簡述孔加工的方法和過程

孫浩

摘 要： 內(nèi)孔表面是組成機(jī)械零件的重要表面之一， 在機(jī)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(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞： 孔加工；加工方法；插補(bǔ)銑削；深孔鉆

一、一般孔加工

隨著刀具技術(shù)、機(jī)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(bǔ)銑削（即螺旋銑削）、圓周插補(bǔ)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(bǔ)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(kuò)孔加工。

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

（3） 插銑（或Z 軸銑削）： 通過沿著工件的肩壁逐次進(jìn)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(kuò)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(bǔ)銑削能夠利用有限的機(jī)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(jìn)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(dāng)， 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(bǔ)銑削

大多數(shù)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都有用于螺旋插補(bǔ)加工的固定循環(huán)。在三軸加工機(jī)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)銑削走刀路徑如圖1所示。

圖1螺旋插補(bǔ)銑削走刀路徑

2. 圓周插補(bǔ)銑削

圖2圓周插補(bǔ)走刀路徑

當(dāng)工件上已鉆有預(yù)孔， 并要將其擴(kuò)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(bǔ)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(bǔ)銑削就成為一種有效的加工方法。

圖2為圓周插補(bǔ)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(dāng)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(jī)床技術(shù)和人機(jī)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(jìn)行手工編程。

在模具制造業(yè)， 插銑已被公認(rèn)為一種粗銑模具型腔的高效加工方式。采用插銑進(jìn)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(xì)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(jìn)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(dá)刀具的切削刃上， 鉆尖處實際進(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(dāng)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)行孔加工。

參考文獻(xiàn)

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