钻孔扩孔锪孔加工工艺编程.docx
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钻孔扩孔锪孔加工工艺编程
6．4钻孔、扩孔、锪孔加工工艺编程
6．4．1实体上钻孔加工
用钻头在实体材料上加工孔的方法，称为钻孔。
钻削时，工件固定，钻头安装在主轴上做旋转运动（主运动），钻头沿轴线方向挪动（进给运动）。
在实体上钻孔刀具有普通麻花钻、可转位浅孔钻及扁钻等。
1．实体上钻孔加工刀具
⑴麻花钻
麻花钻是一种使用量很大的孔加工刀具。
钻头主要用来钻孔，也可用来扩孔。
麻花钻如图6-4-1（a）所示，柄部用于装夹钻头和传递扭矩,工作局部进展切削和导向。
图6-4-1麻花钻
①柄部:
根据柄部不同，麻花钻有莫氏锥柄和圆柱柄两种。
直径为0.1～20㎜的麻花钻多为圆柱柄，可装在钻夹头刀柄上（如图6-4-1a所示）。
直径为8～80mm的麻花钻多为莫氏锥柄，可直接装在带有莫氏锥孔的刀柄内，刀具长度不能调节（如图6-4-1b所示）。
中等尺寸麻花钻两种形式均可选用。
②工作局部
工作局部又分为导向局部及切削局部。
导向局部:
麻花钻导向局部起导向、修光、排屑和输送切削液作用，也是切削局部的后备。
切削局部:
如图6-4-1d所示：
麻花钻的切削局部有两个主切削刃、两个副切削刃和一个横刃。
两个螺旋槽是切屑流经的外表，为前刀面；与孔底相对的端部两曲面为主后刀面；与孔壁相对的两条刃带为副后刀面。
图6-4-2钻引正孔刀具
为了进步麻花钻钻头刚性，应尽量选用较短的钻头，但麻花钻的工作局部应大于孔深，以便排屑和输送切削液。
2．钻引正孔刀具
在加工中心上钻孔，因无夹具钻模导向，受两切削刃上切削力不对称的影响，容易引起钻孔偏斜，因此一般钻深控制在直径的5倍左右之内。
一般在用麻花钻钻削前，要先用中心钻，或刚性好的短钻头，打引正孔，用以准确确定孔中心的起始位置，并引正钻头，保证Z向切削的正确性。
如图6-4-2所示刀具为常用于钻削引正孔的刀具，图6-4-2a是中心孔钻头，图6-4-2b刀尖角为一定角度的点钻，图6-4-2c是球头铣刀，球头面上具有延伸到中心的切削刃。
引正孔钻到指定深度后，不宜直接抬刀，而应有孔底暂停的动作，对引导面进展修磨〔常常用G82循环加工引正孔〕。
3．供给冷却液的钻头
在实体材料上加工孔时，钻头处于封闭的状态下进展切削，传热、散热困难，为此，一些钻削刀具设计成钻头切削部为耐高温的硬质合金，并且钻头设计有一个或两个从刀柄通向切削点的孔，供给冷却液，钻头工作时，压缩空气、油或切削液要流入钻头。
这种设计使得钻头在排屑的同时，切削点和工作区域得到冷却。
钻深孔时这种钻头特别有用。
供给冷却液的钻头，见图6-4-3（a）。
4．扁钻
扁钻由于构造简单、刚性好及制造本钱低，近年来在自动线及数控机床上也得到广泛应用。
图6-4-3硬质合金刀尖钻头、扁钻、可转位硬质合金钻头
整体式扁钻主要用于加工小尺寸的浅孔，特别是加工φ0.03～O.5mm的微孔。
装配式扁钻，见图6-4-3（b），由两局部组成：
扁钻刀杆和用镙钉安装到刀杆的扁钻刀片，用于加工大尺寸的浅孔。
一般来说，当钻直径超过25mm的浅孔时，扁钻要比麻花钻更具优势。
因为标准装配式扁钻刀杆可适用于多种刀片直径，扁钻上的磨损刀片可以重新磨刃，也可以直接更换新刀片。
扁钻刀片有齿槽构造，起到断屑作用，有利于切屑的排除。
扁钻钻孔时弯曲较小，因此加工出的孔精度会更高。
扁钻往往通过一次进给就加工出孔，不需要钻中心孔或通过屡次钻孔来逐渐扩大孔尺寸。
为合理地使用扁钻，用扁钻钻孔时机床提供的扭矩要比用标准麻花钻钻孔时所用扭矩高50％以上，同时，还需要进步工艺系统刚度。
大多数扁钻钻孔时，需要有流向刀具的冷却液，以便散热并排屑。
因此，扁钻通常需要有高压冷却系统。
扁钻的钻孔深度受到一定的限制，不适宜用于较深孔的加工，这是因为扁钻上没有用于排屑的镙旋槽。
5．可转位硬质合金钻头
可转位硬质合金刀片钻头，见图6-4-3（c），代表了CNC钻孔技术开展的最新成就。
可转位硬质合金刀片钻头有时用来代替高速钢麻花钻，其钻孔速度要比高速钢麻花钻的钻孔速度高很多，适用于钻直径为16～80mm的孔。
可转位硬质合金刀片钻头具有扁钻的全部优点，同时还可以更换（或换位）刀片。
用这种钻头钻孔时的进给速度可以是麻花钻或扁钻的5～10倍。
钻头的刚性很好，可保证钻孔的精度，有易于排屑的容屑槽，孔加工质量好，外表粗糙度一般可达Ra6.3～3.2μm。
硬质合金刀片钻头需要较大的加工功率和流向刀具的高压冷却系统。
硬质合金刀片还允许加工较硬的材料。
用可转位硬质合金刀片钻头在实体工件上钻孔，加工孔的长径比宜控制在4︰1以内。
2．实体上钻孔加工特点、方法
在实体材料上加工孔时，钻头是在半封闭的状态下进展切削的，散热困难，切削温度较高，排屑又很困难。
同时切削量大，需要较大的钻削力，钻孔容易产生振动，容易造成钻头磨损。
孔加工精度较低。
在工件实体钻孔，一般先加工孔口平面，再加工孔，刀具在加工过的平面上定位，稳定可靠，孔加工的编程数据容易确定，并能减小钻孔时轴线歪斜程度。
在加工中心上，用麻花钻钻削前，要先打引正孔，防止两切削刃上切削力不对称的影响，防止钻孔偏斜。
对钻削直径较大的孔和精度要求较高的孔，宜先用较小的钻头钻孔至所需深度Z，再用较大的钻头进展钻孔，最后用所需直径的钻头进展加工，以保证孔的精度。
在进展较深的孔加工时，特别要注意钻头的冷却和排屑问题，一般利用深孔钻削循环指令G83进展编程，可以工进一段后，钻头快速退出工件进展排屑和冷却，再工进，再进展冷却断续进展加工。
3．选择钻削用量的原那么
在实体上钻孔时，背吃刀量由钻头直径所定，所以只需选择切削速度和进给量。
图6-4-2（c）为钻削用量示意图。
对钻孔消费率的影响，切削速度和进给量是一样的；对钻头寿命的影响．切削速度比进给量大；对孔的粗糙度的影响，进给量比切削速度大。
综合以上的影响因素，钻孔时选择切削用量的根本原那么是；在保证外表粗糙度前提下，在工艺系统强度和刚度的承受范围内，尽量先选较大的进给量，然后考虑刀具耐用度、机床功率等因素选用较大的切削涑度。
⑴切削深度的选择：
直径小于30mm的孔一次钻出；直径为30～80mm的孔可分为两次钻削，先用（0.5～0.7）D的钻头钻底孔（D为要求的孔径），然后用直径为D的钻头将孔扩大。
这样可减小切削深度，减小工艺系统轴向受力，并有利于进步钻孔加工质量。
⑵进给量的选择：
孔的精度要求较高和粗糙度值要求较小时，应取较小的进给量；钻孔较深、钻头较长、刚度和强度较差时，也应取较小的进给量。
⑶钻削速度的选择：
当钻头的直径和进给量确定后，钻削速度应按钻头的寿命选取合理的数值，孔深较大时，钻削条件差，应取较小的切削速度。
高速钢麻花钻的进给量选用可参考表6-4-1；高速钢麻花钻的切削速度选用可参考表6-4-2。
表6-4-1高速钢麻花钻的推荐进给量
钻头直径
钢σb／MPa
铸铁／HB
900以下
900～1100
1100以上
<170
>170
进给量㎜／r
进给量㎜／r
2
0.025～0.05
0.02～O.04
O.015～0.03
4
0.045～0.09
0.04～O.07
0.025～0.05
6
0.080～0.16
O.055～0.11
0.045～0.09
8
0.10～0.20
0.07～O.14
O.06～0.12
10
0.12～0.25
O.10～0.19
O.08～0.15
0.25～0.45
0.20～0.35
12
0.14～0.28
O.11～0.21
0.09～O.17
0.30～0.50
0.20～0.35
16
O.17～0.34
O.13～0.25
O.10～0.20
0.35～0.60
O.25～0.40
20
0.20～O.39
0.15～0.29
0.12～0.23
0.40～0.70
0.25～0.40
23
0.45～0.80
0.30～0.45
24
0.22～0.43
0.16～0.32
0.13～0.26
26
0.50～0.85
0.35～0.50
28
O.24～0.49
O.17～0.34
O.14～0.28
29
0.50～O.90
0.40～0.60
30
0.25～0.50
O.18～0.36
0.15～0.30
35
O.27～0.54
0.20～0.40
O.16～0.32
表6-4-2高速钢麻花钻的推荐切削速度
加工材料
硬度／HB
切削速度vm/s（m/min）
低碳钢
100～125
125～175
175～225
0.45（27）
0.40（24）
0.35（21）
中、高碳钢
125～175
175～225
225～275
275～325
0.37（22）
0.33（20）
0.25（15）
0.20（12）
合金钢
175～225
225～275
275～325
325～375
0.30（18）
0.25（15）
0.20（12）
0.17（10）
高速钢
200～250
0.22（13）
灰铸铁
100～140
140～190
190～220
220～260
260～320
0.55（33）
0.45（27）
0.35（21）
0.25（15）
0.15（9）
铝合金、镁合金
1.25～1.50（75～90）
铜合金
0.33～0.80（20～48）
4．钻孔时的冷却和光滑
钻孔时，由于加工材料和加工要求不一，所用切削液的种类和作用也不一样。
⑴钻孔一般属于粗加工，又是半封闭状态加工，摩擦严重，散热困难，加切削液的目的应以冷却为主。
⑵在高强度材料上钻孔时，因钻头前刀面要承受较大的压力，要求光滑膜有足够的强度，以减少摩擦和钻削阻力。
因此，可在切削液中增加硫、二硫化钼等成分，如硫化切削油。
⑶在塑性、韧性较大的材料上钻孔，要求加强光滑作用，在切削液中可参加适当的动物油和矿物油。
⑷孔的精度要求较高和外表粗糙度值要求很小时，应选用主要起光滑作用的切削液。
6．4．2扩孔加工
用扩孔工具（如扩孔钻）扩大工件铸造孔和预钻孔孔径的加工方法称为扩孔。
用扩孔钻扩孔，可以是为铰孔作准备，也可以是精度要求不高孔加工的最终工序。
钻孔后进展扩孔，可以校正孔的轴线偏向，使其获得较正确的几何形状与较小的外表粗糙度值。
扩孔的加工经济精度等级为IT10～IT11，外表粗糙度Ra值为6.3～3.2μm。
1．用麻花钻扩孔
假设孔径较大或孔面有一定的外表质量要求，孔不能用麻花钻在实体上一次钻出，常用直径较小的麻花钻预钻一孔，然后用修磨的大直径麻花钻进展扩孔。
由于扩孔时防止了麻花钻横刃切削的不良影响，扩孔时可适当进步切削用量，同时，由于吃刀量的减小，使切屑容易排出，孔的粗糙度可减小。
用麻花钻扩孔时，扩孔前的钻孔直径为所扩孔径的50％～70％，扩孔时的切削速度约为钻孔的1／2，进给量为钻孔的1.5～2倍。
2．用扩孔钻扩孔
为进步扩孔的加工精度，预钻孔后，在不改变工件与机床主轴互相位置的情况下，换上专用扩孔钻进展扩孔。
这样可使扩孔钻的轴心线与已钻孔的中心线重合，使切削平稳，保证加工质量。
扩孔钻对已有的孔进展再加工时，其加工质量及效率优于麻花钻。
图6-4-4扩孔钻
专用扩孔钻通常有3～4个切削刃，主切削刃短，刀体的强度和刚度好，导向性好，切削平稳。
扩孔钻刀体上的容屑空间可通畅地排屑，因此可以扩盲孔。
对于在原铸孔、锻孔上进展扩孔，为进步质量，可先用镗刀镗出一段直径与扩孔钻一样的导向孔，然后再进展扩孔。
这样可使扩孔钻在一开场进展扩孔时就有较好的导向，而不会随原有不正确的孔偏斜。
扩孔钻的构造有高速钢整体式，见图6-4-4（a）；镶齿套式，见图6-4-4（b）；镶硬质合金套式，见图6-4-4（c）。
3．扩孔的余量与切削用量
扩孔的余量一般为孔径的1／8左右，对于小于φ25mm的孔，扩孔余量为1～3mm、较大的孔为3～9mm。
扩孔时的进给量大小主要受外表质量要求限制，切削速度受刀具耐用度的限制。
图6-4-5锪钻的加工
6．4．3锪孔加工
锪钻它是用来加工各种沉头孔和锪平孔口端面的。
锪钻通常通过其定位导向构造〔如，导向柱〕来保证被锪的孔或端面与原有孔的同轴度或垂直度要求。
1．锪钻简介
锪钻一般分柱形锪钻、锥形锪钻和端面锪钻三种。
⑴柱形锪钻
锪圆柱形埋头孔的锪钻称为柱形锪钻，其构造如图6-4-5a所示。
柱形锪钻起主要切削作用的是端面刀刃，螺旋槽的斜角就是它的前角（γ0=β0=15°），后角α0=8°。
锪钻前端有导柱，导柱直径与工件已有孔为严密的间隙配合，以保证良好的定心和导向。
一般导柱是可拆的，也可以把导柱和锪钻做成一体。
⑵锥形锪钻
锪锥形埋头孔的锪钻称为锥形锪钻，其构造如图6-4-5b所示。
锥形锪钻的锥角按工件锥形埋头孔的要求不同，有60°、75°、90°、120°四种，其中90°的用得最多。
锥形锪钻直径在12～60mm之间，齿数为4～12个，前角γ0=0，后角α0=6°～8°。
为了改善钻尖处的容屑条件，每隔一齿将刀刃切去一块。
⑶端面锪钻
专门用来锪平孔口端面的锪钻称为端面锪钻，如图6-4-5c所示。
其端面刀齿为切削刃，前端导柱用来导向定心，以保证孔端面与孔中心线的垂直度。
2．锪孔工作要点
锪孔时存在的主要问题是所锪的端面或锥面出现振痕。
锪孔时应注意以下事项：
锪孔时，进给量为钻孔的2～3倍，切削速度为钻孔的1/3～l／2。
⑴尽量选用较短的钻头来改磨锪钻，并注意修磨前面，减小前角，以防止扎刀和振动。
还应选用较小后角，防止多角形。
⑵锪钢件时，因切削热量大，应在导柱和切削外表加切削液。
⑶精锪时，往往用较小的主轴的转速来锪孔，以减少振动而获得光滑外表。
高速钢、硬质合金锪钻切削用量选用可参考表6-4-3。
表6-4-3高速钢、硬质合金锪钻切削用量选用参考
材料
高速钢锪钻
硬质合金锪钻
进给量〔mm/r〕
切削速度〔m/s）
进给量〔mm/r〕
切削速度〔m/s）
铝
黄铜
软铸铁
软钢
金合钢及工具钢
0.13～0.38
0.13～0.25
0.13～0.18
0.08～0.13
0.08～0.13
2.0～4.08
0.75～1.50
0.62～0.72
O.38～0.43
0.20～0.40
0.15～0.30
O.15～O.30
0.15～0.30
0.10～0.20
0.10～0.20
2.50～4.08
2.0～3.50
1.50～1.78
1.25～1.50
0.92～1.0
6．4．4孔加工工艺编程实例
1．工件孔加工要求分析
材料：
45#钢，正火处理
图6-4-6需要孔切削加工的工件图样
如图6-4-6零件，毛坯尺寸：
120×80×40，材料为45钢，正火处理，已完成120×80侧面轮廓、底平面、上外表、台阶及椭长圆轮廓加工，现需要加工：
①钻削加工4×φ12，保证尺寸公差IT11，并有如以下图的孔距位置精度要求，外表质量到达Ra6.3的要求，孔口面有C1.5的倒角；
②钻削加工φ16H10的通孔加工，孔面到达Ra3.2的外表质量要求，并在此根底上加工。
φ24深10的沉头孔。
2．加工方法分析
⑴通孔4×φ12及孔口倒角加工分析：
由于4×φ12的孔尺寸公差IT11，外表Ra6.3的要求，用先打引正孔→钻头钻孔加工方法就可以了，加工步骤及刀具选择如下：
1引正孔：
φ18钻尖为90°的点钻打引正孔，并完成孔口倒角；用G82孔加工循环。
2钻孔：
4×φ12麻花钻头钻通孔，用G81孔加工循环。
⑵通孔φ16H10的通孔及φ24沉头孔加工工艺分析：
φ16的通孔加工，有H10尺寸精度、外表Ra6.3的要求，φ24沉头孔为一般加工要求，选择加工过程：
φ18钻尖为90°的点钻打引正孔→φ12麻花钻头钻通孔→φ16扩孔钻扩孔→φ24锪孔钻加工沉头孔。
钻引正孔、锪孔钻加工沉头孔用G82孔加工循环，φ12麻花钻头钻通孔、φ16扩孔钻扩孔用G81孔加工循环。
3．切削用量的计算
零件材料为45钢。
⑴T01为φ18钻尖为90°的点钻，刀具材料高速钢，进给量0.10mm/r，切削速度v=20m/min，那么，主轴转速S=318v/D=318×20÷18≈350r/min；进给速度F=S×f=350×0.1=35mm/min
⑵T02为直径12mm麻花钻头，刀具材料高速钢，进给量0.1mm/r，切削速度v=20m/min那么，S=318×20÷12≈550r/min；F=S×f=550×0.1=55mm/min
⑶T03为直径16mm扩孔钻，刀具材料高速钢，进给量0.2mm/r，切削速度v=15m/min那么，S=318×15÷16≈300r/min；F=S×f=300×0.2=60mm/min。
⑷T04为φ24锪孔钻，刀具材料高速钢，进给量0.2mm/r，切削速度v=15m/min那么，S=318×15÷24≈200r/min；F=S×f=200×0.2=40mm/mi。
以上工艺总结成工序卡，见表6-4-4
表6-4-4孔加工工序卡
顺序
加工内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
（r/min）
进给速度
（mm/min）
补偿号
1
引正孔
T1
φ18钻尖为90°的点钻
350
35
H01
2
钻5×φ12孔
T2
直径12mm麻花钻头
550
55
H02
3
扩φ16mm的孔
T3
直径16mm扩孔钻
300
60
H03
4
锪φ24mm的孔
T4
φ24锪孔钻刀
200
40
H04
4．工件坐标系及坐标值：
工件长、宽向设计基准分别在左右、前后的对称面，设定X、Y向工件零点在工件对称中心，Z向零点设在距底面40㎜上外表。
工件坐标系如图6-4-6设定。
⑴各孔X、Y位置直角坐标如下：
孔号
1
2
3
4
5
直角坐标
X=33
Y=30
X=-33
Y=30
X=-33
Y=-30
X=33
Y=-30
X0
Y0
⑵孔加工循环的高度值选择〔以下Z值为相对工件Z0的绝对值〕
①各刀初始平面高度：
上外表上方50㎜。
Z向R面高度：
孔口外表上方5㎜。
②孔底高度：
φ18钻尖为90°的点钻，钻削深度：
Z=－10－1.5-6=－17.5
使用φ12的标准麻花钻加工通孔，深度为Z－40㎜。
假设考虑1180～1200的刀尖角，就需要在指定深度上加上0.3×12≈4㎜，Z向深度为：
Z=－40－4=－44㎜。
〔0.3是比tan300/2稍大的经历系数〕
扩φ16孔钻深至Z-45；
锪孔深度：
Z-10。
5．孔加工程序填写
加工程序编制如下：
O6401；〔程序号〕
（T01—18mm直径的点钻～900）
G21G17G40G80T01；
T01M06；
G90G54G00X0Y0S350M03T02；
G43Z50.0H01M08；
G99G82R5.0Z-8.0P100F35；
G98R-5Z-17.5M98P6402；
G80Z50.0M09；
G49G28M05；
M01；
（T02——12mm直径钻头）
T02M06；
G90G54G00X0Y0S550M03T03；
G43Z50.0H02M08；
G99G81R5.0Z-45.0P100F55；
G98R-5M98P6402；
G80Z50.0M09；
G49G28M05；
M01
（T03——直径16mm扩孔钻）
T03M06；
S300M03；
G90G54G00X0Y0T04；
G43Z50.0H03M08；
G99G81R5Z-45F60；
G80Z50.0M09；
G49G28M05；
M01
（T04——φ24锪孔钻）
T04M06
G90G54G00X0Y0S200M03；
G43Z50.0H04M08；
G99G82R5Z-10.0P1000F40；
G80Z50.0M09；
G49G28M05；
M30；
O6402；（1#、2#、3#、4#孔的点定位子程序）
G90X33Y30；
X-33Y30；
X-33Y-30；
X33Y-30；
M99
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