孔加工技术

第三节孔加工与外圆表面加工相比，孔加工的条件要差得多，加工孔要比加工外圆困难。

这是因为：（1）孔加工所用刀具的尺寸受被加工孔尺寸的限制，刚性差，容易产生弯曲变形和振动；（2）用定尺寸刀具加工孔时，孔加工的尺寸往往直接取决于刀具的相应尺寸，刀具的制造误差和磨损将直接影响孔的加工精度；（3）加工孔时，切削区在工件内部，排屑及散热条件差，加工精度和表面质量都不易控制。

一、钻孔与扩孔1．钻孔钻孔是在实心材料上加工孔的第一个工序，钻孔直径一般小于。

钻孔加工有两种方式（图图3-27 两种钻孔方式a）钻头旋转b）工件旋转如在车床上钻孔。

上述两种钻孔方式产生的误差是不相同的。

在钻头旋转的钻孔方式中，由于切削刃不对称和钻头刚性不足而使钻头引偏时，被加工孔的中心线会发生偏斜或不直，但孔径基本不变；而在工件旋转的钻孔方式中则相反，钻头引偏会引起孔径变化，而孔中心线仍是直的。

常用的钻孔刀具有：麻花钻、中心钻、深孔钻等。

其中最常用的是麻花钻，其直径规格为。

标准麻花钻的结构如图3-28所示，其柄部是钻头的夹持部分，并用图3-28 标准麻花钻的结构a）锥柄b）直柄来传递扭矩；钻头柄部有直柄与锥柄两种，前者用于小直径钻头，后者用于大直径钻头。

颈部供制造时磨削柄部退砂轮用，也是钻头打标记的地方，为制造方便直柄麻花钻一般不设颈部。

工作部分包括切削部分和导向部分，切削部分担负着主要切削工作，钻头有两条主切削刃，两条副切削刃和一条横刃，如图3-29所示；螺旋槽表面为钻头的前刀面，切削图3-29 麻花钻的切削部分削刃可视为一正一反安装的两把外圆车刀。

如图中虚线所示。

导向部分有两条对称的螺旋槽和刃带，螺旋槽用来形成切削刃和前角，并起排屑和输送冷却液作用；刃带起导向和修光孔壁的作用；刃带有很小的倒锥，由切削部分向柄部每长度上直径减小，以减小钻头与孔壁的摩擦。

麻花钻的主要几何角度有顶角、前角、后角、横刃斜角和螺旋角，如图3-30所示。

顶角是两条主切削刃在与其平行的平面上投影的夹角，加工钢料和图3-30 标准麻花钻的几何角度铸铁的钻头顶角取为118°±2°。

前角是在剖面（正交剖面P o）内测量的，由于前刀面是螺旋面，因此沿主切削刃上任一点的前角大小是变化的（由+30°到-30°），越靠近钻心，前角越小。

为测量方便，钻头后角规定为在轴向剖面内测量的，主切削刃上各点的后角也是变化的，由钻头外缘向钻心后角逐渐增大。

横刃斜角是在端面投影中横刃与主切削刃之间的夹角，它是刃磨后角时形成的，一般为50°～55°。

后角越大，越小，横刃越长，钻削时轴向力越大。

螺旋角是钻头刃带棱边螺旋线展开成直线后与钻头轴线的夹角，越大，钻削越容易，但过大，会削弱切削刃的强度，使散热条件变差。

标准麻花钻的螺旋角一般取为25°～32°。

由于构造上的限制，钻头的弯曲刚度和扭转刚度均较低，加之定心性不好，钻孔加工的精度较低，一般只能达到IT13～IT11；表面粗糙度也较差，R a一般为50~12.5μm；但钻孔的金属切除率大、切削效率高。

钻孔主要用于加工质量要求不高的孔，例如螺栓孔、螺纹底孔、油孔等。

对于加工精度和表面质量要求较高的孔，则应在后续加工中通过扩孔、铰孔、镗孔或磨孔来达到。

2．扩孔扩孔是用扩孔钻对已经钻出、铸出或锻出的孔作进一步加工（图3-31），以扩大孔径并提高孔的加工质量，扩孔加工既可以作为精加工孔前的预加工，也可以作为要求不高的孔的最终加工。

扩孔钻与麻图3-31 扩孔图3-32 扩孔钻（2）扩孔钻没有横刃、切削条件好；（3）加工余量较小，容屑槽可以做得浅些，钻芯可以做得粗些，刀体强度和刚性较好。

扩孔加工的精度一般为IT11~IT10级，表面粗糙度R a为12.5~6.3。

扩孔常用于直径小于孔的加工。

在钻直径较大的孔时（≥），常先用小钻头（直径为孔径的0.5~0.7倍）预钻孔，然后再用相应尺寸的扩孔钻扩孔，这样可以提高孔的加工质量和生产效率。

扩孔除了可以加工圆柱孔之外，还可以用各种特殊形状的扩孔钻（亦称锪钻）来加工各种沉头座孔和锪平端面，如图3-33所示。

锪钻的前端常带有导向柱，用已加工孔导向。

图3-33 锪钻二、铰孔铰孔是孔的精加工方法之一，在生产中应用很广。

对于较小的孔，相对于内圆磨削及精镗而言，铰孔是一种较为经济实用的加工方法。

1．铰刀铰刀一般分为手用铰刀及机用铰刀两种。

手用铰刀柄部为直柄，工作部分较长，导向作用较好。

手用铰刀又分为整体式（图3-34a）和外径可调整式（图3-34b）两种。

机用铰刀可分为带柄的（图3-34c，为直柄，为锥柄）和套式的（图3-34d）。

铰刀不仅可加工圆形孔，也可用锥度铰刀加工锥孔（图3-34e）。

图3-34 铰刀铰刀由工作部分、颈部及柄部组成。

工作部分又分为切削部分与校准（修光）部分，如图3-35所示。

图3-35 铰刀的结构铰刀切削部分的主偏角对孔的加工精度、表面粗糙度和铰削时轴向力的大小影响很大。

值过大，切削部分短，铰刀的定心精度低，还会增大轴向力；值过小，切削宽度增宽，不利于排屑；手用铰刀值一般取为0.5°~1.5°，机用铰刀值取为5°~15°。

校准部分起校准孔径、修光孔壁及导向作用，增加校准部分长度，可提高铰削时的导向作用，但这会使摩擦增大，排屑困难。

对于手用铰刀，为增加导向作用，校准部分应做得长些；对于机用铰刀，为减少摩擦，校准部分应做得短些。

校准部分包括圆柱部分和倒锥部分，被加工孔的加工精度和表面粗糙度取决于圆柱部分的尺寸精度和形位精度等；倒锥部分的作用是减少铰刀与孔壁的摩擦。

2．铰孔的工艺特点及应用铰孔余量对铰孔质量的影响很大，余量太大，铰刀的负荷大，切削刃很快被磨钝，不易获得光洁的加工表面，尺寸公差也不易保证；余量太小，不能去掉上工序留下的刀痕，自然也就没有改善孔加工质量的作用。

一般粗铰余量取为0.35~0.15mm，精铰取为。

铰孔通常采用较低的切削速度（高速钢铰刀加工钢和铸铁时，＜）以避免产生积屑瘤。

进给量的取值与被加工孔径有关，孔径越大，进给量取值越大，高速钢铰刀加工钢和铸铁时进给量常取为。

铰孔时必须用适当的切削液进行冷却、润滑和清洗，以防止产生积屑瘤并减少切屑在铰刀和孔壁上的粘附。

与磨孔和镗孔相比，铰孔生产率高，容易保证孔的精度;但铰孔不能校正孔轴线的位置误差，孔的位置精度应由前工序保证。

铰孔不宜加工阶梯孔和盲孔。

铰孔尺寸精度一般为IT9～IT7级，表面粗糙度R a一般为3.2~0.8。

对于中等尺寸，精度要求较高的孔（例如IT7级精度孔），钻—扩—铰工艺是生产中常用的典型加工方案。

三、镗孔镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加工方法，镗孔工作既可以在镗床上进行，也可以在车床上进行。

1. 镗孔方式镗孔有三种不同的加工方式。

(1)工件旋转，刀具作进给运动在车床上镗孔大都属于这类镗孔方式（图3-36）。

它图3-36 工件旋转、刀具进给的镗孔方式的工艺特点是：加工后孔的轴心线与工件的回转轴线一致，孔的圆度主要取决于机床主轴的回转精度，孔的轴向几何形状误差主要取决于刀具进给方向相对于工件回转轴线的位置精度。

这种镗孔方式适于加工与外圆表面有同轴度要求的孔。

(2) 刀具旋转，工件作进给运动图3-37a所示为在镗床上镗孔的情况，镗床主轴带动镗刀旋转，图3-37 刀具旋转、工件进给的镗孔方式1—镗杆2—镗刀3—工件4—工作台5—主轴6—拖板7—镗模形对孔的轴向形状精度无影响。

但工作台进给方向的偏斜会使孔中心线产生位置误差。

镗深孔或离主轴端面较远孔时，为提高镗杆刚度和镗孔质量。

镗杆由主轴前端锥孔和镗床后立柱上的尾座孔支承。

图3-37b为用专用镗模镗孔的情形，镗杆与机床主轴采用浮动联接，镗杆支承在镗模的两个导向套中，刚性较好。

当工件随同镗模一起向右进给时，镗刀离左支承套的距离由变为；如果用普通镗刀来镗孔，则镗杆的变形会使工件孔产生纵向形状误差；若改用双刃浮动镗刀（参见图3-40）镗孔，因两切削刃的背向力可以相互抵消，可以避免产生上述纵向形状误差。

在这种镗孔方式中，进给方向相对主轴轴线的平行度误差对所加工孔的位置精度无影响，此项精度由镗模精度直接保证。

图3-38 刀具既回转又进给的镗孔方式1—镗杆2—镗刀3—工件4—工作台5—主轴变化的，镗杆的受力变形也是变化的，镗出来的孔必然会产生形状误差，靠近主轴箱处的孔径大，远离主轴箱处的孔径小，形成锥孔。

此外，镗杆悬伸长度增大，主轴因自重引起的弯曲变形也增大，孔轴线将产生相应的弯曲。

这种镗孔方式只适于加工较短的孔。

2. 高速细镗（金刚镗）与一般镗孔相比，高速细镗的特点是背吃刀量小，进给量小，切削速度高，它可以获得很高的加工精度（IT7～IT6）和很光洁的表面（R a为0.4~0.05）。

由于高速细镗最初是用金刚石镗刀加工，故又称金刚镗；现在普遍采用硬质合金、CBN和人造金刚石刀具进行高速细镗。

高速细镗最初用于加工有色金属工件，现在也广泛用于加工铸铁件和钢件。

高速细镗常用的切削用量为：背吃刀量预镗为，终镗为；进给量为；切削速度加工铸铁时为，加工钢时为，加工有色金属时为。

为了保证高速细镗能达到较高的加工精度和表面质量，所用机床（金刚镗床）须具有较高的几何精度和刚度，机床主轴支承常用精密的角接触球轴承或静压滑动轴承，高速旋转零件须经精确平衡。

此外，进给机构的运动必须十分平稳，保证工作台能做平稳低速进给运动。

高速细镗的加工质量好，生产效率高，在大批大量生产中它被广泛用于精密孔的最终加工。

3. 镗刀按不同结构，镗刀可分为单刃镗刀和双刃镗刀。

单刃镗刀（图3-39）的结构与车图3-39 单刃镗刀a—通孔单刃镗刀b—盲孔单刃镗刀刀类似，只有一个主切削刃。

用单刃镗刀镗孔时，孔的尺寸是由操作者调整镗刀头位置保证的。

双刃镗刀有两个对称的切削刃，相当于两把对称安装的车刀同时参加切削；孔的尺寸精度靠镗刀本身的尺寸保证。

图3-40所示的浮动镗刀是双刃镗刀的一种，镗刀片插在镗杆的槽中，图3-40 浮动镗刀依靠作用在两个切削刃上的背向力自动平衡其位置，可消除因镗刀安装误差或镗杆偏摆引起的误差；但它与铰孔相似，只能保证尺寸精度，不能校正铰孔前孔轴线的位置误差。

4. 镗孔的工艺特点及应用范围镗孔和钻—扩—铰工艺相比，孔径尺寸不受刀具尺寸的限制，且镗孔具有较强的误差修正能力，可通过多次走刀来修正原孔轴线偏斜误差，而且能使所镗孔与定位表面保持较高的位置精度。

镗孔和车外圆相比，由于刀杆系统的刚性差、变形大，散热排屑条件不好，工件和刀具的热变形比较大；因此，镗孔的加工质量和生产效率都不如车外圆高。

综上分析可知，镗孔工艺范围广，可加工各种不同尺寸和不同精度等级的孔，对于孔径较大、尺寸和位置精度要求较高的孔和孔系，镗孔几乎是唯一的加工方法。