浅析镗床加工小直径深孔方法

常松

摘 要：通过对普通卧式镗床加工方法的比较，结合各切削方法的优劣点，并针对小直径深孔的具体状况，制定出合理的加工工艺方法，文中通过对具体实例的加工，提供了一种在普通卧式镗床加工出较高精度的小直径深孔的方法。

关键词：深孔加工;普通镗床;工艺方法

中圖分类号：TG53 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）07-0100-02

0 前言

深孔是指孔的长度与孔的直径比大于5的孔，深孔加工中普通深孔大多数情况下深径比会超过100，如常见的油缸孔、主轴的轴向油孔等。这些深孔中，有些要求加工尺寸精度和表面质量较高，有些被加工材料的切削加工性能较差，成为了生产加工中一个常见的难题。深孔的加工有很多的不利因素，比如孔深不能看到加工时的状况，只能凭操作者的经验来判断具体情况，看断屑大小及颜色、听刀具切削时的杂音变化、手摸感觉工件局部升温等手段不好具体把控加工精度，还有就是孔深排屑的问题，如果不能控制断屑的形状和长度，就会造成切屑堵塞，损伤刀具和孔壁，还有就是刀杆直径的选用受加工孔径的限制较大，刀杆的直径越小，长度越长，刀杆刚性和强度就越差，加工时会造成刀杆发颤、加工孔壁有波纹等状况，使深孔的尺寸精度、形位公差及表面粗糙度难以保证。因此深孔的深径比比值越大，加工精度要求越高，深孔加工难度就越大。

1 镗床加工的工艺特点比较

在机械加工制造企业中，普通卧式镗床是一种比较常见的多功能机床。下面就普通卧式镗床加工小直径深孔的工艺方案做些简单分析。对镗床来说，有多种切削手段来完成深孔加工，但最主要是钻削、扩孔、镗削、铰削等，在生产加工中，这几种切削方法都有其各自的特点：

1.1 钻削

普通镗床钻削多使用麻花钻，麻花钻是制造业中最常用的钻孔工具，在其钻孔时，一次连续进给可钻出的孔深，一般不超过孔径的3-5倍就必须退刀排屑，避免切削刃升温、切屑阻塞而损伤钻头和工件。钻孔的深度如继续加大，钻头退刀排屑次数也要增加。因此，麻花钻虽然被公认为是钻孔工效很高的刀具，但钻深孔时必须频繁的进刀、退刀，有时要对钻头和孔进行冷却润滑，导致工效降低。由于麻花钻长度较长，钻芯直径小而刚性差，又有横刃的影响，使其多用于粗加工内孔，除效率较高外，还主要存在以下缺陷：（1）因钻头的刃磨、钻孔时抗力大，容易导致钻头因受力不均使孔钻容易向受力小的方向偏;（2）因钻头的刚性差，尤其深孔加工时，钻头容易弯曲，导致轴线偏移;（3）孔径容易扩大。钻头两切削刃径向力不等、钻头的径向跳动等会造成孔径扩大;（4）钻孔属于粗加工，可达到的尺寸公差等级为IT13～IT11。因为钻孔时切屑较宽，在螺旋槽内排出时与孔壁发生挤压而损伤已加工孔，导致孔表面粗糙度较差，表面粗糙度值一般只能达到Ra50～12.5μm。

1.2 扩孔

扩孔是指用扩孔钻对工件已有的毛坯孔或已加工孔进行扩大加工的切削方法。扩孔可以进一步提高孔的加工精度和降低表面粗糙度值，尺寸公差等级可以达到IT11～IT10，表面粗糙度值可以达到Ra12.5～6.3μm。扩孔属于半精加工手段，经常作为铰削的前一步工序，而深孔加工也多采用扩孔钻来进行孔的半精加工。扩孔加工的特点如下：

（1）刚性和导向性相对增加。因在原有孔的基础上扩孔，背吃刀量及切屑量都较小，扩孔钻的容屑槽相比较钻头螺旋槽就比较浅，芯部直径也相对较大，刚性较好。麻花钻一般只有2个刀齿，而扩孔钻一般是3-4个刀齿，棱边多，导向性相对钻削也有所增强;（2）切削精度和效率较高。切削量小，排屑顺畅，不会挤压加工面降低粗糙度;径向切削力小，没有横刃，可采用较大的进给量;（3）扩孔钻分为整体式和套装式两种类型。整体式结构有利于控制孔轴线与孔端面与的垂直度;而套式结构则有利于孔的端面加工，还可用麻花钻改制。与钻削孔相比，扩孔加工的尺寸精度高，加工表面质量较好，还能对钻削孔的轴线误差进行小幅度修正。

1.3 镗削

镗孔是镗床常用的孔加工方法，镗削是利用刀具对圆形内径或端面进行切削的一种工艺方法，常见的刀具一般为单刃镗刀（称为镗杆），其加工范围广泛，涵盖半粗加工到精加工，比较其他的孔切削方法，有相对很高的尺寸精度和形位精度。但在深孔的加工中，镗刀杆的直径和长度受工件的孔径和孔深的限制，使镗杆的刚性受影响，从而使直线度和表面粗糙度受到影响。镗孔时，其尺寸公差等级为IT8～IT6级，表面粗糙度为3.2～1.6μm。镗削孔的主要特点有：

（1）加工范围广，镗刀的刀具系统简单方便，容易操作，不仅可以加工不同直径的孔，还能加工钻削、扩孔、铰削所不能加工的孔，如交叉孔、同轴孔、斜孔等;（2）镗削能校正由于钻削、扩孔而造成的轴线偏差、圆度偏差等，提高孔的形位精度和尺寸精度，降低钻削、扩孔后的表面粗糙度;（3）位置精度高。利用机床拉距离，镗削可以保证孔与面、孔与孔之间的相互位置关系，这是钻削、扩孔不具备的能力;（4）主要缺点是工效低。因为镗削加工时刀杆的刚性较差，切削用量也较小，降低了生产效率，另外调整刀具和对刀时间较多，也制约了生产效率的提高。

1.4 铰削

铰削是铰刀从工件孔壁上切除微量金属层，以达到精确的孔径、圆度以及较好的表面质量的一种切削方法。其加工精度可达IT9～IT7，表面粗糙度值为Ra1.6～0.8μm，属于孔的精加工方法之一，常用作加工精密的圆柱孔和锥孔，加工孔径范围一般为3～100毫米。铰削有以下特点：

（1）因加工余量小，铰刀常为浮动联接，在钻杆上安装铰刀头。铰孔不能校正已有孔的轴线误差，也不能用铰刀铰孔的方式来保证位置精度。（2）铰孔的加工精度主要取决于铰刀的径向尺寸及其联接安装方式、还有被加工内孔的加工余量、铰刀切削量、以及切削液的选用等，而不仅仅取决于机床的加工性能。（3）精加工内孔时铰刀刃长而且刀齿同时切削，精度好，工效高，应用较广。

2 实例分析

合理的深孔加工工艺方法很大程度上决定着产品的合格与否，下面就车间普通卧式镗床的特点，结合某工件实例，来浅析普通卧式镗床上加工小直径深孔方法。

图纸要求及来料状况;工件材質为ZG270-500钢料，已调质到HBS220-260，加工端面已车平。工件在非中心位置处需要加工直径为φ50H7（+0.025-0），深度为450mm的长孔，孔端有止口φ60，深10mm。并按图纸要求划线确定加工位置，在并加工面打上冲点。

工艺方法：

（1）准备工作，按线找平找正，将工件垫平、压紧，然后找正加工孔圆线;（2）钻孔。钻孔前先用样冲将划线时所留冲眼再扩大一些，以方便钻头尖顺利落入，控制钻头钻孔时不会偏离孔中心，然后用短钻头在冲点位置处扩大冲点定位，钻孔深为200mm，换φ32加长钻头钻通做底孔用，钻孔时进给力不要太大，以免使钻孔轴线歪斜。钻深孔时要经常退刀排屑，一般钻到孔径3倍左右，就要退刀排屑，钻的越深，排屑频率就要越大，避免钻头因为切屑堵塞在容屑槽内而折断，钻孔过程中加注足够的冷却润滑液，使钻头散热、冷却、减少摩擦，提高孔的加工质量和延长钻头的使用寿命;（3）扩孔。先用短钻头将孔扩至φ40大，200mm深，然后用换镗刀将孔扩至φ42±0.1，深200，再换φ42加长钻头把孔从200深处钻通，接着重复操作，将孔扩至φ48，如果中间麻花钻所钻的孔与轴线偏移较多，应多增加一次重复操作，这样一是为了快速去除余量，提高加工效率，二是利用镗刀定位，使后面的加长钻头有一段导向孔，起到一定的纠偏作用，三是有足够的时间来消除热变形及残余加工应力的影响;（4）镗孔。选用直径在φ40-φ45，长度不超过300mm的镗刀杆，镗杆直径受加工孔径限制，太大排屑困难，直径太小或长度太长则刀杆发颤，不利于加工，因此镗孔深度一般控制到300mm左右，剩余孔深的加工则选用扩孔钻。可以将孔镗成阶梯状，来减少后面的加工量和保证轴线精度，如孔镗成300深φ49，200深φ49.5，利用镗床较好的直线度和形位精度，来控制孔与其余各处的位置精度，也使下一步扩孔时处在一个比较理想的状态，减少加工余量;（5）扩孔。选用或改制φ49±0.1、φ49.5±0.1的两种规格的套式扩孔钻，分别从300mm、200mm深处把孔扩为φ49.5±0.1，扩孔钻利用镗床已加工好的阶梯孔有利于纠偏和减少加工量，此时已将孔半精加工为φ49.5±0.1的通长孔，为下一步铰孔精加工做好准备;（6）铰孔。首先选用铰刀，一般标准铰刀公差都在H7-H9之间，按照工件要求，自行改制。铰孔前所留的铰削余量是否合适，直接影响到铰孔后的精度和粗糙度。余量过大，铰削时吃刀太深，孔壁不光，而且铰刀容易磨损;余量太小，上道工序留下的刀痕不易铰去达不到铰孔的要求。通常对于IT9～IT8级的孔可一次性铰出，对IT7级以上的孔应分两次铰出（粗铰和精铰），对于孔径大于20mm的孔，可先钻孔，再扩孔，然后铰孔。按此工件孔要求需要分粗、精铰，一次铰余量控制为0.3 -0.4mm，二次铰精铰余量为0.15-0.25mm，粗铰刀直径选用φ49.85，精铰刀直径选用φ50。其次，铰刀修磨时要注意棱边不能太宽，棱边宽度主要起定向、修光孔壁、保证铰刀直径和便于测量的作用，棱边太宽会使铰刀与孔会摩擦增大，工作时发出吱吱声，造成壁面不光或滑沟。第三铰孔的孔径还受到铰刀刀齿的对称、铰刀的联接方式、选用的冷却液、铰量大小等因素的影响，使孔的直径与铰刀直径有偏差。所有，为了保证工件要求在精铰刀之前应先进行试铰，确定铰刀径向精度和粗糙度。第四铰孔过程中应采用切削液冷却。通过对比得知，干铰后孔径比铰刀的直径最大，其次选用切削液（油）后铰出的孔径也会大一些，而选用水溶性切削液（乳化液）铰出的直径则要稍微小一些。另外，用水性溶液加工的孔光洁度最好，油次之，干铰孔最差。在加工本工件时，我们选用水溶性切削液，主要因为水溶性切削液渗透性好强，冷却效果好，还有就是铰出的孔比铰刀稍微小些，有导向效果。第五在铰孔过程中，如果铰刀转不动，不要硬转，应小心地抽出铰刀检查铰刀是否被切屑卡住，免得划伤孔壁。（7）镗孔，选用合适刀杆，用已铰孔找正，径向跳到小于0.03，加工出φ60止口，并孔端倒角。

3 结语

深孔加工在实际操作中有很多难点，但通过以上分析，结合普通卧式镗床及实例的特点，编制合理的工艺方案，选用恰当的刀具及冷却液，在排屑、冷却上进行控制，就能基本保障工件的精度要求，利用镗床加工出合格的小直径深孔工件，并提高效率，控制成本。

参考文献

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