孔加工方法与技巧分享: 钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、铣孔

一、任务目标

❖掌握钻孔循环指令的格式及参数含义

❖掌握孔加工刀具的选用方法及合理切削用量的选择

❖能够根据工艺要求编制孔加工方案

❖能够安全、文明操作，掌握机床的维护与保养方法

二、任务资讯

孔结构是工件的组成要素之一，它在机器的运行中通常起着连接、导向、定位、配合的作用。孔的类型按是否穿通工件可分为通孔、盲孔；按组合形式可分为单一孔及复杂孔（如沉头孔、埋头孔等）；按几何形状可分为圆孔、锥孔、螺纹孔等，如图9-1-1 所示。

图9-1-1　孔的类型

普通麻花钻是钻孔最常用的刀具，通常用高速钢制造，其钻头结构如图9-1-2 所示。普通麻花钻有直柄和锥柄之分，钻头直径在13 mm 以下的一般为直柄，当钻头直径超过13 mm时，则通常做成锥柄。孔尺寸（孔径、孔深）、加工精度、机床功率、刀具规格是影响钻削刀具直径选择的重要因素。一般情况下，根据孔尺寸、加工精度及刀具厂商提供的刀具规格来选择刀具直径，同时兼顾机床功率。

图9-1-2　麻花钻钻头的结构

（a） 麻花钻钻头实体；（b） 锥柄麻花钻钻头结构；（c） 直柄麻花钻钻头结构

由于麻花钻的横刃具有一定的长度，钻孔时不易定心，会影响孔的定心精度，因此通常用中心钻在平面上先预钻一个凹坑。中心钻的结构如图9-1-3 所示。由于中心钻的直径较小，加工时机床主轴转速不得低于1 000 r/min。

图9-1-3　中心钻实体

麻花钻和中心钻通常通过如图9-1-4 所示钻夹头刀柄安装在机床主轴上。

如图9-1-5 所示，孔加工的过程一般由以下五个动作组成。

①动作1： 快速定心（A→B），快速定位到孔中心上方。

②动作2： 快速接近工件（B→R），刀具沿Z 方向快速运动到参考平面。

③动作3： 孔加工（R→Z），孔加工过程（钻孔、铰孔、攻螺纹等）。

④动作4： 孔底动作（Z 点），例如孔底暂停。

⑤动作5： 刀具快速退回。根据需要，可以有两种退回方式，用G98 返回到初始平面（Z→B） 或用G99 返回到参考平面（Z→R）。

图9-1-4　钻夹头刀柄

图9-1-5　孔加工的五个动作

在进行孔加工编程时可以使用多条G00、G01 等指令完成这一过程，但这样做较为烦琐。因此，针对钻孔、铰孔、镗孔、攻螺纹等这类典型的加工程序，数控系统提供了编制简化程序的手段——固定循环指令。这种指令可以用一个程序段完成用多个程度段指令完成的加工操作。采用立式数控铣床及加工中心进行钻孔加工，主要使用G81 固定循环指令。

其中： G98、G99 为到达孔底后快速返回点平面的选择，G98 返回初始平面，G99 返回参考平面；G81 表示钻孔循环指令；X_ Y_ 表示孔的X、Y 坐标；Z_ 表示孔底位置；R_ 表示参考平面的位置坐标；F_ 为钻孔时的进给速度（mm/min）；K_ 为重复次数，不指定时默认为1。

本任务要求完成如图9-1-6 所示工件孔的加工。工件材料为45 钢，已完成上下平面、φ60 凸台及周边的加工。

图9-1-6　待加工零件

三、任务实施

加工准备

（1） 详细阅读工件图，并按照图纸检查坯料的尺寸。

（2） 编制加工程序，输入程序并选择该程序。

（3） 用平口虎钳装夹工件，伸出钳口8 mm 左右，用百分表找正。

（4） 安装寻边器，确定工件零点为坯料上表面的中心，设定可选择工件坐标系。

（5） 选择合适的钻头并对刀，设定加工相关参数，选择自动加工方式加工工件。

工艺分析及处理

1） 工件图样分析(www.xing528.com)

该工件材料为45 钢，切削性能较好，孔直径尺寸精度不高，可以一次完成钻削加工。孔的位置没有特殊要求，可以按照图纸的基本尺寸进行编程。环形分布的孔为盲孔，当钻到孔底部时应使刀具在孔底停留一段时间。由于孔的深度较深，应使刀具在钻削过程中适当退刀以利于排出切屑。

2） 加工工艺分析

工件上要加工的孔共21 个，孔的直径有φ10、φ12、φ16 三种，故需要分别使用φ10 钻头、φ12 钻头、φ16 钻头进行加工，钻孔前用φ5 中心钻进行点钻。

先用φ12 钻头钻削中间的孔和环形分布的6 个孔，钻完第1 个孔后刀具退到孔上方2 mm处，再快速定位到第2 个孔上方，钻削第2 个孔，直到7 个孔全部钻完。然后换φ10 钻头并快速定位到右上方第1 个孔的上方，钻完1 个孔后刀具退到这个孔上方2 mm 处，再快速定位到第2 个孔上方，钻削第2 个孔，直到7 个孔全部钻完再钻下方7 个孔。最后换φ16 mm钻头扩中间的孔。

在钻削过程中要合理选择切削用量，相关刀具卡和工序卡见表9-1-1 和表9-1-2。

▼表9-1-1　刀具卡

▼表9-1-2　工序卡

3） 基点计算（略）

4） 编写程序单

5） 输入程序单

6） 模拟、加工、检验

参考程序

注意事项

（1） 孔加工刀具多为定尺寸刀具，如钻头、铰刀等。在加工过程中，刀具磨损造成的形状和尺寸的变化会直接影响被加工孔的精度。

（2） 由于受被加工孔直径大小的限制，切削速度很难提高，从而影响了加工效率和加工表面质量，尤其是在对小尺寸孔进行精密加工时，为达到所需的速度，必须使用专门的装置，因此对机床的性能也提出了很高的要求。

（3） 刀具的结构受孔直径和长度的限制，加工时，由于轴向力的影响，刀具容易产生弯曲变形和振动，从而影响孔的加工精度。孔的长径比（孔深度与直径之比） 越大，其加工难度越大。

（4） 在进行孔加工时，刀具一般在半封闭的空间工作，由于切屑排除困难，冷却液难以进入加工区域，所以切削区域热量集中、温度较高、散热条件不好，从而影响刀具的耐用度和钻削加工质量。

（5） 在孔加工过程中，必须解决好冷却、排屑、刚性导向和速度问题，这是确保加工质量的关键。

四、任务评价

任务评价细则见表9-1-3。

表9-1-3　任务评价细则

续表

五、相关资讯

常用的孔加工方法主要有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、铣孔等，如图9-1-7 所示。表9-1-4 列出了常用的孔加工方法及其精度等级。

图9-1-7　常用的孔加工方法

（a） 钻孔；（b） 扩孔；（c） 铰孔；（d） 镗孔；（e） 攻丝；（f） 铣孔

▼表9-1-4　常用的孔加工方法及其精度等级

当确定钻削刀具类型及直径后，钻孔刀具切削用量最好使用刀具厂商推荐的切削用量，这样才能在保证加工精度及刀具寿命的前提下，最大限度地发挥刀具潜能，提高生产效率。表9-1-5 列出了高速钢钻头钻孔切削用量的推荐值。

表9-1-5　高速钢钻头钻孔切削用量的推荐值

六、练习与提高

编写程序加工如图9-1-8 所示工件孔。

图9-1-8　“练习与提高” 加工工件

编写的参考NC 程序如下。