孔加工方法概述

孔加工方法

A.目的

熟悉常见孔加工工艺

对孔加工用刀具有大概印象

了解部分新的加工方法

B.概念

实体上的空腔称作孔。可能是圆的，方的，六角的等等。这里只讨论金属切削加工的范畴内的孔加工，即通过旋转的刀具（或工件）来获得孔的方法，所以讨论的对象局限于圆孔。

可用于孔加工的通用机床设备：车床、铣床、镗床、钻床。根据加工工件的外形，所需孔的直径，公差等级，孔深（通孔或圆孔），选择合适的设备和加工方法。

C.实体开孔

1.麻花钻

Φ20以下规格可以选择莫氏柄或者直柄，Φ20以上一般均为莫氏锥柄。

直柄可以选用钻夹头来夹持，三爪钻夹头本身可以在一定范围内调节，可以适应不同规格的直柄钻头，但是夹持精度比较低。

弹簧夹头也可以用来装钻头，但是每一种规格的钻头需要相应规格的卡簧来装夹。

麻花钻材质有普通高速钢、钒高速钢、钴高速钢、粉末冶金高速钢、硬质合金等。高速钢类价格相对比较便宜，韧性好，可用于跳动比较大的场合。硬质合金切削速度快，效率高，但对装夹、冷却和断屑排屑要求很高，一般整体硬质合金装夹后跳动不能超过0.02，否则钻尖容易折断，此外对于长铁屑材料，一般要求内冷，且冷却液压力在10bar以上。

钴高速钢是介于普通高速钢钻头和整体硬质合金钻头之间的一个比较好的解决方案，由于比普通钻头硬度高，更耐磨，所以刃口更耐用，不容易折断；同

时与硬质合金钻头相比，又有很好的韧性，不需要保证严格的跳动。

PVD涂层也能提高高速钢钻头的切削速度和寿命，但是一旦重磨，涂层就不起作用。

由于普通钻头容易产生钻偏、钻斜的现象，所以很多时候需要用中心钻预钻引导孔。因为方便计算，所以一般选用90º锥角的中心钻。预钻的深度根据孔径计算，要求引导孔口部直径小于钻头直径，这样钻头的刃口先开始切削，而不是钻尖或外刃。

整体硬质合金的钻头不能使用预钻孔，因为整硬钻头均为自定心设计，预钻孔会导致孔质量下降甚至钻头损坏。

2.板钻

板钻由钢质刀体和可换刀片组成。刀片材料可以是高速钢或者硬质合金，并带有涂层。专业厂家生产的板钻一般带中心冷却孔，并且可换刀片形式比较多，有的用于钻孔，有的用于锪沉孔，也有用于锪锥孔。

板钻的效率介于高速钢钻头和机夹钻头之间，但同样需要机床的功率比较大，因此在近年来在钻孔方面逐步被机夹钻头取代。

3.机夹钻头（浅孔钻）

大批量条件下最经济最高效的孔加工方法。通常情况需要中心冷却，并却冷却压力足够大。最初称之为浅孔钻是因为其加工孔深局限于5D以内，但是刀具厂家最新的产品能够用机夹钻头加工出9D的孔。

4.铣刀螺旋插补

Φ50以上的浅孔也可以通过铣刀螺旋插补的方式获得。这种方式要求的功率和扭矩比直接选用相应型号的钻头要小很多，因此可以在小型机床上加工大直径的孔，所以在小批量的情况下能减小刀具库存。

一般选用圆刀片铣刀或高进给铣刀（见下图），刀具外径介于D/2和D之间，并选用合适长度的刀杆。刀杆分整体只和模块化，整体式刚性最好，但长度固定。模块化的刀柄可以根据需要接长，比较灵活，常见的接长系统为山特维克的Capto系统和高迈特的ABS系统。

高进给铣刀的切入角度比较小，在45度以下，形成的铁屑比较薄，所以能

承受很高的进给，同时因为主要力分布于轴向，所以震动相对来说比较小。在螺旋插补时，高进给铣刀的切削刃比圆刀片刀盘要小，同时侧面无切削刃，所以需要的功率要比圆刀片刀盘更小。

D.扩孔

1.扩孔钻

扩孔钻与铰刀一样，没有钻尖，不能实体上开孔。

扩孔也可以用普通钻头完成，但普通钻头为两刃，槽长比较大，刚性差。因此不适用于扩质量要求高的孔，而扩孔钻则不同，它可以是3刃、4刃甚至更多，排屑槽比较浅，刚性好很多，所以加工出的孔表面质量比麻花钻扩孔要好。

2.镗刀

一般意义上的镗刀是单刃加工刀具，镗孔等同于内圆车削。新的阶梯镗刀和三刃粗镗刀能大大提高镗孔的效率，但是仅用于粗镗工序。

镗削能精确控制孔的尺寸，并提高表面质量，同时得益于镗刀杆的刚性，镗削能修正斜孔，所以镗削经常作为钻孔的后续工序进行。

镗刀刀片归类于车刀片，但是因为是内孔加工，所以精镗时必须使用正前角刀片。通孔的话可以选用正方形刀片的镗刀，盲孔或阶梯孔则用三角形刀片。3.铣刀插补

由于底孔的存在，更利于排屑。采用预钻孔+螺旋插补本身就是一种比较安全的加工方法。也可以在用圆弧插补的方式孔扩孔（见下图）。

在圆弧插补和螺旋插补均可的情况下，要优先选用螺旋插补，因为螺旋插补编程简单，而且在进给的时候始终保持切削，工况稳定，利于刀具。

出于效率考虑，选用圆刀片铣刀和高进给铣刀。

E.沉孔（正面）加工

1.沉孔锪刀（平底锪刀）

平底沉孔锪刀与扩孔钻类似，用于钻孔后工序。其用于为安装螺栓提供一个精度比较高的平面。刀具前端一般带导柱，作进给导向用。导柱有整体和可拆卸式。

2.镗刀

自行修磨的高速钢车刀装在通孔镗刀杆上也能很方便的加工沉孔。

3.铣刀

螺旋插补或者圆弧插补均可，选用方肩铣刀。

当沉孔深度小于刀具AP时，可以采用圆弧插补，进刀时采用圆弧切入更好。

当深度大于AP时，优先采用螺旋插补，并在插补结束后增加一圈进给将底面修平。也可以选用圆刀片铣刀，采用高进给的方式去除大部分余量，然后用方肩铣刀清根。

F.孔口倒角

1.阶梯钻头

钻孔加倒角一次完成，适用于批量较大的螺纹底孔加工。

2.中心钻

中心钻的槽长比普通钻头要小，因此刚性要好很多，在钻定心孔和倒角时不容易引偏。

3.倒角铣刀

有整体式和机夹式，见下图。通过圆滑插补的方法在棱角处生成倒角。

4.锪钻

锥形锪钻用于加工螺钉的埋头孔。但也有不同锥角

可供选择，常见为60°、90°和120°。其与倒角铣

刀的差别在于，倒角铣刀可以横向进给走轮廓轨迹，而

锪钻只能轴向进给。

G.销孔加工

1.铰孔

铰孔的目的是精确控制孔的尺寸并提高孔的表面质量。高速钢铰刀在轴向进给的时候会跟随底孔的轴线前进，所以并不能校正斜孔，此时可以在铰削前增加镗孔工序以修正斜孔。

铰刀是多刃刀具，按排屑槽种类分为直槽铰刀和螺旋铰刀。尺寸比较小的一般做成整体式，尺寸大些的做成套式。

手用铰刀的前端引锥比较长，方便手动进入，机用铰刀引锥很短。

铰孔的底孔有严格要求，铰削余量不能太大，否则拍屑困难，加工出的孔表面质量不理想。余量也不能太小，小于0.1mm时有可能造成铰刀刃口与孔表面摩擦，影响铰刀寿命。

铰刀也有硬质合金材质，可用于加工耐热高硬度工件，整体式硬质合金铰刀需要刚性装夹，所以用热胀刀柄或液压刀柄，并需要保证跳动量很小。

2.镗孔

最通用的销孔加工方法。

H.螺纹孔加工

1.丝锥攻丝

习惯上将一般的直槽丝锥（hand taps）称为手用丝锥，但其广泛用于手攻和机机床加工丝锥的场合，是应用范围最广的丝锥型式。直槽丝锥的加工切削力比较大，因而一般用于小直径、易断屑的场合。大直径直槽丝锥一般分2-3锥，首锥引锥长，便于分散切削力，一般用于通孔或二锥和三锥的前序加工；二锥锥度短，一般为3-5个螺距，可用于通孔或不要求攻到底部的盲孔，最为常见；三