暂停，再次变换旋转方向。所有这些，都是由系统自动完成的。

（2）编程举例

【例5-33】攻右旋螺纹循环编程。在图5-42中，设孔中心的坐标值为（30，40），孔深为30mm，R=3mm。底孔直径为14mm，选用M16的丝锥。攻三遍丝。其参考程序如下：

图5-42　攻右旋螺纹循环

8.镗孔循环指令G85、G86、G87、G88、G89

（1）粗镗循环指令G85

①指令格式

{G98/G99} G85X　Y　Z　R　F　L

G85的循环动作如图5-43所示。

图5-43　粗镗循环

用G85粗镗时，从R点到Z点主轴正转，刀具正向进给到孔底部，然后主轴以快速退出。

②编程举例

【例5-34】粗镗循环编程。在图5-43中，设孔中心的坐标值为（30，40），孔深为30mm，R=3mm。底孔直径为40mm，选用Φ14的镗刀，镗三遍。其参考程序如下：

（2）半精镗循环指令G86

①指令格式

{G98/G99} G86X　Y　Z　R　F

G86的循环动作如图5-44所示。

图5-44　半精镗循环

用G86半精镗时，从R点到Z点主轴正转，刀具正向进给到孔底部，主轴停止。然后刀具以快速退出，并重新启动主轴。

②编程举例

【例5-35】半精镗循环编程。在图5-44中，设孔中心的坐标值为（30，40），孔深为30mm，R=3mm。底孔直径为40mm，选用φ14的镗刀，镗三遍。其参考程序如下：

（3）反镗循环指令G87

①指令格式

G99 G87X　Y　Z　R　I　J　F

G87的循环动作如图5-45所示。

用G87反镗时，刀具在X、Y轴定位后，主轴定向停止，然后向刀尖相反方向移动q值，再从孔中快速进给到孔底定位点R处。在此位置，刀具向刀尖的反方向移动q值。启动主轴正转后，刀具沿Z轴正方向加工到孔顶面上的Z点。在此位置，主轴再次定向停止，刀具再次向刀尖的反方向移动q值，然后退出。返回到初始平面后，沿初始平面回退一个位移量q值，并重新启动主轴正转，进行下一个程序段的动作。

②编程举例

【例5-36】反镗循环编程。在图5-45中，设孔中心的坐标值为（30，40），孔深为30mm，R=60mm。底孔直径为40mm，选用φ14的镗刀，镗三遍，其参考程序如下：

图5-45　反镗循环

刀具在孔底的反方向移动量为+I方向，移动距离为5mm。

M30

（4）手动退刀镗孔循环指令G88

①指令格式

{G98/G99} G88X　Y　Z　R　P　F

G88的循环动作如图5-46所示。

用G88指令镗孔时，刀具运行到孔底时暂停，主轴停止转动，系统转换为手动状态，此时可用手动使刀尖离开孔表面，再手动将刀具从孔中退出。退回到指令位置后，主轴自动正转，进行下一个程序段的动作。数控铣床可用此功能实现半精镗或精镗。

②编程举例

【例5-37】手动退刀镗孔循环编程。在图5-46中，设孔中心的坐标值为（30，40），孔深为30mm，R=3mm。底孔直径为40mm，选用φ14的镗刀，镗三遍。其参考程序如下：

图5-46　手动退刀镗孔循环

（5）镗阶梯孔循环指令G89

①指令格式

{G98/G99} G89X　Y　Z　R　P　F　L

G89的循环动作如图5-47所示。

用G89指令镗孔时，从R点到Z点主轴正转，刀具正向进给到孔底部，暂停一段时间，主轴停止。然后重新启动主轴，并且刀具以快速退回到指令位置。

②编程举例

【例5-38】镗阶梯孔循环编程。在图5-47中，设孔中心的坐标值为（30，40），孔深为30mm，R=3mm。底孔直径为40mm，选用φ14的镗刀，镗三遍。其参考程序如下：

图5-47　镗阶梯孔循环

9.固定循环指令使用时的注意点：

（1）在固定循环中，定位速度由前面的指令决定。

（2）各个固定循环指令均为非模态值，因此每句指令的各项参数应写全。

（3）固定循环指令中的定位方式取决于上次是G00还是G01，因此如果希望快速定位，则应在上一程序段或本程序段开头用指令G00。

（4）在使用固定循环指令前应使用M03（主轴正转）或M04（主轴反转）启动主轴，使主轴回转在孔加工循环程序段中，X、Y、Z、R的数据应至少有一个值不为零，指令才能执行。

（5）孔加工在使用控制主轴回转的固定循环（G74、G84、G86）中，如果连续加工一些孔间距比较小，或者初始平面到R点平面的距离比较短的孔时，会出现在开始孔的切削动作时，主轴还没有达到正常转速的情况，这时可在各孔的加工动作之间插入G04指令，以获得时间。

（6）当用G00～G03指令之一取消固定循环时，若G00～G03指令之一和固定循环出现在同一程序段，则有如下两种格式：

①（G00～G03）G^** X　Y　Z　R　Q　P　K　F　L　，此时按固定循环运行；

②G^**（G00～G03）X　Y　Z　R　Q　P　K　F　L　，此时按G00～G03指令之一运行在固定循环程序中。

（7）如果在固定循环程序段中指定了辅助功能M，则在循环的最初定位时送出M信号，等待M信号完成，才能进行孔加工循环。

10.固定循环功能应用举例

【例5-39】编写如图5-48所示零件的钻孔循环程序。

图5-48　钻孔循环编程

在图5-48中，设Z轴开始点距工件表面20mm处，切削深度为20mm。先用Φ10的钻头钻孔，再用φ16的钻头扩孔，最后用φ20的钻头扩孔。其参考程序如下：

【例5-40】编写如图5-49所示零件的螺纹加工程序。

图5-49　螺纹加工编程

在图5-49中，设Z轴开始点距工件表面50mm处，切削深度为10mm。先用Φ10.5的钻头钻孔，再用M12的丝锥攻丝。其参考程序如下：