螺旋铣孔的优势及应用分析

秦卫伟， 洛亮亮， 董庆丰

（1.山西工程职业学院， 山西 太原 030009； 2.太重煤机有限公司， 山西 太原 030032；3.中车太原机车有限公司， 山西 太原 030024）

1 孔加工存在的问题

孔加工是机械加工领域中常见的切削加工工艺方法，是零件加工几何要素中必不可少的工艺内容，其加工精度决定着轴与孔之间的装配精度。在航空航天、兵器装备制造、汽车制造等领域，孔加工是其非常关键的一个制造环节。孔加工方法的合理选定直接影响到孔类产品的质量。不良的切削工艺和排屑将会导致孔加工精度的下降，甚至造成工件的报废，长期以来都是机械加工制造技术中需攻克的难点[1-2]。孔加工难点主要存在以下几方面：

1）孔的加工数量庞大。其加工工艺主要集中在钻孔工艺上，对于精度较高的孔还需其他工艺辅助完成。

2）对于尺寸较大的孔加工、台阶孔及盲孔的加工，传统工艺需多工序、多刀具完成。

3）孔的尺寸精度、几何公差要求高。孔的加工精度影响零件的装配及设备精度，因此必须保证孔的加工精度。

2 传统孔加工方法

传统的孔加工方法，主要有钻孔、扩孔、镗孔、铰孔和锪孔等，主要使用的刀具为中心钻、麻花钻和镗刀等刀具，如图1 所示。随着刀具材料的发展，孔加工的工艺也在不断发展，但以钻孔配镗孔的孔加工方式的发展空间在逐渐缩小，主要体现在加工使用的刀具数量多、成本高，特别是精镗刀的价格比较昂贵，传统孔加工方法已不能适应高速加工的要求。

3 铣孔

传统孔加工方法加工一个孔往往需要多把不同直径的钻头和镗刀，且当一个工件上孔径变化较多时，需要的刀具就多，造成加工成本高、换刀时间长，严重影响加工效率。铣孔是近年来孔加工研究的新方向，一把铣刀通过编制不同的圆弧半径，再配以刀具半径补偿功能，就可实现不同孔径的加工，极大提高了加工效率，减少了刀具数量，降低了工件加工成本。

图1 传统孔加工方法

3.1 传统铣孔

加工时使用立铣刀，高速旋转刀具。首先在预钻孔的基础上Z 向沿负方向下刀，然后在材料的XY平面上铣削出一个直径大于刀具自身直径的圆孔，传统铣孔原理见下页图2。由于受刀具径向切削力的影响，存在让刀现象。加工后的孔产生锥体，上孔径大，下孔径小。传统铣孔一般每下降一定Z 值铣削一周，这种方法会导致接刀痕的产生，孔壁的粗糙度超差，因此该方法只能用于孔的粗加工及精度不高的孔加工。

3.2 螺旋铣孔

螺旋铣孔（动态铣孔）是近年来一种新出现的孔加工工艺，相对较传统孔加工工艺刀具得到了优化，进给方式简捷，加工机理完善可靠。加工时，使用立铣刀，高速旋转刀具，然后刀具沿着螺旋轨迹进给，在材料上铣削圆孔，螺旋铣孔原理如下页图3 所示。螺旋铣孔的最大特点是刀具的切入、加工是沿螺旋线进行铣削，在数控铣床上，螺旋进给运动是由两个独立的运动合成的，包括刀具绕加工孔轴线的旋转进给运动，称公转运动以及刀具沿加工孔轴线方向的直线进给运动，又称轴向进给运动。此外，刀具自身的高速旋转运动，即主切削运动，也称为自转运动[3]。

图2 传统铣孔刀路及让刀现象

螺旋铣孔加工时，刀具的主要切削刃是铣刀的端面刃，由于加工时主轴转速很高，切削深度小，侧刃吃刀量较小，所以径向切削力也非常小，最大限度减小了刀具的让刀现象，保证了孔加工的直线度和垂直度要求。螺旋铣孔效率很高，能最大限度提高材料去除率，并降低刀具磨损；保证刀具负载的恒定，可防止加工时断刀；排屑流畅，大部分热量被切屑带走，工件加工中温升很小，刀具散热较快。对薄壁孔类零件的变形影响非常小。螺旋铣孔的孔精度是依靠机床的运动精度、刀具的刚性、圆弧插补的精度来保证的。因此优化切削用量要素、选择合理的刀具是螺旋铣孔加工的必要条件。

随着高速切削技术和刀具材料的快速发展，合理使用螺旋铣孔技术并配以高性能材料的刀具，就可以加工高尺寸精度和高形位精度的孔，逐步实现“以铣代镗”。

4 传统钻孔、传统铣孔与螺旋铣孔精度、效率等指标对比（见表1）

螺旋铣孔相对于传统孔加工、传统铣孔加工是一种具有特殊进给形式的铣削加工工艺，比较传统孔加工方法具有强大的技术优势，见表1。

5 结语

螺旋铣孔是现阶段机械加工领域出现的孔加工技术，特别是在大直径孔的加工中表现突出，加工效率高、加工成本低、加工精度稳定，得到广泛应用。近年来，国内外学者对螺旋铣孔技术进行了深入的研究，在实践中不断丰富完善。日后，随着螺旋铣孔技术自身不断完善和高性能刀具的使用，螺旋铣孔技术的应用范围也将逐步扩大，真正做到以铣代镗。

图3 螺旋铣孔

表1 加工工艺对比