簡述孔加工的方法和過程

孫浩

摘 要： 內(nèi)孔表面是組成機械零件的重要表面之一， 在機械零件中，帶孔零件一般要占零件總數(shù)的50%～ 80% 。孔的種類也是多種多樣的， 有圓柱形孔、圓錐形孔、螺紋形孔和成形孔等。常見的圓柱形孔又有一般孔和深孔之別， 深孔很難加工。本文僅就目前一般常見的孔加工和深孔加工的方法進行綜述。

關(guān)鍵詞： 孔加工；加工方法；插補銑削；深孔鉆

一、一般孔加工

隨著刀具技術(shù)、機床技術(shù)的發(fā)展及U G等加工軟件中固定路徑編程功能的實現(xiàn)，螺旋插補銑削（即螺旋銑削）、圓周插補銑削和插銑（即Z 軸銑削）逐步成為加工大直徑孔和凹腔的有效選擇，對于此類孔的加工，鉆削并非是最佳的加工方式。以下介紹3種效率較高的孔加工方法：

（1） 螺旋插補銑削： 用銑刀斜向銑入工件毛坯或已加工出的預(yù)孔， 然后在X /Y向圓周運動的同時沿Z軸螺旋向下銑削， 以實現(xiàn)擴孔加工。

（2） 圓周插補銑削： 銑刀圍繞已加工預(yù)孔的外徑或內(nèi)徑以全齒深進行走刀銑削， 以實現(xiàn)擴孔加工。

（3） 插銑（或Z 軸銑削）： 通過沿著工件的肩壁逐次進行插切，在粗銑出凹腔的同時加工（鉆削）出一個新的孔。

為了鉆削一個大直徑孔， 傳統(tǒng)的加工方式是首先用一個較小直徑的鉆頭鉆孔， 然后逐次換用更大直徑的鉆頭以擴大孔徑，所以必須購置所需要的各種鉆頭，并且花費額外的時間更換鉆頭。而螺旋和圓周插補銑削能夠利用有限的機床功率加工出原普通鉆頭或可轉(zhuǎn)位鉆頭無法加工的大直徑孔， 采用一把銑刀同時在X、Y、Z三軸方向進行螺旋斜坡銑削， 可以直接在無預(yù)孔的毛坯上加工出所需要的孔徑尺寸， 只要切削用量及工藝設(shè)計得當， 高效銑刀能夠加工出圓度在0. 013 mm以內(nèi)并具有良好表面粗糙度的孔。

1. 螺旋插補銑削

大多數(shù)現(xiàn)代數(shù)控機床都有用于螺旋插補加工的固定循環(huán)。在三軸加工機床中， 這種固定循環(huán)可以完成X、Y、Z三個軸的快速編程。并且， CAM軟件程序中甚至包括了插補加工所需要的更復(fù)雜算法， 很容易生成螺旋刀位軌跡或圓周刀位軌跡。螺旋插補銑削具有恒接觸、切入切出次數(shù)少和圓度好等優(yōu)點。

螺旋插補銑削走刀路徑如圖1所示。

圖1螺旋插補銑削走刀路徑

2. 圓周插補銑削

圖2圓周插補走刀路徑

當工件上已鉆有預(yù)孔， 并要將其擴大到某一特定尺寸時， 無論被加工孔是通孔還是盲孔， 采用圓周插補銑削都非常有效。特別是對于淺孔加工， 或在銑刀沒有插銑能力但又要求編程簡單的情況下， 圓周插補銑削就成為一種有效的加工方法。

圖2為圓周插補銑削的走刀路徑原理圖， 為保持Z 值（軸向）恒定，需要利用側(cè)刃切削，切削過程中會存在多次切入切出， 因此合理的切入切出走刀路徑就顯得至關(guān)重要。該加工工藝必須保證刀片在切出工件時切屑最薄， 避免了厚切屑的形成， 在保證銑刀壽命的同時， 還能帶來更好的工件質(zhì)量。

3. 插銑

插銑加工的出現(xiàn)已有相當長的時間， 而現(xiàn)在正變得日益流行。插銑加工之所以受歡迎的一個原因是目前的機床技術(shù)和人機對話式編程使終端用戶能夠更容易的設(shè)定插銑步距， 而無需對全部加工G代碼進行手工編程。

在模具制造業(yè)， 插銑已被公認為一種粗銑模具型腔的高效加工方式。采用插銑進行粗加工能夠縮短加工時間， 優(yōu)于通常采用的直線加工方式， 插銑后在工件上留下的棱狀刀痕可以通過螺旋銑削或常規(guī)的半精加工及精加工予以去除。

二、深孔加工

一般把長徑比L /D （孔深與孔徑比）大于10的孔稱為深孔深孔加工比一般孔的加工要困難和復(fù)雜，其原因是：

（1） 由于孔深與孔徑比較大， 刀具細而長、剛性差， 所以在鉆孔時容易偏斜， 產(chǎn)生振動， 使得孔的表面粗糙度和尺寸精度不易保證。

（2） 鉆削時排屑困難。

（3） 熱量不易排出， 鉆頭散熱條件差， 使得刀具磨損加劇， 甚至喪失切削能力。

1. HSS-E鉆頭

由于長鉆頭本身的穩(wěn)定度不好， 因此在加工過程中必須采用較低的切削參數(shù)， 而HSS較低的紅硬性也要求進一步降低其切削速度。因此， 在深孔加工中， 外部的冷卻液很難到達刀具的切削刃上， 鉆尖處實際進行著干加工。所有這些因素的綜合導(dǎo)致了深孔加工需要很長的加工周期。

2. 槍鉆

槍鉆是一種有效的深孔加工刀具，其加工范圍很廣，從模具鋼材，玻璃纖維，特氟龍等塑料到高強度合金（如P20和鉻鎳鐵合金）的深孔加工。硬質(zhì)合金頭槍鉆可以實現(xiàn)精確而安全的孔加工，即使是在進行超常深孔的加工情況下也是如此。

切削液被加壓泵打入鉆桿內(nèi)（壓力約為3 M Pa～8 M Pa） ， 然后流過切削刃， 當切削液沿著刀具和零件孔壁間的V形截面空間流出時， 將切屑帶走。由于鉆桿是空心軸， 剛性差， 不能采用較大的進給量， 因此生產(chǎn)效率較低； 同時， 切屑必須保持小而薄的形狀， 才能保證被冷卻液沖出； 此外，由于槍鉆加工中高壓冷卻液的使用， 因此要求使用專用機床。

3. 內(nèi)排屑深孔鉆（BTA）

由于槍鉆鉆桿為非對稱形， 故其抗扭剛性差， 只能傳遞有限的扭矩， 因此槍鉆只適用于加工小直徑孔的零件。

內(nèi)排屑深孔鉆（ BTA）較適宜加工直徑在20 mm以上、長徑比不大于100的中等尺寸精密深孔的加工， 其加工精度為 IT7級～ IT10級， 加工表面的表面粗糙度為Ra 3. 2μm～ Ra1. 6μm， 如汽輪機大螺栓和蒸發(fā)器管板等的深孔加工。

4. 噴吸鉆

內(nèi)排屑深孔鉆系統(tǒng)存在著環(huán)形油液通道損失大的缺點， 加工時需采用較高的壓力和流速， 為此， 人們研制出一種生產(chǎn)效率高、加工質(zhì)量好的鉆削技術(shù)——噴吸鉆。它是用于加工長徑比不超過100、直徑為16 mm～ 65 mm的孔。精度在IT9級～ IT11級， 加工表面粗糙度在Ra3. 2μm～ Ra 0. 8μm。

噴吸鉆采用兩根同心的鉆桿， 通過連接器將刀具連接到機床上。

切削液流入外鉆桿與內(nèi)鉆桿之間， 大部分切削液流向切削區(qū)域， 而小部分切削液高速從內(nèi)鉆桿尾部的月牙槽流出，在鉆桿尾部形成一個低壓區(qū)，從而使切屑能迅速排出。

在生產(chǎn)中， 應(yīng)根據(jù)實際情況選用合適的深孔加工方法。

結(jié)束語

孔的加工在零件加工中占有很重要的比重，孔的質(zhì)量往往影響著零件的使用性能。如何高效率高精度進行孔加工，是市場競爭中必勝的手段，所以在生產(chǎn)中要特別注意上述方法的應(yīng)用，以便高效率高精度地進行孔加工。

參考文獻

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