简述孔加工的方法和过程

2018-04-21孙浩

科学与财富 2017年36期

孙浩

摘要：内孔表面是组成机械零件的重要表面之一，在机械零件中，带孔零件一般要占零件总数的50%～ 80% 。孔的种类也是多种多样的，有圆柱形孔、圆锥形孔、螺纹形孔和成形孔等。常见的圆柱形孔又有一般孔和深孔之别，深孔很难加工。本文仅就目前一般常见的孔加工和深孔加工的方法进行综述。

关键词：孔加工；加工方法；插补铣削；深孔钻

一、一般孔加工

随着刀具技术、机床技术的发展及U G等加工软件中固定路径编程功能的实现，螺旋插补铣削（即螺旋铣削）、圆周插补铣削和插铣（即Z 轴铣削）逐步成为加工大直径孔和凹腔的有效选择，对于此类孔的加工，钻削并非是最佳的加工方式。以下介绍3种效率较高的孔加工方法：

（1）螺旋插补铣削：用铣刀斜向铣入工件毛坯或已加工出的预孔，然后在X /Y向圆周运动的同时沿Z轴螺旋向下铣削，以实现扩孔加工。

（2）圆周插补铣削：铣刀围绕已加工预孔的外径或内径以全齿深进行走刀铣削，以实现扩孔加工。

（3）插铣（或Z 轴铣削）：通过沿着工件的肩壁逐次进行插切，在粗铣出凹腔的同时加工（钻削）出一个新的孔。

为了钻削一个大直径孔，传统的加工方式是首先用一个较小直径的钻头钻孔，然后逐次换用更大直径的钻头以扩大孔径，所以必须购置所需要的各种钻头，并且花费额外的时间更换钻头。而螺旋和圆周插补铣削能够利用有限的机床功率加工出原普通钻头或可转位钻头无法加工的大直径孔，采用一把铣刀同时在X、Y、Z三轴方向进行螺旋斜坡铣削，可以直接在无预孔的毛坯上加工出所需要的孔径尺寸，只要切削用量及工艺设计得当，高效铣刀能够加工出圆度在0. 013 mm以内并具有良好表面粗糙度的孔。

1. 螺旋插补铣削

大多数现代数控机床都有用于螺旋插补加工的固定循环。在三轴加工机床中，这种固定循环可以完成X、Y、Z三个轴的快速编程。并且， CAM软件程序中甚至包括了插补加工所需要的更复杂算法，很容易生成螺旋刀位轨迹或圆周刀位轨迹。螺旋插补铣削具有恒接触、切入切出次数少和圆度好等优点。

螺旋插补铣削走刀路径如图1所示。

图1螺旋插补铣削走刀路径

2. 圆周插补铣削

图2圆周插补走刀路径

当工件上已钻有预孔，并要将其扩大到某一特定尺寸时，无论被加工孔是通孔还是盲孔，采用圆周插补铣削都非常有效。特别是对于浅孔加工，或在铣刀没有插铣能力但又要求编程简单的情况下，圆周插补铣削就成为一种有效的加工方法。

图2为圆周插补铣削的走刀路径原理图，为保持Z 值（轴向）恒定，需要利用侧刃切削，切削过程中会存在多次切入切出，因此合理的切入切出走刀路径就显得至关重要。该加工工艺必须保证刀片在切出工件时切屑最薄，避免了厚切屑的形成，在保证铣刀寿命的同时，还能带来更好的工件质量。

3. 插铣

插铣加工的出现已有相当长的时间，而现在正变得日益流行。插铣加工之所以受欢迎的一个原因是目前的机床技术和人机对话式编程使终端用户能够更容易的设定插铣步距，而无需对全部加工G代码进行手工编程。

在模具制造业，插铣已被公认为一种粗铣模具型腔的高效加工方式。采用插铣进行粗加工能够缩短加工时间，优于通常采用的直线加工方式，插铣后在工件上留下的棱状刀痕可以通过螺旋铣削或常规的半精加工及精加工予以去除。

二、深孔加工

一般把长径比L /D （孔深与孔径比）大于10的孔称为深孔深孔加工比一般孔的加工要困难和复杂，其原因是：

（1）由于孔深与孔径比较大，刀具细而长、刚性差，所以在钻孔时容易偏斜，产生振动，使得孔的表面粗糙度和尺寸精度不易保证。

（2）钻削时排屑困难。

（3）热量不易排出，钻头散热条件差，使得刀具磨损加剧，甚至丧失切削能力。

1. HSS-E钻头

由于长钻头本身的稳定度不好，因此在加工过程中必须采用较低的切削参数，而HSS较低的红硬性也要求进一步降低其切削速度。因此，在深孔加工中，外部的冷却液很难到达刀具的切削刃上，钻尖处实际进行着干加工。所有这些因素的综合导致了深孔加工需要很长的加工周期。

2. 枪钻

枪钻是一种有效的深孔加工刀具，其加工范围很广，从模具钢材，玻璃纤维，特氟龙等塑料到高强度合金（如P20和铬镍铁合金）的深孔加工。硬质合金头枪钻可以实现精确而安全的孔加工，即使是在进行超常深孔的加工情况下也是如此。

切削液被加压泵打入钻杆内（压力约为3 M Pa～8 M Pa），然后流过切削刃，当切削液沿着刀具和零件孔壁间的V形截面空间流出时，将切屑带走。由于钻杆是空心轴，刚性差，不能采用较大的进给量，因此生产效率较低；同时，切屑必须保持小而薄的形状，才能保证被冷却液冲出；此外，由于枪钻加工中高压冷却液的使用，因此要求使用专用机床。

3. 内排屑深孔钻（BTA）

由于枪钻钻杆为非对称形，故其抗扭刚性差，只能传递有限的扭矩，因此枪鉆只适用于加工小直径孔的零件。

内排屑深孔钻（ BTA）较适宜加工直径在20 mm以上、长径比不大于100的中等尺寸精密深孔的加工，其加工精度为 IT7级～ IT10级，加工表面的表面粗糙度为Ra 3. 2μm～ Ra1. 6μm，如汽轮机大螺栓和蒸发器管板等的深孔加工。

4. 喷吸钻

内排屑深孔钻系统存在着环形油液通道损失大的缺点，加工时需采用较高的压力和流速，为此，人们研制出一种生产效率高、加工质量好的钻削技术——喷吸钻。它是用于加工长径比不超过100、直径为16 mm～ 65 mm的孔。精度在IT9级～ IT11级，加工表面粗糙度在Ra3. 2μm～ Ra 0. 8μm。

喷吸钻采用两根同心的钻杆，通过连接器将刀具连接到机床上。

切削液流入外钻杆与内钻杆之间，大部分切削液流向切削区域，而小部分切削液高速从内钻杆尾部的月牙槽流出，在钻杆尾部形成一个低压区，从而使切屑能迅速排出。

在生产中，应根据实际情况选用合适的深孔加工方法。

结束语

孔的加工在零件加工中占有很重要的比重，孔的质量往往影响着零件的使用性能。如何高效率高精度进行孔加工，是市场竞争中必胜的手段，所以在生产中要特别注意上述方法的应用，以便高效率高精度地进行孔加工。

参考文献

[1]樊铁镔.深孔加工技术综述[ J].工具技术， 2014（ 5）： 2-5.