HEIDENHAIN鉆孔循環(huán)實(shí)踐研究

王超宇+曹著明

摘 要：近年來，海德漢（HEIDENHAIN）ITNC一直是公認(rèn)的最適合鉆、銑、螺紋、鏗、加工的數(shù)控機(jī)床和加工中心的控制系統(tǒng)，簡單的操作為人們提供了大量的便捷。本文通過研究數(shù)控操作系統(tǒng)ITNC530 的鉆孔循環(huán)程序，對該系統(tǒng)一系列循環(huán)程序的鉆孔工作原理及執(zhí)行過程進(jìn)行了深入研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在加工過程中提高工作效率，大大縮短工件的加工時(shí)間。

關(guān)鍵詞：鉆孔；循環(huán)指令；實(shí)踐；研究

0 引言

近年來，多軸數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用的范圍越來越廣、其加工精度高、質(zhì)量好、易操作等優(yōu)點(diǎn)正逐步替代傳統(tǒng)加工方法。做為一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)控機(jī)床操作系統(tǒng)，海德漢（HEIDENHAIN）公司成立開始就是以高精度技術(shù)為主導(dǎo)，為機(jī)床制造商提供高品質(zhì)的操作系統(tǒng)。iTNC 530是海德漢數(shù)控機(jī)床操作系統(tǒng)中新一代的輪廓加工系統(tǒng)，它能在加工過程中實(shí)現(xiàn)高精度與高效率。

眾所周知，加工的好壞不僅要看成品的精度，基礎(chǔ)工藝更為重要。做為數(shù)控加工的基礎(chǔ)——鉆孔，這項(xiàng)工序可在電腦軟件中編輯，也可親手在機(jī)床操作面板上編輯，不過很明顯，鉆孔工藝較為簡單，若要在電腦軟件上編輯遠(yuǎn)不如直接在機(jī)床上編輯快。本文主要介紹海德漢（HEIDENHAIN）iTNC 530操作系統(tǒng)鉆孔編程的參數(shù)指令、循環(huán)、工藝等，從中分析出現(xiàn)的問題及原因，為加工過程提供便捷，減少不必要的操作時(shí)間，從而提高效率。

1 鉆孔循環(huán)指令--CYCL DEF 200

海德漢（HEIDENHAIN）iTNC530系統(tǒng)擁有非常全面的固定循環(huán)加工功能，可提供鉆、銑、鏜和攻絲等19種循環(huán)。不同的循環(huán)指令其參數(shù)及意義也各不相同。其中鉆孔循環(huán)指令共有4種。本文介紹如圖1所示的鉆孔循環(huán)指令（CYCL DEF 200DRLLING），包括其參數(shù)含義和應(yīng)用研究。

1.1 鉆孔循環(huán)刀路流程

HEIDENHAIN數(shù)控系統(tǒng)中在執(zhí)行CYCL DEF200鉆孔循環(huán)時(shí)，首先刀具以最快進(jìn)給速率F_MAX運(yùn)行至參考平面；依照預(yù)設(shè)的進(jìn)給率F鉆削入第一個(gè)進(jìn)刀深度；然后迅速返回至調(diào)整間隙（若設(shè)置在頂部暫停時(shí)間，則會停留），再次迅速移動至參考平面；接著刀具會按照預(yù)設(shè)的進(jìn)給速率進(jìn)行第二次鉆削；重復(fù)此過程（次數(shù)隨鉆削總深度及切入深度變化）直至鉆削入設(shè)定的深度為止；當(dāng)鉆削達(dá)到設(shè)定深度后，刀具迅速退回至安全高度。

由上述運(yùn)動過程可知，海德漢ITNC530 操作系統(tǒng)的鉆孔循環(huán)運(yùn)動過程相較于其他數(shù)控系統(tǒng)的鉆孔加工，它可以實(shí)現(xiàn)刀具在參考平面的延時(shí)，充分保證了刀具的冷卻，無形中增加了刀具的壽命。

1.2 CYCL DEF 200主要參數(shù)

做為最基本的鉆孔循環(huán)指令，CYCL DEF 200的參數(shù)命令較少，其含義也簡單易懂，但卻充分體現(xiàn)了鉆削程序的核心，具體內(nèi)容如下：Q200指安全高度，即參考平面距刀尖的距離；Q201指深度，即鉆削的總深度；Q206指切入進(jìn)給速率；Q202指切入深度，即每次進(jìn)刀深度；Q210指在頂部的暫停時(shí)間；Q203指工件表面坐標(biāo)，即參考面的坐標(biāo)；Q204指第二個(gè)調(diào)整間隙，即每次進(jìn)刀后退出的相較于參考平面的高度；Q211指在深度上的暫停時(shí)間。

1.3 CYCL DEF 200編程實(shí)例

鉆孔循環(huán)手動編程用時(shí)短，可在短時(shí)間內(nèi)完成工件的基礎(chǔ)工序。其編程首先需要對毛坯的尺寸定義，然后將刀具放到指定的刀具庫中，再完成循環(huán)程序參數(shù)的設(shè)定以及需鉆削的指定坐標(biāo)，即可完成編程。其編程過程如表1所示。

2 常用鉆孔循環(huán)對比

常用的鉆孔循環(huán)指令有CYCL DEF 200/203/205/240 CENTERING三種，分別是鉆孔/萬能鉆/萬能啄鉆/定心鉆，這些鉆孔循環(huán)通用參數(shù)及含義如下：Q200：安全高度；Q201：深度；Q202：切入深度；Q203：工件表面坐標(biāo)；Q204：第二個(gè)調(diào)整間隙；Q205：最小的接近深度；Q206切入進(jìn)給速率；Q208：退出的進(jìn)給率；Q210：在頂部的暫停時(shí)間；Q211：在深度上的暫停時(shí)間；Q212：縮減；Q213：推出前的暫停次數(shù)；Q253：預(yù)定位的進(jìn)給率；Q256：斷屑加工的回刀距離；Q257：斷屑加工的進(jìn)刀深度；Q258：上級的停止距離；Q259：下級的停止距離；Q343：擴(kuò)深的起始點(diǎn)；Q344：選擇深度/直徑；Q379：直徑。

3 鉆孔循環(huán)實(shí)踐研究

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，數(shù)控產(chǎn)業(yè)不斷進(jìn)步升級，機(jī)床達(dá)到一定的頂峰，我們可以用多軸數(shù)控機(jī)床加工出各式各樣精美的工件。在每個(gè)宛如藝術(shù)品的工件背后，是無數(shù)的基礎(chǔ)工藝疊加起來的，鉆孔做為最基礎(chǔ)的加工過程，它的重要性不容小覷。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會對產(chǎn)品的多樣化要求日益強(qiáng)烈，復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求也越來越高。螺紋孔做為做基本的加工工序，無論技術(shù)如何發(fā)展，它仍是眾多工件的基礎(chǔ)。想要完成一個(gè)合格、精準(zhǔn)的螺紋孔，就需要鉆頭與絲錐的搭配，才能完成。鉆頭絲錐參數(shù)對照如表2所示。

（1）切削參數(shù)

切削用量不僅是在機(jī)床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，而且其數(shù)值合理與否對加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和機(jī)床動力性能（功率、扭矩），在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。同樣，具體的切削參數(shù)，應(yīng)隨鉆頭的直徑做出調(diào)整。

（2）工藝規(guī)范

為保持機(jī)床的精度和保證良好的加工效果，直徑小于13的鉆嘴采用手?jǐn)Q快速鉆夾頭裝夾，嚴(yán)禁用對主軸敲打的方式裝卸鉆嘴；所有孔的鉆削加工必須有導(dǎo)引孔、中心孔，其深度必須保證能夠正確導(dǎo)引或定心；當(dāng)加工的表面與主軸不相互垂直時(shí)，需要預(yù)加工局部小平面；在加工交叉孔或?qū)涌讜r(shí)，盡量采用短鉆嘴，先加工深孔，后加工與之相接的淺孔；加工比較深的孔位時(shí)必須充分考慮加工過程中的變形。按照鉆嘴的長徑比（有效懸長/直徑）分級選用適當(dāng)長度的鉆嘴加工。首先選用短鉆嘴，逐步加長。鉆嘴的長徑比分級系列為： 10、25、40、60。級孔（沉頭孔）的加工必須先加工小孔，后加工大孔。加工大孔時(shí)采用專用的沉頭孔銑刀加工。endprint

（3）常見問題及原因

在加工完成后，查看工件時(shí)我們不免會發(fā)現(xiàn)種種問題，這些問題看似簡單，但原因卻有多種。例如：孔型不圓，它的原因可能由后角略大、主偏角不等、兩主切刃不對稱所致；孔壁粗糙，原因是由鉆頭切削刃不夠鋒利、進(jìn)給率過大、后角過大、冷卻或潤滑未而徹底引起的；孔徑過大，是因?yàn)殂@頭兩片主削刃長短不等、頂角與鉆頭非同一軸線、鉆頭擺動等緣由；鉆孔偏移，有很大可能是因洋沖沖眼不精準(zhǔn)、工件裝夾不牢固、移動孔距不精準(zhǔn)；鉆孔偏斜，原因是因鉆頭與工件加工部位表面不垂直，進(jìn)率量不均勻?qū)е隆?/p>

4小結(jié)

數(shù)控機(jī)床功能不斷豐富，采用了工藝集中化和復(fù)合化技術(shù)。機(jī)床在結(jié)構(gòu)布局和材料方面有了新的發(fā)展，一切的目的都是為了提高生產(chǎn)率，提高精度，保證質(zhì)量。加工的每項(xiàng)操作都不可掉以輕心，為保障這一切，我們需注意以下幾點(diǎn)：鉆孔前，需先將工件端面車平，中心處不允許有凸臺，否則鉆頭不能自動定心，會導(dǎo)致鉆頭折斷；當(dāng)鉆頭將要穿透工件時(shí)，由于鉆頭橫刃首先穿出，因此軸向阻力大減。所以這時(shí)進(jìn)給速度必須減慢，否則鉆頭容易被工件卡死，造成錐柄在尾座套筒內(nèi)打滑，損壞錐柄和錐孔；鉆小孔或鉆較深孔時(shí)，由于切屑不易排出，必須經(jīng)常退出鉆頭排屑，否則容易因切屑堵塞而使鉆頭“咬死”或折斷；鉆小孔時(shí)，轉(zhuǎn)速應(yīng)選得快一些，否則鉆削時(shí)抗力大，容易產(chǎn)生孔位偏斜和鉆頭折斷；用塞規(guī)測量孔徑時(shí)，應(yīng)保持孔壁清潔，否則會影響塞規(guī)測量；用塞規(guī)檢查孔徑時(shí)，塞規(guī)不能傾斜，以防造成孔小的錯(cuò)覺，把孔徑車大。相反，孔徑小的時(shí)候，不能用塞規(guī)硬塞，更不能用力敲擊。

本文介紹了基于HEIDENHAIN ITNC530數(shù)控系統(tǒng)的鉆孔循環(huán)程序的詳細(xì)論述，其它循環(huán)指令也可參照以上方法進(jìn)行開發(fā)與操作。此項(xiàng)鉆孔程序方便快捷，加工時(shí)可直接手動編輯，大幅提高了效率，減少了工件主體加工的步驟。

參考文獻(xiàn)

[1] 成木弟.關(guān)于數(shù)控機(jī)床加工工藝及其精度分析[J].陽江市高級技工學(xué)校.2014

[2] 段明忠.鉆孔、攻絲一次成形的加工方法和設(shè)備的研究[J].湖北：武漢科技大學(xué).2006.

[3] 宣仲義.海德漢系統(tǒng)鉆孔循環(huán)后置處理的開發(fā)[J].浙江師范大學(xué)機(jī)電技術(shù)研究中心.2009.

[4] 張興全.iTNC 530——德國海德漢數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng).[J].航空制造技術(shù)111，2005（3）endprint