摘要：深孔加工是机械加工领域的一项重要技术，由于孔深，切削液难以有效地冷却到切削区域，且刀具在深孔内切削，切屑不易排出，刀具的磨损和损坏等情况都无法观察，加工质量不易控制。本文主要阐述了深孔加工的工艺和特点，采用数控系统提供的宏程序功能对固定循环G73/G83指令进行某些改进，以满足小批量生产的要求。
随着机械工业的迅速发展，新型材料的出现，孔加工的难度越来越大，精度越来越高。尤其在油泵油嘴行业，一些高性能、高强化油泵油嘴产品的发展，深孔加工已成为瓶颈工序，深孔加工技术已成为人们十分关注的问题。《机械工人》3/2006有篇文章《FANUC宏程序在深孔加工中的应用》，切深用等差级数减少，来实现钻深可变式深孔加工，因此我写这篇切深用等比级数减少的文章，以供大家分享。
1 深孔加工的工艺分析
一般规定孔深L与孔径D之比大于5时，即I/D>5时，称为深孔；L/D≤5时，称为浅孔。
深孔加工的断屑与排屑是一个重要的问题，因为深孔加工切削热不易排散，切屑不易排出，必须实行强制冷却、强制排屑，目前普遍采用的方法是用高压将切削液通过钻杆的外部或内部送到切削区，将切屑冷却、润滑后，把切屑由钻杆的外部或内部排出。断屑是深孔加工顺利进行的保障，与刀具断屑台尺寸、切削用量、刀具角度密切相关；切削用量应与断屑台尺寸相匹配．若加工时发现不断屑时，应降低转速，增大进给量，可以实现断屑；影响断屑效果的主要是刀具的前角，减少前角，可以很好地实现断屑。
2 深孔钻削编程指令及分析
2.1 深孔加工的动作分析
大多数的数控系统提供了深孔钻削指令G73和G83，其中G73为高速深孔往复排屑钻，G83为深孔往复排屑钻，深孔加工的动作是通过z轴方向的间断进给，即采用啄钻的方式来实现断屑与排屑的。虽然G73和G83指令均能实现深孔加工，而且指令格式也相同，但二者在z向的进给动作是有区别的，图1和图2分别是G73和G83指令的动作过程。
从图1和图2可以看出，执行G73指令时，即每次向下进给后刀具并不快速返回至R点平面，而只是回退一个微小距离(即退刀量d)以断屑，这里退刀量d是由No.5114参数设定；而G83指令，排屑式深孔加工循环，即每次向下进给后刀具都快速返回至R点平面，即从孔内完全退出，然后再钻人孔中。深孔加工与退刀相结合可以破碎钻屑，令其小得足以从钻槽顺利排出，并且不会造成表面的损伤，可避免钻头的过早磨损。G73指令虽然能保证断屑，但排屑主要是依靠钻屑在钻头螺旋槽中的流动来保证的。因此深孔加工，特别是长径比较大的深孔，为保证顺利打断并排出切屑，应优先采用G83指令。
2.2用G73和G83指令编程存在的问题
由图1和图2可以看出，利用现有固定循环指令G73和G83进行深孔钻削编程时存在如下问题：
G73和G83指令在钻孔时孔底动作均为快速返回，无暂停的动作。在实际加工中，当钻头退出时，钻屑在冷却液冲刷下会落人孔中。当钻头再次进入后，它将撞击位于孔底部的钻屑。钻屑在刀具的作用下开始旋转，被切断或熔化。同时对于深孔加工，随着孔深的增加，排屑必然越加困难，如果为固定钻深，开始时合适，待到接近孔底时却不一定合适，如果按孔底加工情况来设定钻深，则势必严重影响加工效率。所以，有必要对深孔钻削的动作进行相应的调整，宜采用可变钻深，开始时钻深最大，随着深度的增加，钻深逐渐变小，确保刀具充分冷却和顺利排屑。
钻深的变化可以等差级数(加法运算)实现，即每次减少一个定值；也可以等比级数(乘 法运算)实现，即每次减少的比例相等。但不管用哪种，对最小钻深都应有一个限制，当达到此值时，就不再减小，以保证起码的加工效率。
钻深的变化都是按等比级数来设定，即下面程序中的#19，作用即为：Q2=Q1*#19，Q3=Q2*#19，…，Qn=Qn_l，p#19，依次类推，直到Q=最小钻深#1。
3 钻削深孔通用宏子程序的编制
如前所述，通用固定循环指令在深孔钻削编程中存在着刀具冷却、台阶深孔的加工空运行时间较长、排屑困难等问题。如果采用CAM软件进行自动编程，即使采用G01、G00等简单指令产生程序，也必须进行大量的手工修改才可避免上述问题，编程效率较低，且易出错。经过试验，笔者以FANUC系统为例，编制了一个通用宏子程序，利用G65功能调用该子程序，较好地解决了刀具冷却、排屑等深孔加工问题。
3.1 G65调用子程序的格式 用G65指令调用子程序的格式为：G65P0020 X_Y_Z_R_Q_P_K_F_；X、Y为孔的定位坐标(#23、#24)。
3.2 钻深可变式深孔钻加工宏程序
主程序的结构
O1125
S1000 M03
G54G90G000Y0Z30 程序开始，定位于G54原点上方
G65 P0020 Z-65 R1 Q20 F200 D0.5 调用宏程O1126
S004 T0.2
M30程序结束
自变量赋值说明(通用)
#7=(D)每次进给前的缓冲高度(绝对值)Depth
#9=(F)切削进给速度Feed
#17=(Q) 第1次钻深(绝对值)
#18=(R)R点(快速趋近点)坐标(Z坐标值，非绝对值)
#19=(S)钻深每次递减比例Scale(经验值可取0.3～0.5)
#20=(T)最小钻深比例，最小钻深为T*Q
#26= (Z)孔深(Z坐标值，非绝对值)
以下为类似于G73式的钻深可变式深孔钻加工宏程序。主要是为了在加工条件允许的情况下追求更高效率而采用较为激进的断屑方式，如图3。
宏 程 序(G73式)
O1126
G00Z#18 //快速趋近R点
#27=#18-#26 //总钻深(绝对值)
#16=#17 //第1次钻深(即赋#16初始值为#17)
#1=#20*#17 //最小钻深
#27=#27-#16 //第1次钻后的剩余深度(绝对值)
WHILE[#27GT0]DO 1 //如钻深未到底，则钻孔，即循环1继续
G91 G01 Z-#16 F#9 //每次向下钻深进给1个#16(增量值)
G00Z#7 //快速回退1个#7(增量值)
IF[#16GE#1]GOTO 1//如钻深#16≥最小钻深#1，转至N1行
N1#16=#16*#19//钻深#16按设定比例#19依次递减(绝对值)
IF[#16GE#1]GOTO 3//如#16≥#1，转至N3行(此时已执行完N1行)
IF[#16LT#1]GOTO2 //如钻深#16<最小钻深#1，转至N2行
N2#16=#1 //钻深#16=最小钻深#1
IF[#16LT#1]GOTO3 //如#16<#1，转至N3行(此时已执行完N2行)
N3#27=#27-#16 //剩余深度(绝对值)#27依次递减每次钻深#16
G01 Z-#7 //向下钻1个回退量#7(增量值)
END 1 //钻深不足1次(此时0<#27<#1)时循环1结束
#16=#16+#27//恢复剩余深度(绝对值)
G01 Z-#16 //完成最后1段钻深加工
G80G90G00Z30 //返回安全平面并取消固定循环
M99 //宏程序结束返回
以下为类似于G83式的钻深可变式深孔钻加工宏程序。主要用于深径比较大、材料加工性能较差、加工条件较恶劣的深孔钻削加工，因此采用较为保守和彻底的排屑方式，即每次向下进给一个钻深后，都快速返回到R点平面，如图4。
宏 程 序(G83式)
O1126
G00Z#18 //快速趋近R点
#27=#18-#26//总钻深(绝对值)
#16=#17//第1次钻深(即赋#16初始值为#17)
#1=#20*#17 //最小钻深
#27=#27-#16//第1次钻后的剩余深度(绝对值)
#4=#18-#16 //第1次钻深进给的Z坐标目标值(非绝对值)
WHILE[#27GT0]DO1//如钻深未到底，则钻孔，即循环1继续
G01 Z#4 F#9//每次钻深进给至Z#4面
G00 Z#18 //快速返回至R点平面
Z[#4+#7] //快速下降至Z#4面上#7处(#7由D赋值)
IF[#16GE#1]GOT01 //如钻深#16≥最小钻深#1，转至N1行
N1#16=#16*#19 //钻深#16按设定比例#19依次递减(绝对值)
IF[#16GE#1]GOTO3 //如#16≥#1，转至N3行(此时已执行完N1行)
IF[#16LT#1]GOTO2 //如钻深#16<最小钻深#1，转至N2行
N2#16=#1 //钻深#16=最小钻深#1
IF[#16LT#1]GOTO3 //如#16<#1，转至N3行
#4=#4-#16 //#4依次递减#16
N3#27=#27-#16 //剩余深度(绝对值)#27依次递减每次钻深#16
END 1 //钻深不足1次(此时0<#27<#1)时循环1结束
#16=#16+#27//恢复剩余深度(绝对值)
G01 Z[#4-#16] //完成最后1段钻深加工
G80Z30 //返回安全平面并取消固定循环
M99//宏程序结束返回
4 结论
深孔零件的加工是与零件的材质、使用的刀具、加工机床及其检测手段密切相关的，在实践中要综合考虑各因素的影响。实践证明，利用FANUC宏程序编写钻深可变式深孔钻加工程序，既可进行普通深孔和台阶深孔的加工，并能满足深孔加工的断屑和保证刀具充分冷却等实际加工要求，从而有效地提高了刀具的耐用度和劳动生产率。
