基于CATIA的轴向钻孔编程技术

摘要：高压冷却系统可以将钻削过程中产生的金属切屑及时排出，内冷的加工方式可提高刀具寿命，节省加工时间，提高加工效率。但加工中心并无针对内冷加工的编程，利用CAM软件CATIA中的轴向连续切削指令，规划内冷钻头加工的策略，并结合在实际应用中的经验，提供一种操作方法，能

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高压冷却系统可以将钻削过程中产生的金属切屑及时排出，内冷的加工方式可提高刀具寿命，节省加工时间，提高加工效率。但加工中心并无针对内冷加工的编程，利用CAM软件CATIA中的轴向连续切削指令，规划内冷钻头加工的策略，并结合在实际应用中的经验，提供一种操作方法，能更高效、准确且安全地实现数控程序的编制。

一、序言

内冷钻头加工特点是切削液可以直达加工区域，并且高压冷却系统可以将钻削过程中产生的金属切屑及时排出，避免切屑堆积在加工区域造成钻头温升过高[1]，从而延长刀具寿命，同时节省了加工时间，使孔加工效率大幅提升。在航空领域，尤其是复杂液压壳体中，深孔加工较多。本文将孔深度与孔直径比＞10的孔定义为深孔，不同深度孔的加工策略也有所不同。在加工中心操作系统中，没有针对内冷钻头的加工模块，当不抬刀连续钻孔且需实现不同的切削参数时，需手动输入切削参数，其缺点是易出错、效率低[2]。

二、内冷钻孔轴向连续加工

2.1 内冷钻孔加工策略选择内冷钻头加工时，需要先确认加工机床具有内冷功能且压力符合要求。加工时孔深度不同，所选用的内冷钻头规格及加工步骤、方法均不相同，结合内冷钻头加工的特性与在实际加工中的应用，可按孔深的倍径将其分为以下几种加工情况。1）当钻孔深度＜8倍孔直径时，可用一般钻孔方式，钻头在孔口安全高度打开内冷，中间不抬刀，一次性加工至最终深度。2）当8倍孔直径≤钻孔深度＜20倍孔直径时，分两步加工，先用定心内冷钻，在孔口安全高度开内冷，不抬刀钻深度为3倍孔直径的引导孔；再调用深孔内冷钻头，钻深2倍孔直径时开内冷，不抬刀钻至最终深度，关闭内冷，再退刀至外部。3）当钻孔深度≥20倍孔直径时，需分3步进行。先用定心内冷钻，在孔口安全高度开内冷，不抬刀钻深度为2倍孔直径的第1引导孔；再用中等长度的内冷钻头钻第2引导孔，钻入深度为1.5倍孔直径时开内冷，不抬刀钻至10倍孔直径；最后调用深孔加工钻头，关闭内冷，主轴反转进入引导孔，至深度为2倍孔直径，然后主轴正转，钻入深度为9.5倍孔直径时内冷打开，不抬刀钻至最终深度，关闭内冷，再退刀至外部。以上每一步分别对应相同直径但不同长度规格的内冷钻头。对于分多步加工的深孔，需将以上加工方法在数控程序编制中进行设置，在CATIA软件编程时，可用轴向连续切削指令实现。2.2 轴向连续切削设置按以上方法加工深度不同的孔，钻头的钻入、钻削与退刀需设置不同的加工参数，包括转速、进给速度和冷却方式等。在CATIA加工界面，孔加工工具栏有轴向连续钻孔指令图标，此加工指令主要用于深孔加工，可在同一孔系中实现不同转速、不同进给速度以及内冷的关闭与打开等动作[3]，此加工指令的几何参数设置及刀具路径参数设置与一般钻孔不同，需单独设置每个孔的加工过程。图1所示为液压壳体深孔，孔直径为4mm，孔深度127.36mm，其长径比为32，以此孔为例说明孔加工设置过程。如图1所示，深孔表面与孔轴线不垂直，需在钻孔前锪平孔口平面，防止钻头加工时打滑[4]。根据长径比可知，此孔加工需3把不同长度的内冷钻头。

图1深孔示意（1）加工深度的设置编程界面中进入“轴向连续钻孔”指令，几何参数设置栏中选择目标零件要加工的深孔，同时选择孔加工起始面，钻头加工方式选择“投影”。切换至“Local”选项中，因该加工过程需3把不同的钻头，所以平面数选择3，分别设置对应平面的深度为8mm、40mm和127.36mm，或选择已创建完成且深度设置符合加工要求的平面，如图2所示。

图2设置加工深度（2）加工策略的设置孔的加工深度确定后，需对钻头的加工动作进行设定，在刀具路径设置栏中的“Motions”工具栏，可单独设置主轴的正反转、进给速度、孔底延时及插入语句等。1）第1引导孔的加工方法为普通钻孔方式，当钻头运动到孔口安全高度后，打开内冷，设置主轴的转速、进给速度，钻孔深度选择为8mm（2倍孔直径），如图3所示。

图3普通钻孔设置2）第2引导孔的加工需使用“轴向连续钻孔”指令，设置定心切削的局部转速及进给速度运动，钻孔深度为10倍孔直径，钻头的运动方式为：钻头先运动至安全高度（一般为离初始加工平面5mm），再以低转速钻入孔深度6mm（平面1向上偏置0.5倍孔直径）。打开内冷，由于在CATIA中无直接点击添加内冷的命令，因此需手动插入打开内冷指令“INSERT/M7”，再设置切削时的局部转速，如图4所示。

图4局部转速参数设置钻头切削深度设置为平面2（40mm），同时设置局部进给速度，设置完成后如图5所示。

图5钻孔深度及局部进给速度设置钻孔过程中无需抬刀，加工完成后需关闭内冷，手动插入内冷关闭指令“INSERT/M9”，然后设定退刀时的局部转速、进给，退刀至安全平面，引导孔钻孔动作完成。对于深度小于20倍孔直径的孔，可用此方法完成深孔加工。3）同理，还需设置加长钻头的钻孔动作。首先，钻入深度8mm（2倍孔直径），该过程主轴需反转，机床运动方式选择“CCLW”；其次，以较快的速度钻入深度38mm（平面2向上偏置0.5倍直径），该过程主轴正转，机床运动方式选择“CLW”；再次，打开内冷，手动插入打开内冷指令“INSERT/M7”，以钻削速度钻入深度127.36mm（平面3），加工至最终深度；最后，钻孔完成后退刀，退刀时需关闭内冷，手动插入关闭内冷指令“INSERT/M9”，再设定退刀的转速、进给，退刀至安全平面，至此，深孔加工动作全部完成。设置完后的策略如图6所示。

图6轴向钻孔加工策略（3）生成NC文件所有加工策略设置完成后，需将加工策略转换为机床代码。选择需要后置处理的程序段，在程序段“对象”选项中选择“交互生成NC代码”。如图7所示，选择文件的保存地址及需后置处理的程序段，执行后置处理，CATIA软件可生成APT前置文件。

图7生成APT前置文件数控机床无法直接识别APT前置文件，需对其进行后置处理生成机床可识别的NC文件。利用IMSpost后置处理软件对选定的文件进行处理[5]，其中深孔加工生成的部分NC代码如下（不同深度对应的机床转速与进给速度局部相同，实现了不同深度用不同的切削参数的钻削过程）。N26 S600 M3N28 GO X-66.5 Y116.5N29 Z115.5N30 M8N31 Z65.5N32 S100N33 G1 Z45.5 F80. M7N34 S1000 M4N35 Z10.5 F200.N36 S1500 M3N37 Z-39.5 F300. M9N38 S200N39 Z65.5 F1000.N40 G0 Z165.5NC代码生成后，在机床加工零件前，应对数控程序进行几何仿真，以保证走刀路径的正确性，提高程序的编制质量。

三、结束语

CATIA软件中，内冷钻头的加工设置难点主要在钻头切削路径策略的规划，根据孔深需预先设置好加工方式，再在软件中依次定义。本文结合实际加工操作中的切削路径，介绍了在软件中如何实现走刀方式的设置。利用CAM软件规划刀具的走刀路径、生成NC代码，能更高效、准确且安全地实现数控代码的编制，以减少在加工时操作人员手动输入程序的情况，为数控程序的高效编制提供参考。参考文献：

[1] 陈俐华，武文革，于大国，等. 深孔加工技术工艺分析 [J]. 工具技术，2022，56（8）：56-62.

[2] 陈丹. 基于机械加工的深孔加工技术研究 [J]. 现代制造技术与装备，2022，58（8）：143-145.

[3] 赵东辉. 基于机械加工的深孔加工技术探析 [J]. 科技创新与应用，2019（20）：138-139.

[4] 李瑞. 基于UG的模块孔加工过程分析 [J]. 电子技术与软件工程，2018（17）：70-71.

[5] 张晓东，韩策. 航空复杂壳体零件深孔加工技术研究 [J]. 航空制造技术，2017（15）：50-57.

本文发表于《金属加工（冷加工）》2025年第1期74~77页，作者：庆安集团有限公司，李紫刚，原标题：《基于CATIA的轴向钻孔编程技术》。

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来源：金属加工

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