螺旋銑孔的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用分析

秦衛(wèi)偉， 洛亮亮， 董慶豐

（1.山西工程職業(yè)學(xué)院， 山西 太原 030009； 2.太重煤機(jī)有限公司， 山西 太原 030032；3.中車(chē)太原機(jī)車(chē)有限公司， 山西 太原 030024）

1 孔加工存在的問(wèn)題

孔加工是機(jī)械加工領(lǐng)域中常見(jiàn)的切削加工工藝方法，是零件加工幾何要素中必不可少的工藝內(nèi)容，其加工精度決定著軸與孔之間的裝配精度。在航空航天、兵器裝備制造、汽車(chē)制造等領(lǐng)域，孔加工是其非常關(guān)鍵的一個(gè)制造環(huán)節(jié)。孔加工方法的合理選定直接影響到孔類(lèi)產(chǎn)品的質(zhì)量。不良的切削工藝和排屑將會(huì)導(dǎo)致孔加工精度的下降，甚至造成工件的報(bào)廢，長(zhǎng)期以來(lái)都是機(jī)械加工制造技術(shù)中需攻克的難點(diǎn)[1-2]。孔加工難點(diǎn)主要存在以下幾方面：

1）孔的加工數(shù)量龐大。其加工工藝主要集中在鉆孔工藝上，對(duì)于精度較高的孔還需其他工藝輔助完成。

2）對(duì)于尺寸較大的孔加工、臺(tái)階孔及盲孔的加工，傳統(tǒng)工藝需多工序、多刀具完成。

3）孔的尺寸精度、幾何公差要求高?？椎募庸ぞ扔绊懥慵难b配及設(shè)備精度，因此必須保證孔的加工精度。

2 傳統(tǒng)孔加工方法

傳統(tǒng)的孔加工方法，主要有鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔、鉸孔和锪孔等，主要使用的刀具為中心鉆、麻花鉆和鏜刀等刀具，如圖1 所示。隨著刀具材料的發(fā)展，孔加工的工藝也在不斷發(fā)展，但以鉆孔配鏜孔的孔加工方式的發(fā)展空間在逐漸縮小，主要體現(xiàn)在加工使用的刀具數(shù)量多、成本高，特別是精鏜刀的價(jià)格比較昂貴，傳統(tǒng)孔加工方法已不能適應(yīng)高速加工的要求。

3 銑孔

傳統(tǒng)孔加工方法加工一個(gè)孔往往需要多把不同直徑的鉆頭和鏜刀，且當(dāng)一個(gè)工件上孔徑變化較多時(shí)，需要的刀具就多，造成加工成本高、換刀時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響加工效率。銑孔是近年來(lái)孔加工研究的新方向，一把銑刀通過(guò)編制不同的圓弧半徑，再配以刀具半徑補(bǔ)償功能，就可實(shí)現(xiàn)不同孔徑的加工，極大提高了加工效率，減少了刀具數(shù)量，降低了工件加工成本。

圖1 傳統(tǒng)孔加工方法

3.1 傳統(tǒng)銑孔

加工時(shí)使用立銑刀，高速旋轉(zhuǎn)刀具。首先在預(yù)鉆孔的基礎(chǔ)上Z 向沿負(fù)方向下刀，然后在材料的XY平面上銑削出一個(gè)直徑大于刀具自身直徑的圓孔，傳統(tǒng)銑孔原理見(jiàn)下頁(yè)圖2。由于受刀具徑向切削力的影響，存在讓刀現(xiàn)象。加工后的孔產(chǎn)生錐體，上孔徑大，下孔徑小。傳統(tǒng)銑孔一般每下降一定Z 值銑削一周，這種方法會(huì)導(dǎo)致接刀痕的產(chǎn)生，孔壁的粗糙度超差，因此該方法只能用于孔的粗加工及精度不高的孔加工。

3.2 螺旋銑孔

螺旋銑孔（動(dòng)態(tài)銑孔）是近年來(lái)一種新出現(xiàn)的孔加工工藝，相對(duì)較傳統(tǒng)孔加工工藝刀具得到了優(yōu)化，進(jìn)給方式簡(jiǎn)捷，加工機(jī)理完善可靠。加工時(shí)，使用立銑刀，高速旋轉(zhuǎn)刀具，然后刀具沿著螺旋軌跡進(jìn)給，在材料上銑削圓孔，螺旋銑孔原理如下頁(yè)圖3 所示。螺旋銑孔的最大特點(diǎn)是刀具的切入、加工是沿螺旋線進(jìn)行銑削，在數(shù)控銑床上，螺旋進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)合成的，包括刀具繞加工孔軸線的旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及刀具沿加工孔軸線方向的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，又稱(chēng)軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。此外，刀具自身的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即主切削運(yùn)動(dòng)，也稱(chēng)為自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[3]。

圖2 傳統(tǒng)銑孔刀路及讓刀現(xiàn)象

螺旋銑孔加工時(shí)，刀具的主要切削刃是銑刀的端面刃，由于加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速很高，切削深度小，側(cè)刃吃刀量較小，所以徑向切削力也非常小，最大限度減小了刀具的讓刀現(xiàn)象，保證了孔加工的直線度和垂直度要求。螺旋銑孔效率很高，能最大限度提高材料去除率，并降低刀具磨損；保證刀具負(fù)載的恒定，可防止加工時(shí)斷刀；排屑流暢，大部分熱量被切屑帶走，工件加工中溫升很小，刀具散熱較快。對(duì)薄壁孔類(lèi)零件的變形影響非常小。螺旋銑孔的孔精度是依靠機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度、刀具的剛性、圓弧插補(bǔ)的精度來(lái)保證的。因此優(yōu)化切削用量要素、選擇合理的刀具是螺旋銑孔加工的必要條件。

隨著高速切削技術(shù)和刀具材料的快速發(fā)展，合理使用螺旋銑孔技術(shù)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，逐步實(shí)現(xiàn)“以銑代鏜”。

4 傳統(tǒng)鉆孔、傳統(tǒng)銑孔與螺旋銑孔精度、效率等指標(biāo)對(duì)比（見(jiàn)表1）

螺旋銑孔相對(duì)于傳統(tǒng)孔加工、傳統(tǒng)銑孔加工是一種具有特殊進(jìn)給形式的銑削加工工藝，比較傳統(tǒng)孔加工方法具有強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，見(jiàn)表1。

5 結(jié)語(yǔ)

螺旋銑孔是現(xiàn)階段機(jī)械加工領(lǐng)域出現(xiàn)的孔加工技術(shù)，特別是在大直徑孔的加工中表現(xiàn)突出，加工效率高、加工成本低、加工精度穩(wěn)定，得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)螺旋銑孔技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，在實(shí)踐中不斷豐富完善。日后，隨著螺旋銑孔技術(shù)自身不斷完善和高性能刀具的使用，螺旋銑孔技術(shù)的應(yīng)用范圍也將逐步擴(kuò)大，真正做到以銑代鏜。

圖3 螺旋銑孔

表1 加工工藝對(duì)比