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)，钻头沿轴线方向移动(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,工作部分进行切削和导向。

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8～80 mm 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工作部分

工作部分又分为导向部分及切削部分。

导向部分:麻花钻导向部分起导向、修光、排屑和输送切削液作用，也是切削部分的后备。

切削部分: 如图6-4-1d所示：麻花钻的切削部分有两个主切削刃、两个副切削刃和一个横刃。两个螺旋槽是切屑流经的表面，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。

为了提高麻花钻钻头刚性，应尽量选用较短的钻头，但麻花钻的工作部分应大于孔深，以便排屑和输送切削液。

图6-4-2钻引正孔刀具 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，对引导面进行修磨（常常用G82循环加工引正孔）。

3．供应冷却液的钻头

在实体材料上加工孔时，钻头处于封闭的状态下进行切削，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，供应冷却液，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。

供应冷却液的钻头，见图6-4-3(a)。

4．扁钻

扁钻由于结构简单、刚性好及制造成本低，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)，由两部分组成：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。扁钻刀片有齿槽结构，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多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，还需要提高工艺系统刚度。

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，不适合用于较深孔的加工，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钻孔技术发展的最新成就。 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，表面粗糙度一般可达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行切削的，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，避免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，再用较大的钻头进行钻孔，最后用所需直径的钻头进行加工，以保证孔的精度。

在进行较深的孔加工时，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进行编程，可以工进一段后，钻头快速退出工件进行排屑和冷却，再工进，再进行冷却断续进行加工。

3．选择钻削用量的原则

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。

对钻孔生产率的影响，切削速度和进给量是相同的；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基本原则是；在保证表面粗糙度前提下，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，并有利于提高钻孔加工质量。

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 2 4 6 8 10 12 16 20 23 24 26 28 29 30 35 0.025～0.05 0.045～0.09 0.080～0.16 0.10～0.20 0.12～0.25 0.14～0.28 O.17～0.34 0.20～O.39 0.22～0.43 O.24～0.49 0.25～0.50 O.27～0.54 900以下 钢 σb／MPa 900～1100 进给量 ㎜／r 0.02～O.04 0.04～O.07 O.055～0.11 0.07～O.14 O.10～0.19 O.11～0.21 O.13～0.25 0.15～0.29 0.16～0.32 O.17～0.34 O.18～0.36 0.20～0.40 O.015～0.03 0.025～0.05 0.045～0.09 O.06～0.12 O.08～0.15 0.09～O.17 O.10～0.20 0.12～0.23 0.13～0.26 O.14～0.28 0.15～0.30 O.16～0.32 1100以上 铸 铁／HB <170 >170 进给量 ㎜／r 0.20～0.35 0.20～0.35 O.25～0.40 0.25～0.40 0.30～0.45 0.35～0.50 0.40～0.60 0.25～0.45 0.30～0.50 0.35～0.60 0.40～0.70 0.45～0.80 0.50～0.85 0.50～O.90 表6-4-2 高速钢麻花钻的推荐切削速度

加工材料 硬 度／HB 100～125 低碳钢 125～175 175～225 125～175 中、高碳钢 175～225 225～275 275～325 175～225 合金钢 225～275 275～325 325～375 高速钢 200～250 100～140 140～190 灰铸铁 190～220 220～260 260～320 铝合金、镁合金 铜合金 切削速度v m/s (m/min) 0.45(27) 0.40(24) 0.35(21) 0.37(22) 0.33(20) 0.25(15) 0.20(12) 0.30(18) 0.25(15) 0.20(12) 0.17(10) 0.22(13) 0.55(33) 0.45(27) 0.35(21) 0.25(15) 0.15(9) 1.25～1.50(75～90) 0.33～0.80(20～48) 4．钻孔时的冷却和润滑

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，要求润滑膜有足够的强度，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，要求加强润滑作用，在切削液中可加入适当的动物油和矿物油。

⑷ 孔的精度要求较高和表面粗糙度值要求很小时，应选用主要起润滑作用的切削液。

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。钻孔后进行扩孔，可以校正孔的轴线偏差，使其获得较正确的几何形状与较小的表面粗糙度值。扩孔的加工经济精度等级为IT10～IT11，表面粗糙度Ra值为6.3～3.2μm。

1．用麻花钻扩孔

如果孔径较大或孔面有一定的表面质量要求，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行扩孔。由于扩孔时避免了麻花钻横刃切削的不良影响，扩孔时可适当提高切削用量，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

为提高扩孔的加工精度，预钻孔后，在不改变工件与机床主轴相互位置的情况下，换上专用扩孔钻进行扩孔。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行再加工时，其加工质量及效率优于麻花钻。

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、锻孔上进行扩孔，为提高质量，可先用镗刀镗出一段直径与扩孔钻相

图6-4-4扩孔钻 同的导向孔，然后再进行扩孔。这样可使扩孔钻在一开始进行扩孔时就有较好的导向，而不会随原有不正确的孔偏斜。

扩孔钻的结构有高速钢整体式，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φ25 mm的孔，扩孔余量为1～3 mm、较大的孔为3～9 mm。

扩孔时的进给量大小主要受表面质量要求限制，切削速度受刀具耐用度的限制。

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结构（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，其结构如图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紧密的间隙配合，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，其结构如图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

图6-4-5 锪钻的加工 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，应在导柱和切削表面加切削液。

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表面。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

高速钢锪钻 材料 进给量（mm/r） 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 切削速度（m/s) 2.0～4.08 0.75～1.50 0.62～0.72 O.38～0.43 0.20～0.40 进给量（mm/r） 0.15～0.30 O.15～O.30 0.15～0.30 0.10～0.20 0.10～0.20 切削速度（m/s) 2.50～4.08 2.0～3.50 1.50～1.78 1.25～1.50 0.92～1.0 硬质合金锪钻

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、上表面、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，并有如图所示的孔距位置精度要求，表面质量达到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，孔面达到Ra3.2的表面质量要求，并在此基础上加工。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，表面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、表面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。

⑴ T01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 ，则，主轴转速S=318v/D=318×20÷18≈350r/min；进给速度F=S×f=350×0.1=35mm/min

⑵ T02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则，S=318×20÷12≈550r/min；F=S×f=550×0.1=55mm/min

⑶ T03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则，S=318×15÷16≈300r/min；F=S×f=300×0.2=60mm/min。

⑷ T04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则，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

主轴转速 进给速度 顺序 加工内容 刀具号 刀具规格 (r/min) (mm/min) 补偿号 1 2 3 4 引正孔 钻5×φ12孔 扩φ16mm的孔 锪φ24mm的孔 T1 T2 T3 T4 φ18钻尖为90°的点钻 直径12mm麻花钻头 直径16mm扩孔钻 φ24锪孔钻刀 350 550 300 200 35 55 60 40 H01 H02 H03 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㎜上表面。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 直角坐标

Y=30

Y=30

1 X=33

2 X=-33

3 X=-33 Y=-30

4 X=33 Y=-30

5 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：上表面上方50㎜。Z向R面高度：孔口表面上方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㎜。如果考虑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稍大的经验系数） 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～90) G21 G17 G40 G80 T01； T01 M06；

G90 G54 G00 X0Y0 S350 M03 T02； G43 Z50.0 H01 M08；

G99 G82 R5.0 Z-8.0 P100 F35； G98 R-5 Z-17.5 M98 P6402； G80 Z50.0 M09；

0

G49 G28 M05； M01；

(T02——12mm直径钻头) T02 M06；

G90 G54 G00 X0 Y0 S550 M03 T03； G43 Z50.0 H02 M08；

G99 G81R5.0 Z-45.0 P100 F55； G98 R-5 M98 P6402； G80 Z50.0 M09； G49 G28 M05； M01

(T03——直径16mm扩孔钻) T03 M06； S300 M03；

G90 G54 G00 X0 Y0 T04； G43 Z50.0 H03 M08； G99 G81 R5 Z-45 F60 ； G80 Z50.0 M09； G49 G28 M05； M01

(T04——φ24锪孔钻) T04 M06

G90 G54 G00 X0 Y0 S200 M03； G43 Z50.0 H04 M08；

G99 G82 R5 Z-10.0 P1000 F40； G80 Z50.0 M09； G49 G28 M05； M30；

O6402；(1#、2#、3#、4#孔的点定位子程序) G90 X33 Y30； X-33 Y30； X-33 Y-30； X33 Y-30； M99

G49 G28 M05； M01；

(T02——12mm直径钻头) T02 M06；

G90 G54 G00 X0 Y0 S550 M03 T03； G43 Z50.0 H02 M08；

G99 G81R5.0 Z-45.0 P100 F55； G98 R-5 M98 P6402； G80 Z50.0 M09； G49 G28 M05； M01

(T03——直径16mm扩孔钻) T03 M06； S300 M03；

G90 G54 G00 X0 Y0 T04； G43 Z50.0 H03 M08； G99 G81 R5 Z-45 F60 ； G80 Z50.0 M09； G49 G28 M05； M01

(T04——φ24锪孔钻) T04 M06

G90 G54 G00 X0 Y0 S200 M03； G43 Z50.0 H04 M08；

G99 G82 R5 Z-10.0 P1000 F40； G80 Z50.0 M09； G49 G28 M05； M30；

O6402；(1#、2#、3#、4#孔的点定位子程序) G90 X33 Y30； X-33 Y30； X-33 Y-30； X33 Y-30； M99

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